Поток вещества и энергии клетки

Поток энергии Поток энергии у представителей разных групп организмов представлен внутриклеточными механизмами энергообеспече ния брожением, фото или хемосинтезом, дыханием. Самая первая дифференцировка процессе развития эмбриона происходит, когда из 32 тотипотентных клеток, на которые поделилась зигота, формируются два разных слоя внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт Эмбриобласт дает начало плюрипотентным эмбриональным стволовым клеткам, из которых потом формируется весь организм Трофобласт становится плацентой По мере развития эмбриона клетки становятся все более специализированными мультипотентные, унипотентные пока не станут окончательно дифференцировавшими клетками, обладающими конечной функцией, как например мышечные клетки В организме человека насчитывается порядка 220 различных типов клеток. Небольшое количество клеток во взрослом организме сохраняют мультипотентность Они используются процессе естественного обновления клеток крови, кожи и др а также для замещения поврежденных тканей Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток способность обновляться, поддерживая мультипотентность, и способность дифференцироваться их называют взрослыми стволовыми клетками. Популяционный уровень Растения и животные объединены, популяции Популяции характеризуются определенным генофондом и определенным местом обитания В популяциях начинаются и элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка адаптивной формы.

поток вещества и энергии клетки

Рис 13 Облегченная диффузия без затраты энергии с участием переносчика. Физические свойства воды прозрачна, максимальная плотность при 4 С, высокая теплоемкость, практически не сжимается чистая вода плохо проводит тепло и электричество и. Химические свойства воды хороший растворитель, образует гидраты, вступает реакции гидролитического разложения, взаимодействует со многими оксидами и По отношению к способности растворяться воде различают гидрофильные вещества хорошо растворимые, гидрофобные вещества практически нерастворимые воде. Вторичными называются лизосомы, образовавшиеся результате слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями В этом случае них происходит переваривание веществ, поступивших клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза, поэтому их можно назвать пищеварительными вакуолями. Обеспечивает связь генетического материала ряду клеток дочерних генераций приводит к образованию клеток, равноценных как по объему, так и по содержанию генетической информации.

поток вещества и энергии клетки

Внутри клетки передача информации организована сигналтрансдукторные и транскрипционнотрансляционные системы В клетке эти системы располагаются таким образом, что полностью охватывают практически весь клеточный объём плазматическую мембрану, цитоплазму, органоиды и ядро Однако каждая из них имеет собственный сектор работы, собственное субстратное и энергетическое обеспечение, различную скорость и конечные эффекты Эти системы передают информацию о внешних внеклеточных или внутренних внутриклеточных событиях и настраивают метаболизм клетки на режим адекватный этой информации Изменяются параметры химические или физические внешней или внутренней среды, меняются и характер информационных потоков, сразу же вслед за этим качественно и количественно меняется клеточный метаболизм Клетка переходит на новый режим жизнедеятельности Такая пластичность клетки, помогает ей находится наиболее благоприятном стационарном состоянии, выживать различных, подчас экстремальных условиях Последнее, особенно интересует медиков, к многочисленные исследования показали, что патологический процесс, определённой степени, является своеобразной реакцией на необычную количественном или качественном плане информацию Всё сказанное позволяет чётко определить три стороны деятельности потоков информации они или поддерживают нормальное состояние клетки или являются участниками развивающего патологического процесса или корректируют возникшие сбои метаболизма Изучение последних привело к разработке эффективных подходов к лечению ряда тяжёлых заболеваний Вот так общебиологические закономерности вначале становятся объектом изучения фундаментальной медицины, а затем определяют тактику повседневной деятельности врача.

Информационный сигнал сигнальным фактором может быть гормон, цитокин, электрический импульс и. Обе эти особенности имеют принципиальное значение для многих разделов медицины и мы будем постоянно акцентировать на них Ваше внимание. Клетка элементарная структурная, функциональная и генетическая единица, составляющая основу жизнедеятельности и развития живых организмов. Клет цикл период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти Обязательным компонентом клеточного цикла явлся митотический цикл комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологически событий, происходящих процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления Это период между окончанием одного деления и началом последующего Этот период митотич цикле наз интерфазой 3 способа деления клетки митоз непрямое деление клетки, амитоз прямое деление клетки, при кот ядро нахся интерфазном состоянии, мейоз редукционное деление Митоз обеспечивает точную передачу наследственной информации каждому из дочерних ядер Биологич значение митотич цикла обеспечивает преемственность хромосом ряду клеточных поколений образ клеток, равноценных по объему и содержанию, наследственной информации. Биология клетки Молекулярногенетический уровень организации живого Поток информации и энергии клетке.

Живая материя качественно отличается от неживой огромной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью Живая и неживая материя сходны на элементарном химическом уровне Химические соединения вещества клетки. Функции углеводов 1 Энергетическая основная функция углеводов источник энергии клетке при окислении 1 углеводов выделяется 17, 6 к Дж энергии реализуетс. Первичная структура белковой молекулы представляет линейную последовательность аминокислотных остатков полипептидной цепи линейный биополимер каждый вид белка характеризуется строго определённой последовательн. Сложные ферменты двухкомпонентные состоят из белка и небелкового низкомолекулярного компонента отдельности оба компонента не активны белковая часть называется апоферментом часть не содержащая фермента. Азотистые основания азотсодержащие циклические соединения производные пурина и пиримидина важнейшие пуриновые азотистые основания аденин А и гуанин Г их молекулы состоят. Рибосомы Самые мелкие клеточные органеллы диаметром около 20 нм Число рибрсом цитоплазме живых клетрк весьма велико обычной бактериальной клетке до 10 000 рибосом а эукариотических. Функции вакуолей 1 Изоляция промежуточных продуктов метаболизма 2 Развитие клетке тургорного давления определяющего q форму и упругость клетки q растяжение клеток во время их. Сравнение растительной и животной клетки Признаки Растительная клетка Животная клетка Пластиды Целлюлозная клеточная стенка Вакуоли Гликокаликс.

Обмен веществ и превращение энергии клетке Все живые организмы обитающие на Земле представляют собой открытые системы способные активно организовывать поступление энергии и веществ извне поток энергии и веще. Пигменты хлоропластов Пигменты органические гидрофобные соединения липидной природы избирательно поглощающие свет видимом участке солнечного спектра В растениях встре. Сопоставление фотосинтеза и дыхания эукариот Признаки Фотосинтез Дыхание Используемые вещества Итог процесса Превращение энергии. Старение и гибель клетеи v Большинство клеток раньше или позже начинает проявлять признаки старения и погибает Эти процессы происходят на протяжении всей жизни организма и даже эмбриональный период В стареющ. Общая характеристика бесполого и полового размножения Бесполое Половое 1 Родители только одна особь 2 Потомство генетически точная копия родителей отсутствие мутаций. Целостность онтогенеза Организм развивается как целостная система единстве с условиями среды его развитии можно выделить три группы факторов детерминирующих развитие q Генетические факторы. Половое размножение или генетическая рекомбинация у бактерий Очень редкое явление но вследствие их огромной численности каждой колонии наблюдается сравнительно часто Происходит самой примитивной форме не образуются гаметы и не происходит.

поток вещества и энергии клетки

Значение архебактерий Изучение структурнофункциональной организации архебактерий позволяет глубже познать происхождение и эволюцию живых существ жизнь архебактерий протекает условиях которые превалировали на. Основные закономерности наследственности и изменчивости Генетика наука изучающая наследственность изменчивость фундаментальные свойства живого и обеспечивающие их биологические механизмы. Неспецефические методы генетики 1 Близнецовый метод наследование признаков у близнецов с целью оценки соотносительной роли наследственности и среды развитии признака. Строение гена Генетический материал внутри гена сложно организован и имеет линейный порядок Ген состоит из многих мутационных мест сайтов разделяемых при рекомбинации. Расщепление сегрегация генов признаков Продолжая эксперименты Мендель допустил самоопыление гибридов первого поколения Во втором гибридном поколении F2 появились особи и с доминантным и с рецессивным призна. Цитологическое обоснование правила чистоты гамет В соматических клетках и зиготе находится диплоидный набор хромосом В одинаковых локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены у гетерозигот одной. Генетика пола Пол это совокупность признаков и свойств организма определяющих его участие размножении Первичные половые признаки морфофизиологические. Полиплоидия Полиплоидия кратное увеличение числа хромосом клетке гаплоидный набор хромосом n повторяется не 2 раза а множество раз до.

Анеуплоидия гетероплоидия Анеуплоидия гетероплоидия изменение числа отдельных хромосом не кратное гаплоидному набору при этом одна или несколько хромосом из гомологичной пары норма. Соматические мутации Соматические мутации мутации возникающие соматических клетках организма Различают генные хромосомные и геномные соматические мутации. Хромосомные болезни Причиной является изменение числа геномные мутации или структуры хромосом хромосомные мутации кариотипа половых клеток родителей аномалии могут возникать на разн. Достижения генной инженерии Введение генов эукариот бактерии используется для микробиологического синтеза биологически активных веществ которые природе синтезируются только клетками высших организмов Синтез. Биоэнергетика Биоэнергетика направление биотехнологии связанное с получением энергии из биомассы при помощи микроорганизмов Одним из эффективных методов получения энергии из биом. Круговорот углерода Главный источник углерода углекислый газ атмосферы и воды Круговорот углерода осуществляется благодаря процессам фотосинтеза и клеточного дыхания Круговорот начинается.

Поток энергии биосфере Источник энергии биосфере непрерывное электромагнитное излучение солнца и радиоактивная энергия q 42 солнечной энергии отражается от облаков атмосферой пыли и поверхности Земли. Кислотные осадки q Увеличение кислотности дождей снега туманов вследствие выброса атмосферу окислов серы и азота от горения топлива q Кислые осадки снижают урожай губят естественную растительность. Дрейф генов генетикоавтоматические процессы Дрейф генов генетикоавтоматические процессы случайное ненаправленное не обусловленное действием естественного отбора изменение частот аллелей и генотипов. Другие формы естественного отбора Индивидуальный отбор избирательное выживание и размножение отдельных особей обладающих преимуществом борьбе за существование и элиминация других. Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами окружающей среды Наблюдается во всех случаях когда особи популяции оказываются экстремальных физических условиях излишнее тепло засуха суровая зима избыточная влажность неплодородные почвы суровые. Химическая природа гормонов 1 Пептиды и простые белки инсулин, соматотропин, тропные гормоны аденогипофиза, кальцитонин, глюкагон, вазопрессин, окситоцин, гормоны гипоталамуса 2 Сложные белки тиреотропин Гормоны средней промежуточной доли Меланотропный гормон меланотропин обмен пигментов меланина покровных тканях Гормоны задней доли нейрогипофиза окситрцин, вазопрессин.

I Рефлекторная функция 1 Защитные рефлексы кашель, чихание, мигание, рвота, слёзоотделение 2 Пищевые рефлексы сосание, глотание, сокоотделение пищеварительных желёз, моторика и перистальтика. Функции вегетативной нервной системы Большинство органов тела иннервирует как симпатическая, так и парасимпатическая системы двойная иннервация Оба отдела оказывают на органы три рода действий сосудодвигательное. Влияние симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы Симпатический отдел Парасимпатический отдел 1 Учащает ритм, увеличивает силу сердечных сокращений 2 Расширяет коронарные сосуды. Значение условных рефлексов 1 Лежат основе обучения, получения физических и психических навыков 2 Тонкое приспособление вегетативных, соматических и психических реакций к условиям. Внутреннее ухо Расплагается пирамиде височной кости Включает костный лабиринт, представляющий собой сложно устроенные каналы Внутри костног. Клеточный центр 12, 22, 49, 57, 61, 77 Проверочный тематический цифровой диктант по теме Метаболизм клетки 1 Осуществляется цитоплазме клетки 2 Требует специфических фермен. Биология Модуль 1 для 11 класса Цитология строение и химический состав клетки Обмен веществ и поток энергии клетке.

В ходе превращения веществ клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него например, аммиак Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют среду конечные продукты. Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают своих клетках серу. Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериямихемосинтетиками для восстановления С02 до органических веществ. Анаэробное дыхание Анаэробное дыхание эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием. В случае оогамии гаметы сильно отличаются друг от друга Женская гамета крупная неподвижная яйцеклетка, содержащая большой запас питательных веществ Мужские гаметы сперматозоиды мелкие, чаще всего подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одного или нескольких жгутиков У семенных растений мужские гаметы спермии не имеют жгутиков и доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки Оогамия характерна для животных, высших растений и многих грибов. Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно называют биогенными элементами дающими жизнь или питательными веществами Среди биогенных элементов различают две группы макротрофные вещества и микротрофные вещества.

Рассмотрим некоторые числовые данные, свидетельствующие о масштабах переноса веществ, обратившись к биогеохимическому круговороту углерода Естественным источником углерода, используемого растениями для синтеза органического вещества, служит углекислый газ, входящий состав атмосферы или находящийся растворенном состоянии воде В процессе фотосинтеза углекислый газ диоксид углерода превращается органическое вещество, служащее пищей животным Дыхание, брожение и сгорание топлива возвращают углекислый газ атмосферу. Запасы углерода атмосфере нашей планеты оцениваются 700 млрд, гидросфере 50 000 млрд Согласно расчетам за год, результате фотосинтеза прирост растительной массы на суше и воде составляет соответственно 30 млрд и 150 млрд Круговорот углерода продолжается около 300. Вторичной продукцией называют скорость продуцирования биомассы гетеротрофами. Если прекратить возделывать когдато отвоеванное у леса пахотное поле, то лес, ранее занимавший эту территорию, вновь вернется сюда Однако прежде на этом месте возникнет ряд сообществ, которые, сменяя друг друга, подготовят дорогу лесу Эти сменяющие друг друга сообщества можно уподобить стадиям развития, через которые проходят организмы, прежде чем достигнут зрелости. Если общее дыхание меньше валовой первичной продукции, экосистеме будет происходить накопление органического вещества, если больше его исчезновение.

Каждая стадия сукцессии представляет собой определенное сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм Отдельные стадии развития сукцессии называют сериальными стадиями Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние окончательного равновесия. Сукцессия, которая начинается на пустом, безжизненном месте, называется первичной сукцессией Например, заселение растениями песчаной дюны, другой пример первичной сукцессии это поселение накипных и листоватых лишайников на камнях Под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно разрушается и превращается подобие почвы, где поселяются кустистые лишайники, а затем уже зеленые мхи, травы и другие высшие растения Вторичная сукцессия относится к сообществам, которые развиваются на месте уже существовавшего, ранее сформированного сообщества. В ходе сукцессии постоянно меняются облик сообщества и функционирование экосистемы Сукцессия это закономерный и направленный процесс, поэтому общие изменения, происходящие на той или иной ее стадии, свойственны любому сообществу и не зависят от его видового состава или географического местоположения В качестве основных можно назвать следующие четыре типа сукцессионных изменений.

Второй тип Изменение видового состава часто определяется конкуренцией, поскольку происходящие ходе сукцессии изменения экосистемы создают благоприятные условия для колонизации сообщества новыми видами По этой причине сукцессионные изменения всегда сопровождаются повышением видового разнообразия организмов. На ход сукцессии могут оказывать влияние периодические изменения климата, а также бури, засухи, пожары, часто случайные изменения Так, например, пожар может не только прервать сукцессию, но и возвратить систему начальное состояние. Митохондрии рис 2 6, Б это структуры округлой или палочковидной, нередко ветвящейся формы толщиной 0, 5 мкм и длиной обычно до 5 10 мкм В большинстве животных клеток количество митохондрий колеблется от 150 до 1500, однако женских половых клетках их число достигает нескольких сотен тысяч В сперматозоидах нередко присутствует одна гигантская митохондрия, спирально закрученная вокруг осевой части жгутика Одна разветвленная митохондрия обнаружена клетке такого паразита человека, как трипаносома.

Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ Особая роль этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена циклу Кребса, осуществляемому митохондриях Через этот цикл проходит путь углеродных атомов углеродных скелетов большинства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного на жировой Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот рис. I митотический цикл II переход клетки дифференцированное состояние III гибель клетки. Хромосомы спирализуются и приобретают вид нитей Ядрышко разрушается Распадается ядерная оболочка В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой сети Резко сокращается число полисом Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления. У синезеленых водорослей клеточная стенка 4хслойная внутренний, фибриллярный и внешние слои.

Клетки эукариотических одно и многоклеточных организмов крупнее 13мкм, обладают сложно организованным ядром, и их цитоплазме выделяют обязательные внутриклеточные структуры органеллы К эукариотам относят все организмы, начиная с зеленых водорослей, грибов, вплоть до высших растительных и животных организмов. Каждой клетке, живому организму свойственен обмен информацией На уровне клетки организм получает информацию о том, что происходит окружающей среде Непрерывный поток информации поступает организм и там перерабатывается, другой такой поток информации все время выходит из организма, служащего, свою очередь, передатчиком Информацию нельзя определить ни как материю, ни как энергию, но ее переносят материальные энергетические носители сигналы При гормональной связи химический сигнал гормон попадает во все части организма, но только определенные органы способны принять данный сигнал Например, тиретропин гормон передней доли гипофиза специфически воздействует на щитовидную железу При нервной связи информационным параметром служит число импульсов единицу времени частота импульсов Количество информации том или ином сигнале измеряют битах. Приготовить временный препарат клеток лука капле 10 раствора NaCl гипертоническая среда Наблюдать при большом увеличении постепенное отслаивание цитоплазмы от оболочки и уплотнение протопласта явление плазмолиза Зарисовать 23 плазмолизированные клетки, обозначить.

Простейшие могут размножаться бесполым и половым путем Бесполое размножение осуществляется путем простого и множественного деления Для многих групп простейших свойственен половой процесс копуляция и конъюгация При конъюгации происходит слияние ядер разных клеток, а при копуляции сливаются целые клетки этом плане клетка простейших аналогична гамете многоклеточных. Нервная система состоит из парного мозгового ганглия и идущих от него заднюю часть тела нервных стволов, соединенных кольцевыми перемычками. Способность захватывать энергию и приспосабливать ее для совершения разных видов работы, повидимому, и есть та самая жизненная сила, которая с незапамятных времен волнует философов В середине XIX физика сформулировала закон сохранения энергии, согласно которому изолированной системе энергия сохраняется результате тех или иных процессов она может преобразовываться иные формы, но ее количество всегда будет постоянным Однако живые организмы представляют собой незамкнутые системы Каждая живая клетка хорошо об этом знает уже сотни миллионов лет и непрерывно пополняет свои энергетические запасы.

Исключение из гелиоцентрического взгляда на глобальный поток энергии представляют некоторые виды бактерий, которые живут за счет неорганических процессов, таких как восстановление двуокиси углерода до метана или окисления сульфида водорода Некоторые из этих хемолитотрофных существ хорошо исследованы например, метаногенные бактерии, живущие желудке коров, но огромное их количество неизвестно даже специалистаммикробиологам Большинство хемолитотрофов облюбовали на редкость неуютные среды обитания, которые очень трудно исследовать лишенные кислорода, слишком кислые или слишком горячие Многие из таких организмов не удается вырастить чистой культуре До недавнего времени хемолитотрофов было принято расценивать как некую экзотику, интересную с биохимической точки зрения, но мало значимую для энергетического бюджета планеты В перспективе такая позиция может оказаться ошибочной по двум причинам Вопервых, бактерии все чаще обнаруживаются местах, прежде считавшихся стерильными исключительно глубоких и раскаленных скальных породах земной коры В наше время выявлено такое количество мест обитания организмов, способных извлекать энергию из геохимических процессов, что их население, может статься, составляет существенную долю общей биомассы планеты Вовторых, есть основания полагать, что самые первые живые существа зависели от неорганических источников энергии Если эти предположения оправдаются, наши взгляды как на глобальный поток энергии, так и на его связь с происхождением жизни могут существенно измениться.

Механизм сопряжения электронного транспорта с трансмембранным переносом протонов и синтезом. История изучения проблем преобразования энергии животной клетке, как и история фотосинтеза, насчитывает более двух веков. Одни из первых экспериментальных доказательств верности гипотезы Митчелла были получены нашей стране под руководством Е А Либермана и В П Скулачева В качестве индикаторов изменений электрического поля на мембране были использованы синтетические ионы, отличающиеся по своей природе и знаку заряда, но сходные одном все они легко проникали через фосфолипидную пленку После многих попыток сложилась следующая изящная экспериментальная модель. Каплю фосфолипидов, растворенных органическом растворителе, подносят к небольшому отверстию тефлоновой пластинке, и оно мгновенно закрывается плоской бимолекулярной пленкой искусственной мембраной Тефлоновую пластинку с искусственной мембраной погружают сосуд с электролитом, разделяя его на два отсека со своим измерительным электродом каждом Остается встроить искусственную мембрану белок, способный генерировать электричество, а электролит добавить проникающие ионы Тогда работа белкового генератора, изменяющего разность потенциалов на мембране, приведет к перемещению проникающих ионов через фосфолипидную пленку, что и будет зарегистрировано виде изменения разности потенциалов между отсеками.

У живой клетки есть не только молекулярные генераторы и насосы, но и молекулярные моторы Эволюция создала несколько классов белков, способных преобразовывать химическую энергию механическое усилие Одни из них используют качестве топлива гидролиз нуклеотидов, другие непосредственно ионные градиенты Есть шаговые белковые моторы, а есть роторные. Такова сложившаяся ходе исследований различных организмов многоплановая картина функционирования и эволюции систем преобразования энергии живыми клетками В настоящее время строение большинства белков, осуществляющих трансформацию энергии, и их взаимное расположение биологических мембранах детально изучено Получены основные представления о путях движения электронов по молекулярным комплексам Теперь необходимо понять, как на уровне сложного многоклеточного организма например, человека контролируется точность работы молекулярных трансформаторов энергии и как происходит управление интенсивностью работы систем энергообеспечения Для этого придется тщательно проанализировать огромную массу молекулярнобиологических сведений вместе с результатами расшифровки генетических последовательностей, цитологическими и биофизическими данными Успешное развитие представлений области энергетики живых систем крайне важно для понимания человеком своего места во Вселенной.

Обеспечение энергозатрат организма происходит за счет окисления не только глюкозы гликогена, но также жирных кислот жиров и избыточного относительно потребности них белковых синтезов количества аминокислот. Продолжительность каждой из фаз митоза различна от нескольких минут до сотен часов, что зависит от ряда причин типа тканей, физиологи ческого состояния организма, внешних факторов температура, свет, химиче ские вещества Изучение влияния этих факторов на различные периоды митотического цикла с целью воздействия на него имеет большое практическое значение.

Предполагается, что эухроматин содержит себе гены, а гетерохроматин выполняет по преимуществу струк турную функцию Он находится ин тенсивно спирализованном состоянии и занимает одни и те же участки го мологичных хромосомах, частности составляет участки, прилегающие к центромере и находящиеся на концах хромосом Потеря участков гетеро хроматина может не отражаться на жизнедеятельности клетки Выделяют факультативный гетерохроматин Он возникает при спирализации и инак тивации двух гомологичных хромосом, так образуется тельце Бара поло вой хроматин Его образует одна из двух Ххромосом у женских особей млекопитающих и человека Хромосомы во время деления клет ки, период метафазы имеют форму нитей, палочек и Строение одной и той же хромосомы на различных участках неоднородно В хромосомах различают первичную перетяжку, делящую хромосому на два плеча Первичная перетяжка центромера наименее спирализованная часть хромосомы На ней располагает ся кинетохор гр kinesis движение, phoros несущий, к которому при делении клетки прикрепляются нити веретена деления Место расположения пер вичной перетяжки у каждой пары хро мосом постоянно, оно обусловливает и форму В зависимости от места рас положения центромеры различают три типа хромосом метацентрические, субметацентрические и акроцентрические Метацентрические хромосомы имеют равной или почти равной ве личины плечи, у субметацентрических плечи неравной величины, акроцентрические имеют палочковидную форму с очень коротким, почти неза метным вторым плечом Могут возник нуть и телоцентрические хромосомы результате отрыва одного плеча, у них остается только одно плечо и центромера находится на конце хромо сомы В нормальном кариотипе такие хромосомы не встречаются.

У лошадиной аскариды одна пара хромосом, у дрозофилы 4, у человека 23 Хромосомы, которые отно сятся к одной паре, называются гомологичными Гомологичные хромосомы одинаковы по величине и форме, у них совпадают расположение центромер, порядок расположения хромомер и межхромомерных нитей, а также дру гие детали строения, частности, расположение гетерохроматиновых уча стков Негомологичные хромосомы всегда имеют отличия Каждая пара хромосом характеризуется своими осо бенностями В этом выражается пра вило индивидуальности хромосом. Клетка открытая система, связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии Это функциональная система, которой каждая молекула выполняет определенные функции Клетка обладает устойчивостью, способностью к саморегуляции и самовоспроизводству. Более полное описание вы можете найти здесь Реферат Клетка, как открытая система Организация потоков веществ и энергии Биологическое окисление, дыхание, брожение Фото и хемосинтез Аэробное кислородное дыхание Половое размножение у простейших Коньюгация и копуляция Онтогенез и его периодизаци Клетка, как открытая система Организация потоков веществ и энергии Биологическое окисление, дыхание, брожение Фото и хемосинтез. Так как при передаче энергии с одного уровня на другой происходит ее потеря, цепь питания не может быть длинной Обычно она состоит из 4 6 звеньев табл 2 Типичные схемы пищевых цепей В М Ивонин, 1996 Таблица 2 cellpadding.

Падение количества энергии при переходе с одного трофического уровня на более высокий определяет число самих этих уровней Подсчитано, что на любой трофический уровень поступает лишь около 10 или чуть более энергии предыдущего уровня Поэтому общее число трофических уровней редко превышает 3 4 Соотношение живого вещества на разных трофических уровнях подчиняется целом тому же правилу, что и соотношение поступающей энергии чем выше уровень, тем ниже общая биомасса и численность составляющих его организмов. В популяции продукция это общая суммарная величина приращения ее биомассы за единицу времени Продукция трофического уровня это суммарная продукция всех популяций, занимающих этот уровень Собственно продуцирование биологического вещества происходит за счет роста организмов и нарождения новых особей И тот и другой процесс требует определенных затрат энергии и вещества Автотрофы получают эти ресурсы, используя свободную энергию солнечного излучения и запасы минеральных веществ Ресурсом гетеротрофов являются организмы предшествующих трофических уровней. Примером биологической системы являются все живые организмы, населяющие нашу планету, том числе и растения. Важнейшим научным доказательством единства всего живого послужила клеточная теория Т Шванна и М Шлейдена. Самовоспроизведение способность живого организма его органа ткани клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.

Минеральные вещества делятся на макроэлементы и микроэлементы, также организме есть и ультрамикроэлементы. В природе существует ситуация, когда потоки, идущие с повышением энергии, самостоятельно идти не могут, но могут протекать при действии какихлибо сил Это явление называется сопряжением потоков Критерием возможности сопряжения потоков системе является положительное значение диссипативной функции ψ Τ V dS dt 0, где Τ абсолютная температура dS dt скорость продукции энтропии V объем системы. Превращение химической энергии переноса электронов энергию, связанную с разностью электрохимических потенциалов протонов результате сопряжения переноса электрона по дыхательной цепи и переноса протона через мембрану При этом Δμ H FΔφ M RT ln H 1 H 2, где Δμ H разность электрохимических потенциалов Δφ M разность электрических потенциалов между внешней и внутренней сторонами мембраны митохондрий H 1 и H 2 концентрации протонов окружающей среде и внутри митохондрий. Биология совокупность естественных наук о жизни как особом явлении природы. В И Вернадским слайд 4 создается учение о биосфере и ноосфере Начинает развиваться наука экология, основоположником которой считается Геккель.

Жизнь не определяется и не характеризуется постоянным химическим составом и определенной материальной структурой, как известные неорганические естественные тела, например минералы и кристаллы живых телах происходят процессы совершенно особого рода, которые и придают соответствующим телам и системам печать жизни При отсутствии или прекращении таких процессов о жизни не может быть более речи. Живые системы отличаются, как всем известно, от неорганических систем тем, что они состоят из чрезвычайно сложных органических соединений, прежде всего из белков Химик может построить лаборатории химические тела, вполне подобные важным органическим телам, встречающимся живой клетке, например углеводы, белки и эти тела будут лишены всякой жизни. Живые системы можно таким образом определить как системы тел, состоящих из одной или многих клеток, которых имеются налицо уже упомянутые три группы процессов стационарные процессы обмена веществ и энергии, физиологические колебания этих стационарных процессов и прогрессирующие процессы смены формы. Совокупность особей одного вида, занимающая определенный ареал обитания, образует следующий уровень организации жизни популяционновидовой Это надорганизменная система, которой осуществляется свободное скрещивание, и потому эта система генетически открытая В такой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования.

Следующим переломным моментом изучении генов человека стала разработка методов дифференциальной окраски хромосом, что позволило на сегодняшний день установить локализацию практически всех генов хромосомах человека Работы по изучению сцепления генов открыли новые практические возможности диагностики наследственных болезней и установлении полиморфизма наследственных признаков. В последнее время все больше болезней связано с неблагоприятным воздействием на организм факторов окружающей среды Человек как часть природы существует популяциях, включен экосистемы, испытывает на себе влияние биотических и абиотических факторов, сам оказывает на эту среду сильное воздействие Поэтому знание биологических закономерностей необходимо для обоснования научных подходов охраны природы, том числе с целью профилактики возникновения новых для человечества болезней экологически зависимых. Таким образом основной задачей будущих врачей остается получение необходимых медикобиологических знаний для дальнейшего их использования диагностики, лечении и профилактики заболеваний.

Организм человека, как и все живые организмы, существует как открытая система Организм выделяет такие вещества, как вода, углекислый газ, минеральные соли и др Одновременно с этим происходит выделение энергии из организма она рассеивается пространстве виде тепла Организм это устойчивая система, поэтому потеря вещества восполняется постоянным его поглощением из окружающей среды виде пищевых продуктов, воды, вдыхаемого кислорода Таким образом, через тело человека постоянно идет поток вещества и заключенной нём энергии Этот непрерывный поток является одним из важнейших свойств живых организмов и называется обмен веществ и энергии или метаболизм. Питательные вещества, поступающие организм, богаты энергией Они преобразуются организме вещества, бедные энергией Высвобождающаяся при этом энергия используется для нужд организма для поддержания его активности, роста, развития и др, а также рассеивается виде тепловой энергии. Энергетический обмен Для создания новых веществ необходимо затрачивать энергию Она добывается путем распада и окисления части органических веществ, поступающих клетку. После каждой темы даны вопросы для самопроверки и задания различного уровня сложности Любой ученик, ознакомившись с приведенным пособии теоретическим материалом и ответив на предлагаемые вопросы, может считать, что он вполне освоил данную тему. Желаем всем успешной работы с предлагаемым учебным пособием и надеемся, что книга окажет помощь овладении биологическими знаниями.

Например, организме животных и человека отсутствует фермент, расщепляющий целлюлозу, но крахмал и гликоген легко подвергаются гидролизу ферментом амилазой Разница строении этих углеводов состоит только том, что молекула первого вещества состоит из остатков βглюкозы, а молекулы двух других из остатков аглюкозы Фермент амилаза действует на αгликозидную связь молекуле крахмала, гликогена, мальтозы, но не действует на βгликозидную связь целлюлозе. Фермент трипсин расщепляет как природный белок, так и искусственный полипептид, так как действует на пептидную связь Эти ферменты обладают групповой специфичностью, так как действуют на вещества с одинаковой связью. Каждый фермент имеет определенное строение Как и у всех белков, оно зависит от его первичной структуры, которая определяет третичную и четвертичную структуры, форму глобулы и ее пространственную конфигурацию Результаты исследований показали, что молекулы ферментов во много раз больше, чем молекулы веществ, которые они активируют реакциях Ферменты, как правило, являются глобулярными белками Часто они образуют комплексы с небелковыми компонентами металлами цинком, железом, марганцем, медью и др, низкомолекулярными органическими соединениями, витаминами Например, состав каталазы входит железо витамин B 3 или PP является компонентом окислительновосстановительных ферментов витамин В, входит состав ферментов, отщепляющих углерод от молекул органических соединений.

Субстратный центр служит якорной площадкой для соединения фермента с субстратом При этом между ними возникают определенные связи, позволяющие ферменту удерживать субстрат Активный и субстратный центры ферментов часто находятся рядом или совпадают. На скорость реакции и активность ферментов могут влиять и различные низкомолекулярные вещества Активаторами ферментов являются ионы некоторых металлов Они могут соединяться с регуляторным центром фермента, изменять его конфигурацию и повышать активность Некоторые ферменты работают только присутствии определенных ионов. Как изменяется скорость реакции зависимости от температуры Какая температура является оптимальной и почему. Первую попытку научного определения функции зеленого листа предпринял 1667 итальянский натуралист Мерчелло Мальпиги основатель анатомии растений Он заметил, что если у проростков тыквы оторвать первые зародышевые листочки, то растение перестает развиваться Мальпиги высказал следующее предположение под действием солнечных лучей листьях растения происходят какието преобразования и испаряется вода Однако на эти предположения не обратили особого внимания.

В хлоропластах встречается несколько видов хлорофилла, из которых наиболее распространены хлорофиллы а и b рис 9 Хлорофилл а имеется у всех растений большом количестве и играет центральную роль фотосинтезе Он имеет желтозеленую окраску и наиболее интенсивно поглощает свет красном и ультрафиолетовом спектрах Существует несколько форм этого пигмента, которые отличаются друг от друга положением максимума поглощения красном спектре хлорофиллы 670, 690, 700 нм. Хлорофилл b синезеленого цвета, более интенсивно поглощает энергию фиолетовом спектре, но значительно меньше красном спектре Он также встречается у высших растений и зеленых водорослей У бурых и некоторых одноклеточных водорослей встречается хлорофилл с, имеющий зеленую окраску У красных водорослей имеется еще одна разновидность хлорофилла d также зеленого цвета У синезеленых бактерий цианей имеется иная разновидность фотосинтетического пигмента бледносинего цвета. Под действием света происходит разложение молекулы воды фотолиз Образуется два протона и свободный кислород, который качестве побочного продукта выделяется атмосферу Иначе световую фазу еще называют стадией фотолиза воды. Интенсивность фотосинтеза зависит от целого ряда факторов Вопервых, это длина световой волны.

Жизнь на Земле зависит от фотосинтеза Предполагают, что первые древние организмы располагали избыточным количеством органических соединений, образовавшихся результате геохимических процессов Однако большая часть этих веществ была использована на заре развития жизни на Земле С тех пор почти все органические вещества, необходимые для функционирования живых систем, образуются процессе фотосинтеза Первичный синтез органических веществ обеспечивает процессы ассимиляции и диссимиляции у всех живых организмов. В зависимости от того, окисление какого вещества сопровождается выделением энергии, различают азотфиксирующие бактерии, нитрифицирующие бактерии, железо, серобактерии и Так как это прокариотные организмы, то их клетках отсутствуют специализированные органеллы, которых могут происходить окислительновосстановительные реакции Процессы хемосинтеза у них протекают на выростах плазматической мембраны мезосомах Источником водорода этих реакциях является не только вода, но и неорганические соединения сероводород H 2 S, водород. Хемосинтезирующие бактерии играют важную роль биосфере Они обеспечивают круговорот элементов природе Большинство хемосинтезирующих бактерий находятся почве С их деятельностью связано плодородие почвы, очистка воды природе Примером нитрифицирующих бактерий являются клубеньковые бактерии, располагающиеся на корнях бобовых растений. Этот этап протекает только присутствии кислорода и иначе называется кислородным Он протекает митохондриях.

В соответствии со вторым законом термодинамики физические и химические процессы протекают направлении необратимого перехода полезной энергии хаотическую, неупорядоченную форму и установления равновесия между упорядоченным состоянием и хаотическим, неупорядоченным По мере приближения к установлению равновесия между упорядоченностью и неупорядоченностью и к остановке процесса происходит уменьшение свободной энергии, той порции общей полезной энергии, которая способна производить работу при постоянной температуре и постоянном давлении Когда количество свободной энергии уменьшается, то повышается та часть общей внутренней энергии системы, которая является мерой степени случайности и неупорядоченности дезорганизации и называется энтропией Другими словами, энтропия есть мера необратимого перехода полезной энергии неупорядоченную форму Таким образом, естественная тенденция любой системы направлена на повышение энтропии и уменьшение свободной энергии, которая является самой полезной термодинамической функцией Живые организмы являются высокоупорядоченными системами Для них характерно содержание очень большого количества информации, но они бедны энтропией.

Определенная роль транспорте веществ принадлежит белоксвязывающим системам, представляющим четвертый способ транспорта Речь идет о белках, локализованных периплазматическом пространстве Эти белки специфически связывают сахара, аминокислоты и ионы, перенося их затем к специфическим молекуламносителям, локализованным клеточной мембране Источником энергии для этих систем является. Фотосинтез начинается с улавливания и поглощения света пигментом хлорофиллом, содержащимся хлоропластах клеток зеленых растений Когда свет падает на молекулу хлорофилла, то один из ее электронов оказывается возбужденном состоянии Другими словами, он переходит на более высокий энергетический уровень Возбужденные электроны передаются затем другими молекулами, результате чего повышается свободная энергия молекулыакцептора, а брешь, образованная молекуле хлорофилла, заполняется электроном, поступающим из воды Последняя при этом окисляется, результате чего выделяется молекулярный кислород Таким образом, молекулах хлорофилла световая энергия переводит электроны на более высокий энергетический уровень Хлорофилл является промежуточным соединением на пути электронов от низкоэнергетического уровня молекулах воды к высокоэнергетическому уровню конечном акцепторе электронов. В цепи переноса электронов осуществляется несколько окислительновосстановительных реакций, каждой из которых электроны переходят на более низкий энергетический уровень.

Хемосинтез это синтез органических веществ с помощью энергии, генерируемой окислением неорганических соединений, например, аммиака, оксида железа, сероводорода Хемосинтез был открыт С Н Виноградским 18891890 гг Его осуществляют бактерии разных видов Рассмотрим некоторые из наиболее известных примеров, начав с нитрифицирующих бактерий, роль которых была показана С Н Виноградским. Образующаяся результате этой реакции свободная сера накапливается цитоплазме серобактерий Если недостает далее сероводорода, то происходит окисление свободной серы бактериальной цитоплазме с дальнейшим освобождением энергии. Эта энергия используется для синтеза органических веществ из углекислого газа. Хемосинтезирующие бактерии окисляют также соединения железа и марганца Считают, что образование залежей железных и марганцевых руд является результатом деятельности микроорганизмов прошлые геологические эпохи В И Вернадский. Поскольку у аэробных организмов единственным акцептором электронов является О 2 а электроны не переносятся от топливных молекул и продуктов их реакций прямо на O 2 топливные молекулы и продукты их распада переносят электроны к пиримидиннуклеотидам или флавинам, являющимся переносчиками. Центральное место биосинтезе принадлежит синтезу белков см гл XII Синтез белков, нуклеиновых кислот и других химических соединений необходим для поддержания живых клеток Во все биосинтезы вовлечен.

Автотрофные от греч autos сам, trophe пища, или самопитающиеся организмы, это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических углекислого газа, воды и неорганических соединений азота и серы В зависимости от источника потребляемой энергии автотрофы классифицируют на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы. Жизнедеятельность организмов с различными типами питания создает круговороты веществ природе. Обмен веществ у животных Обмен веществ одно из основных свойств живых организмов Поступление питательных веществ и кислорода, превращение кислородного расщепления идут с освобождением энергии Количество энергии освобождаемой на каждой ступени.

Механицизм как физикализм возник конце 19 начале 20 веков и получил законченные формы к середине 20 века Согласно представлениям физикалистов жизнь развивается, но по сути она представляет простые физикохимические процессы Причем сложнейшие биологические процессы сначала сводятся к более простым химическим, а химические свою очередь сводятся к еще более простым физическим Такие отношения между уровнями разной сложности обозначаются как принцип сводимости сложные уровни и процессы сводятся к простым Метод познания, основанный на принципе сводимости, или редукции, называется редукционизмом от латинского reductio отодвигание назад, возвращение к прежнему состоянию, так что физикализм своем методологическом применении выступает как крайняя форма редукционизма Для физикализма, как и для механицизма целом, характерно отрицание качественной специфики более сложных материальных образований, поскольку сложное сводится к более простым элементам, целое к сумме его частей.

Однако живая материя, пока она действительно живая, остается неравновесной, структурированной, высоко упорядоченной В ней имеется свободная, готовая совершить работу энергия, а энтропия минимальна Такое состояние поддерживается за счет притока внешней энергии и ее трансформации энергию химических связей макромолекул Концентрация вещества и поля, то есть повышение внутренней свободной энергии материи происходит процессе разнообразных биосинтезов образования сложных веществ из простых, сопряженных с поглощением внешней энергии Это и есть жизнь противоположность смерти правая часть схемы на рис 1 Поскольку основной формой внешней энергии для поддержания жизни является солнечный свет, формулу жизни можно конкретизировать. Жизнь это поддержание высокой упорядоченности низкой энтропии среде с меньшей упорядоченностью высокой энтропией.

Разные организмы потребляют разные виды энергии связи с чем их делят на аутотрофные и гетеротрофные Аутотрофные организмы дословно самопитающиеся способны поглощать энергию неживой природы Прежде всего это зеленые растения, а также бурые, красные и синезеленые водоросли, использующие солнечный свет для процесса фотосинтеза образования органического вещества глюкозы из неорганических воды и углекислого газа К аутотрофам относятся также некоторые бактерии, способные к реакциям хемосинтеза синтеза органических веществ за счет энергии простых химических реакций При этом первичная энергия солнечная или химическая преобразуется энергию химических связей сложных органических молекул так что аутотрофы как бы сами создают себе пищу Гетеротрофные организмы питающиеся за счет других человек, все животные, грибы, а также многие бактерии получают пищу виде готовых органических веществ, произведенных аутотрофами, основном растениями В составе этой пищи они получают и энергию, заключенную химических связях Если органическое вещество пищи расщепить на более простые вещества, освобождается энергия По сути гетеротрофы получают ту же солнечную энергию, но преобразованную зелеными растениями химическую Отсюда ясна огромная роль растительных организмов как посредника энергетическом обеспечении животных и человека Избавиться от этой зависимости, получать какуюлибо энергию прямо из неживой природы человечество еще не научилось И хотя академик В И Вернадский выдвигал такую научную задачу, дальше фантастических произведений дело не продвинулось и вряд ли продвинется обозримом будущем Поэтому для биологов всего мира одной из приоритетных задач остается понять во всех деталях механизм фотосинтеза, с тем чтобы максимально интенсифицировать его растениях и по возможности воспроизвести искусственных условиях.

Катализ это возбуждение или изменение скорости химических реакций с помощью внешних добавок катализаторов Катализ используется химической промышленности при получении аммиака, серной и азотной кислот, моторного топлива, разнообразных полимеров Широко распространен катализ и живых организмах С участием катализаторов реализуется генетическая информация и осуществляются все процессы обмена веществ и энергии Катализ происходит клетках, межклеточных жидкостях и полостях, пищеварительном тракте. Животные используют прежде всего запахи то есть химическую сигнализацию Пахучие вещества разнообразные молекулы выделяются у животных кожными железами, с выдыхаемым воздухом, с мочой и другими жидкостями, а у растений листьями, корой, цветками Воспринимаются запахи у различных животных обонятельными органами или диффузно рассеянными покровах хеморецепторными клетками Различают, с одной стороны, аттрактанты привлекающие вещества, том числе феромоны привлекающие полового партнера, с другой репелленты отпугивающие вещества Аттрактанты и репелленты очень эффективны борьбе с вредными насекомыми, улитками, грызунами и другими животными Диапазон их действия может достигать нескольких километров Пахучие травы, масла применяли с древних времен В настоящее время качестве аттрактантов и репеллентов все чаще используют синтетические препараты, которые своей молекулярной структурой как бы подражают природным пахучим веществам.

Многие организмы используют для общения свет Свечением обладают некоторые бактерии, грибы, простейшие, медузы, ракообразные, насекомые, рыбы Специальные вещества люминофоры выделяют порции световой энергии под действием коротковолнового излучения, электрического разряда или химической реакции Это явление, называемое люминесценцией, известно также неживой природе например, свечение белого фосфора, сернистных соединений кальция, бария, стронция Биолюминесценция используется разными организмами для освещения и приманки добычи, отпугивания хищников, привлечения полового партнера. Реакции пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой Все реакции синтеза протекают за счет энергии, которая образуется ходе распада веществ Распад веществ идет с помощью ферментов, которые образуются процессе анаболизма. Количество какойлибо величины, переносимое единицу времени через некоторую поверхность, называется потоком этой величины. В природе существует ситуация, когда потоки, идущие с повышением энергии, самостоятельно идти не могут, но могут протекать при действии какихлибо сил Это явление называетсясопряжением потоков Критерием возможности сопряжения потоков системе является положительное значение диссипативной функции V dS dt 0, где абсолютная температура dS dt скорость продукции энтропии V объем системы.

Термодинамика показывает, что если система неравновесна, но близка к равновесию, то может быть представлена суммой произведений обобщенных сил Xi и обобщенных потоков i, то есть суммой мощностей процессов iXi 0 Положительное значение диссипативной функции означает, что любом преобразователе энергии входная мощность должна превышать выходную В большинстве биологических процессов происходит преобразование химической энергии осмотическую, электрическую и механическую Во всех этих процессах происходит диссипация части химической энергии тепло Для биологических процессов эффективность сопряжения составляет 8090, то есть всего 1020 энергии переходит тепло. Из теоремы Пригожина следует, что, если система выведена из стационарного состояния, то она будет изменяться до тех пор, пока удельная скорость продукции энтропии не примет наименьшего значения То есть пока диссипативная функция не достигнет минимума.

Саморегуляция способность организмов непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов гомеостаз на основе потока вещества, энергии и информации При этом недостаток поступления питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ Саморегуляция осуществляется разными путями благодаря деятельности регуляторных систем нервной и эндокринной и основана на принципе обратных связей сигналом для включения той или иной системы может быть изменение концентрации какоголибо вещества или состояния какойлибо системы Так, повышение концентрации глюкозы крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы инсулина, уменьшающего содержание этого сахара крови снижение уровня глюкозы крови замедляет выделение гормона кровяное русло Уменьшение числа клеток ткани при пилинге, дермабразии кожи, результате травмы вызывает усиленное размножение оставшихся клеток восстановление нормального количества клеток дает сигнал о прекращении интенсивного клеточного деления.

Рост и развитие Независимо от способа размножения бесполое или половое все дочерние особи образующиеся из одной зиготы, споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информацию, возможность проявлять те или иные признаки и свойства Новый организм реализует полученную наследственную информацию ходе роста и развития Развитие изменение внешнего или внутреннего строения организма Развитие живых организмов представлено онтогенезом индивидуальным развитием и филогенезом историческим развитием На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма проявление цвета глаз, способность держать голову, сидеть, ходить, появление зубов и у детей Развитие сопровождается ростом постепенным увеличением размеров развивающегося организма, за счет процесса увеличения количества клеток и накоплением массы внеклеточных образований результате обмена веществ В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток При смене многочисленных поколений происходит изменение видов, или филогенез эволюция это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Раздел 1 Организация жизни на Земле Биология клетки Размножение Генетика.

Современная трактовка С позиции системного подхода жизнь характеризуется как макромолекулярная открытая система, которой свойственны. Жизнь это качественно особая форма существования материи связанная с самовоспроизведением Все живое происходит только из живого Сущность жизни заключается самовоспроизведении, которое обеспечивается передачей генетической информации от поколения к поколению Жизнь открытая система, состоящая из подсистем более низкого порядка. Самовоспроизведение и самообновление Предполагает образование новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся. Изменчивость При передачи наследственной информации иногда возникают отклонения, если изменения благоприятны для жизни, они закрепляются отбором. Эволюционными предшественниками многоклеточных организмов были колониальные формы простейших организмов Наиболее ранние ископаемые останки многоклеточных животных имеют возраст около 700 млн лет Палеонтологическая летопись свидетельствует о том, что многоклеточные организмы возникали ходе эволюции от одноклеточных эукариот независимо не менее 17.

Молекулярногенетический это начальный, глубинный уровень организации живого Представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидами и стероидами, которые находятся клетках и называются биологическими молекулами На этом уровне осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности кодирование, передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергии и Жизненный субстрат, для всех животных, растений, вирусов, представлен всего лишь 22 ак Одними и теми же, и 4 одинаковыми азотистыми основаниями, близкий состав имеют липиды и углеводы Элементарной единицей на этом уровне служит ген Элементарное явление заключается возможности некоторых изменений содержании закодированной гене информации при редупликации генные или истинные мутации. Современная биология расширила круг доказательств этому, все клетки одинаковым образом а хранят биологическую информацию, редуплицируют генетический материал с целью его передачи ряду поколений, используют информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка, хранят и переносят энергию, превращают энергию работу, регулируют обмен веществ. Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами Особенностью организмов простейших является то, что они исключая колониальные формы соответствуют структурном отношении уровню одной клетки, а физиологическом полноценной особи.

В традиционном изложении клетку растительного или животного организма описывают как объект, отграниченный оболочкой, котором выделяют ядро и цитоплазму В ядре наряду с оболочкой и ядерным соком обнаруживаются ядрышко и хроматин Цитоплазма представлена ее основным веществом матриксом, гиалоплазмой, котором распределены включения и органеллы. В цитоплазме различают основное вещество матрикс, гиалоплазма, включения и органеллы Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами Важнейшие из белков представлены ферментами гликолиза, обмена сахаров, азотистых оснований, аминокислот и липидов. Поверхностный аппарат клеток состоит из 3 субсистем плазматической мембраны, надмембранного комплекса гликокаликс или клеточная стенка и субмембранного опорносократительного аппарата. Важная роль функциональном объединении структурных компонентов и компартментов клетки принадлежит свойствам живой протоплазмы В целом ее принято рассматривать как особую многофазную коллоидную систему, или биоколлоид От банальных коллоидных систем биоколлоид отличается сложностью дисперсной фазы Основу ее составляют макромолекулы, которые присутствуют либо составе плотных микроскопически видимых структур органелл, либо диспергированном состоянии, близком к растворам или рыхлым сетеобразным структурам типа гелей.

Автотрофы и гетеротрофы неразрывно связаны между собой пищевыми цепями и энергетически создавая круговороты веществ и поток энергии экосистемах. Поток энергии обеспечивается двумя клеточными механизмами питанием и дыханием. В клетке локализуется на рибосомах биосинтез белков эндоплазматической сети синтез липидов и полисахаридов хлоропластах фотосинтез углеводов. Неразрывно связана с диссимиляцией источником необходимой энергии и сырья для синтеза. Катаболизм энергетический обмен или диссимиляция от лат dissimilis расподобление Катаболизм диссимиляция составная часть метаболизма объединяющая ферментативные реакции расщепления сложных высокомолекулярных соединений пищевых запасных до более простых сопровождающиеся выделением энергии. II бескислородный гликолиз ферментативное расщепление мономеров до промежуточных продуктов происходящее цитозоли клетки. Аэробные организмы аэробы от греч aer воздух организмы использующие для дыхания окисления свободный кислород аэробами являются большинство ныне живущих организмов. Химическое дезавуирование опасных для клетки и организма веществ экзо и эндотоксинов антигенов. Схема взаимодействия поцессов метаболизма и их связи с внешней средой. Образующиеся малые органические молекулы мономеры могут подвергаться дальнейшему расщеплению или использоваться клеткой как строительный материал для синтеза собственных органических соединений.

Таким образом конечный продукт бескислородного процесса гликолиза клетках животных молочная кислота растительных клетках чаще всего. На втором этапе для анаэробных организмов энергетический обмен заканчивается гликолиз является единственным процессом получения энергии. Таким образом цикл Кребса общий конечный путь которым завершается обмен углеводов жирных кислот и аминокислот. Благодаря обмену веществ организм выполняет работу, направлен ную на объекты внешней среды Результатом ее является, частности, отыскание и поглощение пищи, что обеспечивает приток и усвоение необходимых для жизнедеятельности веществ Часть субстра тов и энергии, высвобождаемых результате обмена веществ, используется на постоянное самообновление структур организма, которые процессе жизнедеятельности и взаимодействия со средой обитания подвергаются неблагоприятным изменениям Эти изменения целом повышают энтропию, тогда как самообновление препятствует этому процессу Постоянная работа по поддержанию самих себе энтропии на достаточно низком уровне служит важным свойством живых форм. В практическом отношении полезны описательные определения Одно из них, например, характеризует жизнь как макромолекулярную систему, которой свойственны иерархическая организация, способ ность к самовоспроизведению, обмен веществ, тщательно регулируе мый поток энергии и которая представляет собой распространяющееся ядро упорядоченности менее упорядоченной Вселенной.

Типы клеточной организации про и эукариотических клеток Поток информации, энергии и вещества клетке Закономерности существования клетки во времени. Системный подход как научное направление используется биологических исследованиях с начала прошлого столетия Системный характер организации и функционирования свойствен не только организму, но и другим главным биологическим образованиям геному, клетке, популяции, биогеоценозу, биосфере. Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособлены от своего окружения оболочкой Клеточная оболочка, или плазмалемма, животных клеток образована мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10 20 нм Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками гликопротеины и жирами гликолипиды Изнутри к мембране примыкает кортикальный корковый слой цитоплазмы толщиной 0, 1 0, 5 мкм, котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие своем составе сократимые белки.

Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функции Благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные вещества гормоны В удержании заякоривании этих веществ на клеточной поверхности участвуют белки кортикального слоя Наличие оболочке рецепторов дает клеткам возможность воспринимать сигналы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения окружающей их среде или состоянии организма В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение. Включениями рис 2 5 называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами жир, гликоген, продуктами, подлежащими выведению из клетки гранулы секрета, балластными веществами некоторые пигменты. На этом уровне изучаются физико химические процессы, происходящие организме синтез и разложение белков, липидов, нуклеиновых кислот, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации Элементарной единицей на молекулярногенетическом уровне служит ген, котором записан определенный объем биологической наследственной информации. В процессе активного транспорта ионов клетку через цитоплазматическую мембрану проникают различные сахара, нуклеотиды, аминокислоты.

Мембрана может захватывать как твердые частицы фагоцитоз так и капли жидкости пиноцитоз. Водород входит состав всех органических веществ клетки В наибольших количествах содержится составе воды Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии. Кальций участвует свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы том числе участвует поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза Нерастворимые соли кальция участвуют формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных. Медь входит состав окислительных ферментов, участвующих синтезе цитохромов. Белки непериодические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты В состав всех белков входят атомы углерода, водорода, кислорода, азота Во многие белки, кроме того, входят атомы серы Есть белки, состав которых входят также атомы металлов железа, цинка, меди Наличие кислотной и основной групп обусловливает высокую реактивность аминокислот Из аминогруппы одной аминокислоты и карбоксила другой выделяется молекула воды, а освободившиеся электроны образуют пептидную связь CONN, поэтому белки называют полипептидами Молекулы белков макромолекулы Известно много аминокислот Но качестве мономеров любых природных белков животных, растительных, микробных, вирусных известно только 20 аминокислот.

Первичная структура полипептидная цепь из аминокислот, связанных определенной последовательности ковалентными пептидными связями. Энергетическая функция при расщеплении белков 1 освобождает 17, 6 кДж энергии. Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и веществ извне. Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, прежде всего для химического синтеза веществ, используемых для построения структур клетки и организма Живые существа способны. Мейоз имеет место во время во время овогенеза и сперматогенеза половых клетках, митоз же обеспечивает клеточный механизм процессов роста, регенерации, бесполого размножения организма. Позитивные отношения, при которых совместная жизнь организмов приносит обоюдную пользу, называются симбиозом Есть несколько форм симбиоза. По времени контакта хозяина и паразита паразитизм бывает временным и постоянным Временные паразиты обычно посещают хозяина только для питания Это основном кровососущие членистоногие Постоянные паразиты подразделяются на стационарных и периодических. В процессе жизнедеятельности нередко паразиты осуществляют миграцию организме хозяина и способны таким образом вначале обитать полостных органах, а затем перемещаться ткани внутренней среды Таковы трихинелла и свиной цепень Возможен переход от эктопаразитизма к паразитированию тканях внутренней среды К таким видам относятся, например, личинки вольфартовой мухи.

Все представители этого класса паразиты, причем паразитизм достигаетмаксимального выражения Представители этого класса поселяются кишечнике человека или животных, реже печени или полости тела Сюда относятся свиной и бычий цепни, эхинококк и др, настоящее время их известно около 3000 видов Тело лентовидной формы, размеры колеблются от нескольких миллиметров карликовый цепень до 410 свиной, бычий цепень В каждом членике тела паразита повторяются трубки выделительной системы, боковые нервные стволы, а также половые органы Пищеварительная система и органы чувств отсутствуют Дыхание анаэробное бескислородное Ленточные черви гермафродиты Незрелые членики располагаются передней части тела, средней гермафродитные, конце зрелые Зрелый членик представляет собой мешок, набитый яйцами до 175000 яиц каждом, он отторгается и вместе с калом выводится во внешнюю среду. Признаки, наследуемые потомками, могут быть и патологическими К патологиям можно отнести аномалии развития полидактилию многопалость, ахондроплазию низкий рост, укорочение верхних и нижних конечностей Иногда сходные аномалии могут возникнуть результате действия вредных факторов внешней среды на плод момент формирования того или иного органа это фенокопии наследственных пороков Они не наследуются Например, катаракта может быть наследственным заболеванием и может возникнуть вследствие нарушения эмбрионального развития.

Гены, влияющие на различное проявление одного и того же признака и расположенные одинаковых локусах парных гомологичных хромосом, называют аллельными Аллельные гены отвечают за развитие альтернативных взаимоисключающих признаков. Если какойлибо фактор выходит за пределы выносливости организма, то существование этого организма становится невозможным даже при других благоприятных условиях Факторы, выходящие за пределы максимума или минимума выносливости, называются ограничивающими факторами. Основными способами антропогенного влияния являются завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание рудеральных мест обитания мусорные свалки, пустыри и отвалов, создание культурных фитоценозов. В анафазе хромосомы делятся соединение районе центромеры разрушается и расходятся к полюсам деления Параллельно полюса веретена также расходятся друг от друга. В телофазе происходит разрушение веретена деления и образование ядерной оболочки вокруг двух групп хромосом, которые деконденсируются и образуют дочерние ядра. Мейоз или редукционное деление клетки деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом два раза Происходит два этапа редукционный и эквационный этапы мейоза.

Таким образом происходит перенос энергии через ряд организмов каждый последующий питается предыдущим, потребляя материал и энергию для процессов синтеза Такая последовательность называется пищевой цепи, а каждая его звено пищевым уровнем Первый пищевой уровень занимают автотрофы, или продуценты Организмы второго пищевого уровня, питающихся автотрофами, называются первичными консументами, третьего вторичными консументами и Замыкают любой пищевую цепь редценты организмы, питающиеся мертвыми органическими остатками бактерии, грибы, дождевые черви и разрушают их до простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами. Поток энергии и вещества пищевых цепях описывается правилом экологической пирамиды масса каждого последующего звена пищевой цепи уменьшается 510 раз по сравнению с предыдущей звеном Виды, входящие состав биогеоценоза, могут вступать друг с другом такие взаимоотношения конкуренцию, хищничество, паразитизм, мутуализм симбиоз, комменсализм.

Межвидовая конкуренция возникает между особями разных видов Она проявляется двух формах 1 использование различными видами одних ресурсов, 2 непосредственное подавление одного вида другим, который с ним конкурирует Примером первой формы может быть пассивная или агрессивная, конкуренция за ограниченные ресурсы почвенной влаги между группами различных видов кустарников пустыне Примером второй конкуренция между различными видами растений группировке Большинство растений выделяют окружающую среду биологически активные вещества алкалоиды, эфирные масла, ферменты, задерживают рост, препятствуют прорастанию семян растений других видов. Комменсализм нахлибництво форма взаимодействия, при которой один организм использует часть ресурсов или обитания другого организма, не причиняя последнему вреда, но и не принося пользы Так, некоторые виды креветок поселяются парами самец и самка стеклянных губках Венерин корзинам Они попадают губку еще личинками подрастают, превращаются во взрослые особи и уже не могут выбраться обратно Губка, перекачивая воду, обеспечивает креветок необходимыми питательными веществами и кислородом, защищает их от врагов Сама же губка, видимо, не получает от сожителей никакой пользы.

Вас приветствует сайт Мир науки На нашем образовательном сайте Вы сможете найти огромное количество шпаргалок, рефератов, конспектов, семинаров, лекций и прочих учебных материалов практически по всем учебным предметам Все учебные материалы собирались такими же учащимися, как и Вы, уважаемые посетители Именно поэтому, каждый конспект, каждая лекция и семинар несет себе огромную информационную нагрузку и полностью раскрывает свою тему Если Вам необходимы другие рефераты или конспекты, воспользуйтесь формой поиска на нашем образовательном сайте Все материалы, которые предоставлены на нашем сайте носят исключительно научный характер и не заинтересованы или принятия какойлибо стороны, ведь наука ставит перед собой цель повышение комфортности жизни человека и достижении новых, неизведанных ранее целей Мы искренне рады каждому нашему посетителю и мы будем удовлетворять Вашу жажду к знаниям и дальше.

Следовательно, мономеры, играющие роль строительных блоков во время биосинтеза, являются, по существу, родоначальниками большинства макромолекул, используемых живых системах Наличие мономеров и их типовых функциональных и боковых атомных групп позволяет живой клетке организовать синтез биологических молекулы химическим способом Поэтому нет сомнения том, что для построения, реконструкции и расщепления веществ, клетка использует простые типовые химические реакции Сотни протекающих клетке биохимических процессов организованы виде множества различных последовательностей, идущих друг за другом химических реакций Каждая из типовых реакций обеспечивается своим ферментом и имеет динамический, взрывной характер Причем, все эти последовательности взаимосвязанных ферментативных реакций своей совокупности представляют собой клеточный метаболизм. Ясно, что разгадка секретов технологии суперхимии живого состояния могли бы помочь открыть не только принципы и механизмы функционирования живых систем, но и революционизировать нашу химическую промышленность, открыть производство лекарственных веществ на новой биохимической основе, поставить медицину и здравоохранение на качественно новый уровень Молекулярная биология и биохимия находятся на распутье Можно сказать, что конечная цель биохимии, которая заключается познании тайны жизни во всех её конкретных проявлениях, оказалась для биохимиков непосильной Культ физикохимической науки биологии не принёс ожидаемых результатов.

В технических системах общепринято, что к аппаратным средствам относится всё, что принадлежит к материальной части системы, том числе и те электронные логические элементы, которые входят состав микропроцессорных комплектов Следовательно, к аппаратному обеспечению прямом смысле, относится всё то, что является материальным и имеет отношение к реальной части системы Значительно сложнее дело обстоит с живыми системами Здесь сами биологические элементы одновременно играют роль и структурных звеньев живого, и носителя его информации Такое универсальное свойство живого позволяет говорить о единстве слиянии вещества и информации несмотря на то, что это разные философские понятия Вещество является материальным компонентом живого, а информация это его нематериальная виртуальная часть программы, сообщения, команды, сигналы различного назначения, которые всегда загружены структуру биоорганического вещества.

Отсюда напрашиваются и другие еретические мысли и обобщения Например, следует закономерный вывод о том, что все универсальные свойства, приписываемые сегодня биологической материи, на самом деле относятся к информации заключенной её структурах К этим свойствам, первую очередь, относится способность живых систем к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению Ясно, что эти уникальные способности живого обеспечиваются только информацией, существующей на основе биоорганического вещества, но никак не самим веществом, какими бы уникальными физическими или химическими свойствами оно не обладало Физикохимические свойства биоорганического вещества просто оказались незаменимыми при построении функциональных биологических средств и устройств, используемых управляющей системой клетки для реализации биохимических процессов При этом, вся организационная часть по созданию и применению этих средств, как известно, возложена на генетическую информацию А генетические сообщения обеспечивают и закладывают макромолекулы не только структурные, но и программные компоненты биоорганического вещества Все эти процессы практически обеспечивают феномен единства вещества, энергии и информации Очевидно, что рассматриваемая триада компонентов выступает роли универсального фактора, обеспечивающего все жизненные процессы и биологические свойства вещества Нет сомнений том, что информация, это тот виртуальный посредник, который с самого начала жизни, связывает материальную часть нашего мира с виртуальной, нематериальной его частью При этом информация не зависит от физических свойств своего носителя и подчиняется только своим специфическим принципам и правилам.

Как мы видим, информация живых системах имеет молекулярный базис представления и передается так же, как и любой языковой системе с помощью алфавитного набора букв и символов, упорядоченных использованием кода Здесь запись и перекодирование информации осуществляется при помощи химических букв или символов общего молекулярного алфавита Молекулярным кодированием живой клетке можно назвать процесс представления данных последовательностью химических букв или символов Причем, информация клетке передается не только одним генетическим кодом В передаче биологической информации участвуют и другие молекулярные коды, и кодовые последовательности, основу которых составляет определенный комбинационный набор химических букв или символов А содержащаяся молекулярных цепях информация обеспечивает функционирование биологических молекул 11 При этом закодированная последовательность букв или символов любого сообщения передаётся не однократно, а с многократным повторением, что ведёт к повышению помехоустойчивости информационной системы.

Из центральной догмы Н Винера вытекает тот факт, который нас больше всего интригует и изумляет информация не является физической величиной несмотря на то, что лежит основе самой жизни и играет роль одной из ключевых субстанций нашего мира Она, хотя и пользуется для своего воплощения различными материальноэнергетическими средствами тем не менее, всегда выступает качестве отдельного спутника и независимого природного явления Отсюда следует, что кодируемая информация, по своей природе, сущность не материальная, а виртуальная То есть она и не вещество, и не энергия, а чтото другое, данное живой материи природе и нам представление Причем, важно отметить, что, несмотря на её виртуальность, она обладает способностью к селективному отбору, эволюционному разнообразию и подчиняется не физическим законам, а только своим специфическим принципам и правилам закономерностям информатики Причем, информация, как правило, всегда выступает главной доминантой во всех функциональных процессах той или иной системы.

К исключительным, на мой взгляд, свойствам генетической информации относится её способность бесчисленное количество раз передаваться из поколения поколение путём простой смены своих материальных носителей Мы живем, благодаря полученной наследственной информации от наших далеких и близких предков В нашем организме нескончаемым потоком идут процессы обмена веществ и энергии, с возрастом мы постоянно меняемся, и у нас теле не остается ни одной биомолекулы, с которыми мы появились на свет при рождении Очевидно, что и сами гены как материальный субстрат, также участвуют метаболических процессах Поэтому самым стабильным компонентом живой системе является не вещество, а информация А все метаболические процессы, по своей сути, служат одной единственной цели для того, чтобы как можно дольше сохранить первичную наследственную информацию и более целенаправленно и экономично использовать её ресурсы Ясно, что биоорганическое вещество приносится жертву сохранения генетической информации Поэтому, к концу жизни, как правило, неизменным остаётся только наше Я и та генетическая информация благодаря которой мы существуем и развиваемся Таковы долевые вклады организацию живой системы отдельных составляющих информации и биоорганического вещества, играющего роль переносчика Очевидно, отсюда хорошо видно кто кого использует, и кто доме хозяин.

А информация стала определяющей мерой многих вещей и явлений она выступила роли универсального критерия направленности многих природных процессов и, первую очередь, процессов биологической эволюции Приходится только констатировать, что настоящее время, все биологические, технические, научные, общественные и другие процессы составляют главную содержательную часть этих двух миров Виртуальный мир существует внутри нас, причем не только благодаря виртуальности молекулярнобиологической информации, но и благодаря её высшим творческим проявлениям, которые особенно ярко проявляются у людей Таким, как способности человека к сознательному и разумному поведению, к эмоциональным проявлениям, способности к познавательным и созидательным процессам, запоминанию, к интеллектуальному мышлению, к труду, творчеству, духовности и Безмерно изумляет и вдохновляет, что на виртуальных крыльях информации, берет старт с нашей планеты Жизнь великое чудо Вселенной Буйным цветом различных красок расцвела Биосфера Земли, а за ней на тех же удивительных крыльях информации поднимается Техносфера, Ноосфера, Инфоноосфера И трудно теперь представить, что же еще ожидает нас перспективе.

В связи с этим, необходимо подчеркнуть, что широкий диапазон природных свойств и особенностей различных элементов является базовой основой сигнальной формы представления молекулярной биологической информации Поэтому носителями единичной информации биологических молекулах являются биохимические элементы, а их специфические боковые атомные группы это и есть те элементарные химические сигналы, при помощи которых осуществляется кодирование, передача, а также реализация информации различных биологических процессах Ясно, что всё разнообразие информационных сил, связей и взаимодействий живой системе может базироваться только на применении типовых биологических элементов, представляющих собой не только элементную базу живой формы материи, но и её общий молекулярный алфавит, с помощью которого производится воплощение генетической информации.

Известно, что цифровых технических устройствах широко используются цифровые коды В основу правил соответствия кодовых комбинаций числам цифровых кодов положены математические системы счисления В зависимости от значения основания кода, коды называются двоичными, троичными, десятичными и Однако, компьютеры обрабатывают не только числовую, но и различную алфавитноцифровую информацию, содержащую помимо цифр, буквенные, синтаксические и математические символы Совокупность всех этих символов образует алфавит входного языка машины Поэтому необходимость ввода, обработки и вывода алфавитноцифровой информации требует выбора определённой системы кодирования Наибольшее распространение компьютерах получило кодирование алфавитноцифровых символов 8разрядными байтами. Очевидно, что использование клеткой разных систем биологических элементов также приводит к необходимости кодирования одних химических букв, символов или знаков через алфавитную систему других Ясно, что живой клетке используются свои специфические коды Причем, автор данной статьи считает, что кодирование живой материи начинается с самого низкого субмолекулярного уровня её организации, затем поднимается до уровня биологических макромолекул и клеточных структур, и далее выходит на другие уровни организации живого Наша задача рассмотреть субмолекулярные и молекулярные уровни организации, так как только они являются фундаментальными основами биологической формы движения материи.

В живой клетке используются как трехпозиционные генетический код, так и многопозиционные коды например, аминокислотный код Понятие генетический код часто упоминается молекулярной биологии, поскольку оно лежит основе представления о механизме биосинтеза белка Для кодирования и программирования различных классов биологических молекул используются разные системы алфавиты биологических элементов нуклеотиды, аминокислоты, простые сахара, жирные кислоты и другие мономеры А различные буквенносимвольные кодовые последовательности цепях применяются не только для передачи сообщений о структурной организации биологических молекул, но используются и для передачи независимых команд, сообщений, адрасных сигналов и инструкций Как мы видим, живой системе широкое применение находят именно адресные передачи, где разделение передающих сигналов структуре биомолекул можно назвать химическим и стереохимическим кодовым разделением сигналов.

В результате таких преобразований одномерная молекулярная информация полипептидных цепей сворачивается, пакуется и сжимается трёхмерную информацию белковых молекул которая таком виде становится пригодной для транспортировки, передачи по различным каналам и компартментам, а затем, и для непосредственного использования различных биологических процессах Заметим, что эти информационные силы и связи определяют не только степень прочности белковых макромолекул, но обуславливают и их функциональные возможности Поэтому информация молекулярной биологии справедливо воспринимается как средство, позволяющее макромолекулам клетки не только нести ту или иную биологическую информацию, но и использовать её и для структурного построения, и для функционального поведения С этой смысловой биологической точки зрения её и следует рассматривать Фактор расстояния живых системах позволяет рассматривать белковые и другие биомолекулы как средство дистанционной передачи необходимых инструкций, сообщений, команд, а также исполнительных органов и механизмов их реализации То есть по такому принципу живой клетке и организме осуществляется телеуправление различными рассредоточенными молекулярными объектами управления субстратами.

Линейный и пространственный элементарный состав белков определяется генами, а каждый биологический элемент аминокислота составе белковой молекулы тождественно может выполнять различные роли как структурной, так и информационной единицы, как функционального, так и программного элемента Поэтому все аппаратные средства живой клетки белки, ферменты и другие клеточные компоненты обладают строго своей специфической структурной организацией, имеют своё информационное и функциональное назначение, а также своё индивидуальное энергетическое и программное обеспечение И главное, результате стереохимических преобразований структуре белковой молекулы формируются соответствующие молекулярные органы и исполнительные механизмы, а на локальных и поверхностных участках возникает такая пространственноупорядоченная организация боковых атомных Rгрупп элементов, которая живой системе играет роль стереохимических кодовых информационных сигналов.

Заметим также, что клеточная система сразу же получает информацию о ходе управляемых процессов виде стереохимических кодов продуктов реакции, которые становятся субстратами для других ферментов или выступают роли молекул обратной связи Пример управляемости химических реакций можно обобщить Достаточно вспомнить, что за каждой из тысяч химических реакций, протекающих клетках, скрывается свой фермент молекулярный автомат с программной биохимической логикой управления Сигнальная структурная, осведомляющая информация субстратов служит для информирования управляющей системы о состоянии управляемых объектов, о ходе реакций, об эффективности протекающих процессов и. Динамическая организация белков включает себя весь необходимый и достаточный набор информационных, управляющих, программных и энергетических средств, наличие которых указывает на несомненную принадлежность ферментов и других функциональных белков клетки к категории молекулярных биологических автоматов или манипуляторов с гибким программным управлением Причем ключевые ферменты вполне можно отнести к категории полных автоматов с авторегулированием так как после окончания рабочего цикла они не только начинают его вновь самостоятельно, но и могут регулировать прохождение химических реакций с помощью сигнальных или регуляторных молекул обратной связи.

Таким образом, живая клетка сама проектирует, создаёт и применяет для дистанционного управления высокоэффективные автоматические молекулярные средства с программным управлением Только благодаря молекулярным биологическим автоматам, манипуляторам и агрегатам управление всеми клеточными процессами полностью механизировано и автоматизировано, информационно скоординировано и осуществляется полном соответствии с теми генетическими программами, которые перенесены и загружены их молекулярную структуру Теперь уже не вызывает сомнений, что причиной упорядоченной организации живой материи является системная организация и высокая информационная насыщенность взаимодействующих биологических молекул, несущих как управляющую информацию адресные и функциональные коды белков и ферментов, так и сигнальную осведомляющую химические коды субстратов. Геология, все о Земле и ее обитателях Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы. В связи с этим до настоящего времени исследованием живой материи и биомолекул основном занимается молекулярная биология и биохимия химия наиболее организованной материи А период изучения химического состава живой материи и реакций, связанных с обменом веществ, длится уже, повидимому, около 200 лет Возможно, по этим причинам изучении живой материи до настоящего времени доминирует исключительно физикохимическое направление.

Очевидно, что биоорганическое вещество подчиняется своим физикохимическим законам, а информация подчиняется только своим специфическим закономерностям Однако при этом следует отметить важное отличие, которое существует любой живой системе информация не зависит от свойств своего носителя вещества, а вот судьба вещества полностью зависит от той информации, которая записана его структуре Более того, все свойства и состав макромолекул полностью зависят от той информации, которая загружается их структуру во время биосинтеза Следовательно, молекулярная информация не только руководит структурной организацией вещества, но и использует его физикохимические свойства для своего молекулярнобиологического воплощения.

Очевидно, что естественные науки сегодняшнего дня уже не имеют права игнорировать те информационные явления на молекулярном и биологическом уровнях, которые не только существуют живых системах, но и являются ключевыми движущими силами всех жизненных процессов Только на основе изучения и исследования информационных основ биохимических и молекулярных процессов, и никак иначе, мы можем познать общую картину информационных отношений живой материи А виртуальная сущность кодированной информации дает нам возможность проникнуть неведомый и таинственный нематериальный мир живого и определить его организующее и созидающее начало Очевидно, что здесь на первый план выступает наследственная информация, которая обеспечивает не только структурную вещественноэнергетическую организацию живых систем, но и выполнение всех их биологических функций Значит, организация живых систем осуществляется не только на базе вещественноэнергетических взаимодействий материального мира, но и, что особенно поражает наше воображение, так это то, что первопричиной организации живой системы является не материальная, а прежде всего, её нематериальная информационная виртуальная часть.

Одно дело наличие и реальность материального мира и совсем другое получение о его характеристиках информации, весь процесс которого связан не только с отбором нужных сведений и данных, но и с их переработкой с процессами кодирования, преобразования и передачей сообщений Природные материальные и физические процессы подчиняются только своим фундаментальным законам, изучением которых занимаются соответствующие науки Информация же, исходя из общего понятия, не зависит ни от физических, ни от энергетических свойств своего носителя, она подчиняется только своим закономерностям, принципам и правилам. Сейчас эти соединения играют роль строительных блоков химических букв или символов при построении биологических макромолекул А химический способ представления информации, с применением таких биологических элементов, стал именно тем гениальным изобретением природы, при помощи которого была подведена черта под химической эволюцией материи, и были открыты необъятные дали и непредсказуемые пути великой эволюции информационной и биологической. Информатикой называют новую область научнотехнической деятельности человека, которая занимается изучением методов автоматизированной переработки информации К её сфере деятельности может относиться не только применение компьютеров, но так же и исследование информационных систем вне техники, например, живой клетки В этом случае её более справедливо назвать молекулярной информатикой.

Поток электронов, движущийся по ступеням биологического окисления, это не что иное, как слабый электрический ток В свое время это позволило известному биохимику А СентДьерди утверждать, что жизнью движут небольшие электрические токи, поддерживаемые солнечным светом Таким образом, все энергетические процессы живых системах связаны с движением электронов, то есть с наличием электрического тока, пусть даже слабого, но говорящего о том, что для энергетического обеспечения живого используются те же физические принципы, которые применяются и для технических систем.

Информация, хотя и проявляется виде виртуального спутника материи вещества или энергии, но она является полностью независимой и совершенно самостоятельной величиной Информация наряду с материей и энергией является не только третьей фундаментальной сущностью, но и важнейшим ресурсом нашего мира Заметим, что информационные ресурсы, отличие от материальных, энергетических и других видов ресурсов, тем быстрее растут, чем больше их расходуют Это уникальное свойство делает информационные ресурсы, пожалуй, единственными самообновляемыми и самовоспроизводимыми ресурсами нашего мира Важно напомнить, что исключительно это свойство информации биологических структурах служит основой для реализации процессов самообновления и самовоспроизведения живой материи Со всей очевидностью можно сказать, что исследование сущности жизни может быть осуществлено только лишь на основе понимания информации и закономерностей её существования структурах живой материи.

При этом живая природа оказалась настолько искусным шифровальщиком и применила на молекулярном уровне такие системы кодирования и программирования, которые гарантировали сохранность тайн живой материи буквально до наших дней К сожалению, среди биологов не нашлось квалифицированных криптографов, которые могли бы расшифровать многочисленные молекулярные коды и различные линейные и пространственные кодовые комбинации молекулярных биологических элементов мономеров, представляющие собой программные модули, используемые структурах биологических макромолекул. Эндоцитоз, как отмечено выше, обеспечивает перенос клетки крупных частиц и молекул В рамках эндоцитоза различают фагоцитоз и пиноцитоз. Фотосинтез имеет большую древность Предполагают, что круговорот углерода, фотосинтез, существовал уже 3, 5 109 лет назад. Предпосылками создания клеточной теории были изобретение и усовершенствование микроскопа и открытие клеток 1665 Р Гук при изучении среза коры пробкового дерева, бузины и др Работы известных микроскопистов М Мальпиги, Н Грю, А ван Левенгука позволили увидеть клетки растительных организмов А ван Левенгук обнаружил воде одноклеточные организмы Сначала изучалось клеточное ядро Р Браун описал ядро растительной клетки Я Э Пуркине ввел понятие протоплазмы жидкого студенистого клеточного содержимого. Наблюдение дает возможность описать биологические объекты и явления При этом используются инструментальные методы микроскопия, электрография, рентгенография.

Клетка как открытая система Потоки вещества, энергии и информации клетке. Фотосинтез механизм преобразования энергии солнечного света энергию химических связей органических веществ. Лекция 5 по медицинской биологии и генетике для студентов 1 курса лечебного факультета Тема Обменные процессы жизненном цикле клетки. У высоко организованных животных и человека гликолиз является обязательным дополнительным источником энергии к аэробиозу При недостатке кислорода мышцах продолжаются анаэробное расщепление пировиноградной кислоты При этом пировиноградная кислота превращается молочную.

Важную роль играют факторы, обеспечивающие возможность вступления клеток деление Четко доказано, что все синтетические процессы клетке, готовящейся к делению, находятся под контролем ее генетического аппарата Гены, контролирующие этот процесс, находятся разных хромосомах Активность генов объясняется гипотезой Жакоба и Мано 1961 Советские ученые Л Н Бляхер 1954, И А Уткин 1959 показали важную роль нейрогуморальной регуляции митотической активности Они установили, что рефлекторный характер регуляции клеточных делений влияет опосредованно через сдвиг гормонального равновесия Установлено, что усиление секреции адреналином тормозит митотическую активность, тогда как гормоны щитовидной железы вызывают усиление митоза Удаление надпочечников приводит к выключению эффекта торможения митоза На митотический цикл также влияют суточный ритм митотический активности, факторы внешней среды свет, температура нейрогуморальные механизмы, продукты распада тканей. Прямое деление характеризуется первоначально перешнуровкой ядрышка, затем ядра и цитоплазмы Ядро может делиться на две равномерные части равномерный амитоз, или две неравномерные части неравномерный амитоз, либо ядро делится на несколько частей фрагментация, шизогония Иногда после деления ядра цитоплазма не делится, и возникают многоядерные клетки амитоз без цитотомии В зависимости от факторов, обуславливающих амитоз, выделяют три его вида генеративный, реактивный, дегенеративный.

Дегенеративный амитоз возникает стареющих клетках с угасающими жизненными свойствами Этот вид представлен фрагментацией и почкованием ядер Он не имеет отношения к репродукции клеток Появление дегенеративных форм амитоза служит одним из признаков некробиотических процессов. Значение пролиферации медицине определяется способностью клеток разных тканей к делению, с делением клеток связан процесс заживления ран и восстановление тканей после хирургических операций. В последнее десятилетие принято разделять клетки тканей животных по способности к делению на три группы. К стабильным относят клетки таких органов, как печень, поджелудочная железа, слюнные железы и др которые обнаруживают ограниченную способность к размножению Последняя, проявляется обычно при повреждении органа. Цитоплазматическая или клеточная мембрана плазмалемма это биологическая мембрана, окружающая протоплазму цитоплазму живой клетки Ее основой является двойной слой липидов водонерастворимых молекул, имеющих полярные головки и длинные неполярные хвосты, представленные цепями жирных кислот В мембранах преобладают фосфолипиды, головках которых содержатся остатки фосфорной кислоты Хвосты липидных молекул обращены друг к другу, полярные головки смотрят наружу, образуя гидрофильную поверхность.

Еще один способ поступления веществ клетку осмос прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану клетки Вода переходит из менее концентрированного раствора более концентрированный Вещества могут также проходить через мембрану путем диффузии так транспортируются вещества, способные растворяться липидах простые и сложные эфиры, жирные кислоты и Путем диффузии по градиенту концентрации по специальным каналам мембраны идут некоторые ионы например, ион калия выходит из клетки. Совокупность реакции расщепления называют энергетическим обменом клетки или диссимиляцией Диссимиляция прямо противоположна ассимиляции результате расщепления вещества утрачивают сходство с веществами клетки. Как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов способом бесполого размножения служит также почкование. В ходе полового процесса особи обмениваются между собой генетической информацией, что приводит к их взаимному обновлению и повышает их выживаемость В ходе эволюции соединение полового процесса и размножения привело к возникновению полового размножения При половом размножении новая особь сочетает генетические признаки двух родительских особей. Особые формы партеногенеза гиногенез и андрогенез, а также педогенез.

Для того, чтобы перемещать вещества против их концентрационного или электрохимического градиентов, мембрана использует энергию метаболизма Такой тип транспорта называется активным транспортом Есть два основных вида активного транспорта 1 Первичноактивный транспорт 2 Вторичноактивный транспорт. Более сложные механизмы транспорта экзоцитоз и эндоцитоз ходе которых макромолекулы поступают клетку или выделяются из неё через небольшие, окружённые мембраной везикулы. Вещества, перемещающиеся через мембрану путём свободной диффузии, не образуют какихлибо химических связей с другими веществами. Водородный ионный насос действует мембране бактериальных клеток и митохондриях, а также клетках желудка, перемещающего водородные ионы из крови его полость. В процессе эндоцитоза плазматическая мембрана окружает часть внешней среды, формируя вокруг неё оболочку, результате чего образуется везикула, которая поступает внутрь клетки При пиноцитозе образуются небольшие, заполненные жидкостью везикулы В процессе фагоцитоза формируются большие везикулы, которые содержат твердый материал, например, клетки бактерий. Предметом изучения биологии является многообразие живых организмов, населяющих Землю. Рост и развитие Живые организмы растут, увеличиваются размерах, развиваются, изменяются благодаря поступлению питательных веществ.

Большинство живых организмов имеет клеточное строение Клетка это структурная и функциональная единица живого Для нее характерны все признаки и функции живых организмов обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ рис. Ферменты это биологические катализаторы, ускоряющие и регулирующие все многообразие химических реакций, протекающих живых организмах Ни одна реакция живой клетке не протекает без участия ферментов. Липиды и углеводы выполняют основном строительную и энергетическую функции, являются запасными питательными веществами организма. Аппарат Гольджи обеспечивает упаковку и вынос синтезируемых веществ из клетки Кроме того, из его структур образуются лизосомы Эти шарообразные тельца содержат ферменты, которые расщепляют поступающие клетку питательные вещества, обеспечивая внутриклеточное переваривание. Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли, заполненные клеточным соком. Кроме перечисленных, некоторые клетки имеют специфические органоиды реснички и жгутики, обеспечивающие движение основном у одноклеточных организмов, но имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов Например, жгутики имеются у эвглены зеленой, хламидомонады, некоторых бактерий, а реснички у инфузорий, клеток ресничного эпителия животных.

Обмен веществ и энергии клетке Основой жизнедеятельности клетки являются обмен веществ и превращение энергии Совокупность химических превращений, протекающих клетке или организме, связанных между собой и сопровождающихся превращением энергии, называется обменом веществ и энергии. Кислород атмосферы, как это ни покажется странным, побочный продукт процесса жизнедеятельности растений фотосинтеза. Процесс автотрофной ассимиляции осуществляется за счет энергии солнечного света или окисления неорганических веществ, а органические вещества синтезируются при этом из неорганических В зависимости от поглощения неорганического вещества различают ассимиляцию углерода, ассимиляцию азота, ассимиляцию серы и других минеральных веществ Автотрофная ассимиляция связана с процессами фотосинтеза и хемосинтеза и носит название первичного синтеза органического вещества. Внутреннее, или клеточное, дыхание включает себя биохимические процессы, которые приводят к усвоению кислорода, освобождению энергии и образованию воды и углекислого газа Эти процессы протекают цитоплазме и митохондриях эукариотных клеток или на специальных мембранах прокариотных клеток. Несмотря на большие масштабы фотосинтеза, зеленые растения Земли используют всего 1 солнечной энергии, падающей на листья Одна из важнейших задач биологии повышение коэффициента использования солнечной энергии культурными растениями, создание продуктивных сортов.

В последние годы особое внимание привлекает к себе одноклеточная водоросль хлорелла, которая содержит своем теле до 6 хлорофилла и обладает замечательной способностью усваивать до 20 солнечной энергии При искусственном разведении хлорелла быстро размножается, а ее клетке повышается содержание белка Этот белок используется качестве пищевых добавок ко многим продуктам Установлено, что с 1 га водной поверхности можно получать ежедневно до 700 кг сухого вещества хлореллы Кроме того, хлорелле синтезируется большое количество витаминов. Возбудимость это способность живых организмов воспринимать воздействия раздражителей и отвечать на них реакцией возбуждения. Таксисы свойственны многоклеточным животным Например, лейкоциты крови проявляют положительный хемотаксис по отношению к веществам, выделяемым бактериями, концентрируются местах скопления этих бактерий, захватывают и переваривают. Цветки многих растений реагируют на свет и влажность Например, у тюльпана на свету цветки раскрываются, а темноте закрываются У одуванчика соцветие закрывается пасмурную погоду и открывается ясную. Раздражимость у многоклеточных животных Рефлексы В связи с развитием у многоклеточных животных нервной системы, органов чувств и органов движения формы раздражимости усложняются и зависят от тесного взаимодействия этих органов. Рефлекс это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая нервной системой. Митоз это процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке.

Весь процесс деления длится от нескольких минут до 3 зависимости от типа клеток и организма Стадия деления клетки по времени несколько раз короче ее интерфазы Биологический смысл митоза заключается обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток. В основе бесполого размножения лежит митоз Существует несколько форм бесполого размножения.

 

© Copyright 2017-2018 - articles-study

 
Обращение к пользователям