10 Жизнь на нашей планете Человек и природа

10. Жизнь на нашей планете. Человек и природа. 10. 1. Термодинамика и энергетика живых систем. 10. 2. Концепция структурных уровней организации жизни. 10. 3. Воспроизводство жизни. 10. 4. Учение о биосфере. 10. 5. Современный экологический кризис. КСЕ

10. 1. Термодинамика и энергетика живых систем Любые живые организмы являются открытыми сильнонеравновесными термодинамическими системами. Производство энтропии: SV = Sv(внутр. ) + SV(внеш. ) SV < 0 – развитие системы; SV > 0 – раcпад системы. Если потоки вещества и энергии постоянны, то состояние системы стационарно. Для стационарного состояния SV = 0 Sv(внеш. ) = - SV(внутр. ) КСЕ

Баланс энергии в природе Первоисточник энергетического потока - энергия солнечного электромагнитного излучения. Завершение - переработка микробами органических остатков жизнедеятельности и освобождение энергии в виде тепла. Энтропия поступающего на Землю коротковолнового излучения меньше, чем энтропия длинноволнового излучения, излучаемого нашей планетой. Автотрофы – организмы, синтезирующие органические вещества внутри себя из неорганических веществ (фотосинтез растений). Гетеротрофы – организмы (животные и человек), потребляющие энергию из готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. КСЕ

10. 2. Концепция структурных уровней организации жизни 1. Молекулярно-генетический уровень. 2. Клеточный уровень. 3. Органно-тканевый и организменный уровни. 4. Популяционно-видовой уровень. 5. Биогеоценотический уровень. 6. Биосферный уровень. КСЕ

1. Молекулярно-генетический уровень Происходит скачок от неживой материи к макромолекулам живого. Это уровень функционирования биополимеров: полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот. а) Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, участвующие в иммунных реакциях. Обеспечивают сцепление клеток в тканях. б) Белки – биополимерные макромолекулы, различной геометрии, составляют ~ 50% массы клетки. Состав – длинные цепи аминокислот, которые соединяются пептидной связью СО – NН. КСЕ

Аминокислоты Из более 170 аминокислот в состав белка входит только 20. КСЕ

Аминокислоты соединяются пептидной связью СО – NН с выделением молекулы воды. КСЕ

Белки Последовательность соединения аминокислот определяет свойства белка. КСЕ

Функции белков 1. Строительный материал – образование оболочки, и мембраны клетки; сосудов, сухожилий, волос. 2. Каталитическая функция – ферменты в составе всех клеток. 3. Регуляторная функция – гормоны (инсулин, гормон роста и т. д. ). 4. Двигательная функция – сократительные белки вызывают движение. 5. Транспортная функция – белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по тканям. 6. Защитная функция – выработка белковых тел и антител для обезвреживания чужеродных веществ. 7. Энергетическая функция – 1 г белка эквивалентен 17, 6 к. Дж энергии. КСЕ

Нуклеиновые кислоты Это фосфорсодержащие биополимеры, носители и передатчики генной информации. Две разновидности: 1. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). 2. Рибонуклеиновая кислота (РНК). Белки и нуклеиновые кислоты обладают хиральностью – несовместимы со своим изображением в плоском зеркале. В природе: Белки – поворачивают плоскость колебаний света влево. Нуклеиновые кислоты – поворачивают ее вправо. КСЕ

Хиральность соединений КСЕ

2. Клеточный уровень Клетка - мельчайшая элементарная живая система; первооснова строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Состоит из трех частей: 1. Плазматическая мембрана, контролирующая переход веществ из окружающей среды в клетку и обратно. 2. Цитоплазма - водно-солевой раствор с растворенными и взвешенными в нем ферментами и другими веществами. В цитоплазме находятся рибосомы, в которых происходит синтез белка. 1. Ядро, в котором находятся хромосомы. Хромосома - длинное нитевидное тело, состоящее из ДНК и присоединенного к ней белка. КСЕ

Клетка КСЕ

Ядро – важнейшая составляющая клетки Ядро хранит и воспроизводит генетическую информацию, а также регулирует процессы обмена веществ в клетке. В зависимости от типа клеток все организмы делятся на две группы: а) прокариоты – клетки, лишенные ядра, например, бактерии. б) эукариоты – клетки, содержащие ядра. Это простейшие, грибы, растения, животные. Отдельная группа вирусы – мельчайшие бесклеточные организмы на границе живой и неживой природы. Они внедряются в среду чужих клеток. КСЕ

Клеточный цикл эукариот 1. Период клеточного роста – интерфаза, во время которой происходит: • синтез белка; • удвоение ДНК; • подготовка к делению клетки. • 2. Период клеточного деления: • митоз – деление клеточного ядра на два, обеспечивающее одинаковое распределение генетического материала между дочерними клетками; • цитокинез - деление тела клетки. Дочерним клеткам передается полный набор хромосом с генетической информацией (перед делением число хромосом удваивается). КСЕ

3. Органно-тканевый и организменный уровни Из тканей состоят различные органы живых организмов. Система совместно функционирующих органов образует организм. Эти уровни отражают а) строение и функции органов живых существ; б) признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение. КСЕ

4. Популяционно-видовой уровень Популяция - совокупность организмов одного типа, относительно изолированных от других групп. Это генетически открытые системы, элементарные единицы эволюции. Вид состоит обычно из нескольких популяций. Особи одного вида могут скрещиваться. На популяционно-видовом уровне реализуется биологический эволюционный процесс. КСЕ

5. Биогеоценотический уровень Биогеоценоз - устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, в которой связаны органические и неорганические компоненты. Совокупность двух понятий: а) биоценоз - исторически сложившееся сообщество популяций, проживающих на одной территории; б) биотоп - относительно однородное пространство, занятое одним биоценозом. 6. Биосферный уровень Биосфера Земли - совокупность биогеоценозов. Наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. КСЕ

10. 3. Воспроизводство жизни Система воспроизведения организма (ДНК и РНК) содержит информацию для построения белка. КСЕ

Структура ДНК - хранитель генетической информации, вместе с белками образует хромосомы. В ДНК две комплементарные пары: тимин + аденин (Т-А) или цитозин + гуанин (Ц-Г). В 1953 г. Дж. Уотсон (американский биохимик) и Ф. Крик (английский генетик) доказали, ДНК представляет собой двойную спираль. Мономеры ДНК и РНК – нуклеотиды (10 -25 тысяч). Состав: сахарофосфатные группировки и азотистое основание. Длина одной ДНК – порядка 90 см. КСЕ

Двойная спираль ДНК Остовы цепей – сахарофосфатные группировки. Перемычки – азотистые основания. КСЕ

Структура РНК - считывает, переносит генетическую информацию и строит белки. В РНК комплементарные пары: урацил + аденин (У-А) или цитозин + гуанин (Ц-Г). Три вида РНК – матричная (информационная) – считывание с ДНК и перенос информации о структуре белка; – транспортная – перенос аминокислот в рибосомы к месту синтеза белка. – рибосомная – служит ферментом для осуществления синтеза белка; КСЕ

Процесс воспроизводства жизни Центральная догма биологии: ДНК РНК БЕЛОК. Три стадии воспроизводства: 1. Репликация - удвоение молекулы ДНК. Ветви расплетаются и образуются две ДНК, в каждой одна новая и одна старая ветвь – передача информации новой клетке. 2. Транскрипция - перенос кода ДНК путем образования молекулы матричной РНК. 3. Трансляция - синтез белка на основе матричной РНК. С помощью рибосомных РНК транспортные РНК соединяют подвешенные к ним аминокислоты. КСЕ

Транскрипция КСЕ

Построение белка КСЕ

Передача генетической информации Г. Гамов, русский физик: Для кодирования одной аминокислоты в белке используется сочетание из трех нуклеотидов ДНК, это сочетание называется код. Он. Последовательность нуклеотидов в цепочке ДНК образует генетический код. Ген – участок ДНК, элементарная единица наследственности. Каждый ген определяет строение одного из белков и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма. Совокупность генов образует ген. Ом организма. КСЕ

Генная инженерия Три принципа: 1. Непосредственное преобразование (мутация) генов. Факторы, вызывающие мутацию (мутагены): радиация, токсичные химические соединения, вирусы. 2. Рекомбинация генов. Происходит перемещение генов с одного участка хромосомы на другой или идет обмен генами между двумя хромосомами. 3. Неклассическая рекомбинация генов. При этом происходит включение в геном клетки новых генетических элементов. В природе это делают вирусы. КСЕ

10. 4. Учение о биосфере. В. И. Вернадский, русский ученый (1863 -1945 г. ) – впервые изучение влияния живых организмов на окружающую среду. Живое вещество - совокупность всех живых организмов планеты, включая человека. Биосфера включает в себя живое вещество и преобразованную им окружающую среду. Это область пространства, в которой осуществляется обмен веществ вследствие деятельности жизни. КСЕ

Границы биосферы КСЕ

Структура биосферы 1. Живое вещество. 2. Биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, уголь, нефть…). 3. Косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему относятся атмосфера, гидросфера и литосфера. 4. Биокосное вещество — результат взаимодействия организмов и небиологических процессов (например, почва, озерная вода). 5. Вещество космического происхождения. Живое вещество Земли составляет ~ 0, 01 -0, 02% от косного вещества, но выполняет системообразующую роль в биосфере, КСЕ

10. 5. Современный экологический кризис 1. Нарушение биотического круговорота вещества - человек стремится взять как можно больше. 2. Истощение ресурсов организмов, способных синтезировать органические вещества. 3. Проблема несоответствия растущих потребностей увеличивающегося в геометрической прогрессии человечества и уменьшающихся запасов ресурсов. 4. Нарастающая интенсивность мутагенеза и рост генетической неполноценности человечества. 5. Появление новых вирусных заболеваний. 6. Рост нервно - психических заболеваний. КСЕ

Загрязнение биосферы КСЕ

Пересыхание рек и озер КСЕ

Стабильность биосферы Наступил глобальный экологический кризис, у которого две стороны — кризис природы и кризис человека. Потеря стабильности биосферы грозит ее необратимым переходом в новое состояние, непригодное для жизни вообще. Сохранение биосферы возможно только при переходе в качественно новое состояние. Ноосфера - сфера разумного взаимодействия человека и природы. Коэволюция - принцип гармонического совместного развития природы и общества. КСЕ

Международные организации охраны окружающей среды 1. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), 2. Всемирная метеорологическая организация (ВМО), 3. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), 4. Международный союз по охране природы и природных ресурсов (МСОП) - Красные книги. 5. Многолетние целевые международные программы, такие, как «Арктический совет» , «Балтика XXI век» и т. д. КСЕ