БИОЛОГИЯ n n n (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь» ; др. -греч. λόγος — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой. n n n n Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Г. Р. Тревиранусом [1] и Жаном Батистом Ламарком. В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз энергия
В биологии выделяют следующие уровни организации: n n n 1 - Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул. 2 - Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма. 3 - Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию. 4 - Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид. 5 - Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.
Уровни организации жизни (уровни организации живой материи) n n n n Уровни организации жизни (уровни организации живой материи) — структурная организация биосистем, отражающая их уровневую иерархию в зависимости от степени сложности. Различают шесть основных структурных уровней жизни: 1 - молекулярный, Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке 2 - клеточный, - свободно живущими клетками, входящими в многоклеточные организмы. 3 - организменный, -одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий 4 - популяционно-видовой, в природе огромным разнообразием видов и их популяций 5 -биогеоценотический разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни Компоненты: Популяции различных видов Факторы среды Пищевые сети, потоки веществ и энергии n 6 - биосферный. Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой Компоненты: -Биогеоценозы -Антропогенное воздействие
Био та и Биоценоз n n Био та (от др. -греч. βιοτή — жизнь) — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи. В состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии, протисты и пр. ), так и бесклеточные организмы (например, вирусы). Биота является важной составной частью экосистем и биосферы. Биота активно участвует в биогеохимических процессах. В отличие от биоценоза биота может характеризоваться отсутствием экологических связей между различными видами организмов. n Биоценоз (от греч. βίος — «жизнь» и κοινός — «общий» ) — это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, что заселяют определённый участок суши или акватории, они связаны между собой и со средой
Биогеоценоз n n Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина.
Абиотические факторы n 1. 2. 3. 4. 5. — факторы неживой природы: климатические: годовая сумма температур, влажность, давление воздуха эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения
Биологический вид n n Биологическое определение вида: Вид – группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство. n Место вида среди других таксономических рангов → n Человек относится к виду протоантропов предшественников человека
Метаболи зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение» ), или обмен веществ n n — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. В ходе обмена веществ осуществляется биогенная миграция атомов n n Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что: действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции; позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.
Биополимеры Из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров n Основные типы биополимеров 1) Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) 2) Белки Полипептиды 3) Полисахариды (целлюлоза, крахмал, гликоген) 4) Полиизопрены (натуральный каучук, гуттаперча и др. ) Нуклеиновые кислоты и Белки – основные биологические макромолекулы n n Высокомолекулярные соединения - полимеры составляют особую, очень важную, группу органических веществ n Полимерные вещества являются основой Жизни на Земле. n Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов
Белки n n 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Молекулярные массы различных белков (полипептидов) составляют от 10 000 до нескольких миллионов. Несмотря на многочисленность белков, в их состав входят остатки не более 22 α-аминокислот. Функции белков : каталитические (ферменты); регуляторные (гормоны); структурные (кератин шерсти, фиброин шелка, коллаген); двигательные (актин, миозин); транспортные (гемоглобин); запасные (казеин, яичный альбумин); защитные (иммуноглобулины) и т. д.
4 уровня структурной организации белков
Нуклеиновые кислоты n n 1) - это биополимеры, макромолекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев – нуклеотидов (или полинуклеотидов) В состав нуклеотида - структурного звена нуклеиновых кислот - входят три составные части: азотистое основание - пиримидиновое или пуриновое 2) моносахарид - рибоза или 2 дезоксирибоза; 3) остаток фосфорной кислоты
ДНК и РНК В главную (сахарофосфатную) В зависимости от того, какой цепь РНК входят остатки рибозы моносахарид содержится в n в ДНК – 2 структурном звене дезоксирибозы полинуклеотида - рибоза n Нуклеотидные звенья или 2 -дезоксирибоза, макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, различают: цитозин и тимин n Состав РНК отличается тем, рибонуклеиновые кислоты что вместо тимина присутствует (РНК) и урацил n n дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
Уровни организации макромолекул: первичная и вторичная структура n Первичная структура нуклеиновых кислот – нуклеотидный состав и определенная последовательность нуклеотидных звеньев в полимерной цепи n Пример: сахарофосфатная цепь → n В сокращённом однобуквенном обозначении эта структура записывается как. . . – А – Г – Ц –. . .
Уровни организации макромолекул: первичная и вторичная структура n Вторичная структура ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль
Уровни организации макромолекул: первичная и вторичная структура n n n Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали Водородные связи возникают между пиримидиновым основанием одной цепи и пуриновым основанием другой цепи Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum - дополнение): ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А), ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г)
Комплементарность цепей в молекулах ДНК n Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков (генетической информации)
Свойства ДНК Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами: 1) молекулы ДНК способны к репликации (удвоению), т. е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи 2) молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида Реализация генетического кода молекулы ДНК – последовательность аминокислот в белке n
Вторичная структура РНК n n Молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит от их биологических функций) Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка
Вторичная структура РНК Виды клеточных РНК : 1) информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка 2) транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка; 3) рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК n
Транскрипция и трансляция n Транскри пция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК. n Транскрипция (фотография под трансмиссионным электронным микроскопом). Begin — начало транскрипции, End — конец транскрипции, DNA — ДНК→
Транскрипция и трансляция n n n Ма тричная рибонуклеи новая кислота (м. РНК, синоним — информацио нная РНК, и. РНК) — РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков. м. РНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Соотношение между нуклеотидной последовательностью м. РНК и аминокислотной последовательностью определяется правилами трансляции, которые называются генетическим кодом
Ген n n Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения. Гены — участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма. n Схема транскрипции ДНК.
Хромосо мы др. -греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело n n n — нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки (клетки, содержащей ядро), которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла (во время митоза или мейоза). Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре. В хромосомах сосредоточена большая часть наследственной информации. n Схема строения хромосомы в поздней профазе — метафазе митоза. 1 — хроматида; 2 — центромера; 3 — короткое плечо; 4 — длинное плечо.
Хромосомы человека n n В каждой ядросодержащей соматической клетке человека содержится 23 пары линейных хромосом, а также многочисленные копии митохондриальной ДНК
