Биология — наука о живых системах Выявление и

Биология - наука о живых системах. Выявление и объяснение общего, одинаково верного для всего многообразия организмов - задача общей биологии. В узком смысле - наука о развитии и жизнедеятельности отдельных биологических объектов, существ или молекул (биология гена, клетки, человека). Биологический вид Homo Sapiens составляет часть биосферы и продукт ее эволюции. Генотип человека обеспечивает возможность восприятия социальной программы, а полная реализация его биологической организации возможна лишь в условиях социальной среды.

Предметом биологии человека или медицинской биологии является изучение биологического наследства человека (это совокупность эволюционно обусловленных макро-молекулярных, физико-химических, клеточных, системных механизмов развития и жизнеспособности человека). Биологическое наследство человека охватывает все уровни от макромолекул до биосферы: • информационные макромолекулы, • клетки, • организмы, • популяции, • биогеоценозы, • биосфера.

Таким образом, врач на основе 1. Совокупност и определенн ых теоретическ их знаний 2. Совокуп ности определ енных навыко в и умений 3. Формирует образ мышления: а) Клинический (на основании знаний и личного опыта поставить диагноз, назначить правильное лечение) б) Экологический (без него не возможна профилактическая медицина, профилактика отдельных заболеваний и организация правильного образа жизни человека и его семьи, популяций людей). в) Генетический образ мышления (восприятие человека врачом должно быть в развитии, т. е. онтогенетическим).

Происхождение жизни

I. Образование планеты с атмосферой, содержащей газы, которые могли бы служить "сырьем" для возникновения жизни. Земля состоит из: • железо-никелевого ядра, • мантии (оливину (Fe. Mg. Si 03) и • коры.

II. Абиогенный синтез биологических мономеров: аминокислот, сахаров, азотистых оснований, фосфатов, липидов, флавинов. Опыты Сиднея Миллера и Гарольда Юри:

III. Не биологическая полимеризация мономеров с образованием примитивных полипептидных и полинуклеотидных цепей в водной среде. Преодоление термодинамических условий деполимеризации: • испарение воды, • адсорбция молекул на поверхности минералов, слюды • вымораживание, • выстуживание при нагревании.

РНК-подобные полинуклеотиды подвержены отбору. 1. Специфическое спаривание комплементарных нуклеотидов сыграло видимо решающую роль в возникновении жизни. 2. Самореплицирующие полинуклеотиды могут размножаться; при этом каждая исходная молекула используется в качестве матрицы для образования дочерних копий. 3. Полинуклеотиды несут информацию (генотип). 4. Трехмерная пространственная укладка полинуклеотида влияет на его стабильность и на способность реплицироваться, (фенотип). 5. Оба эти свойства - информационное и функциональное являются необходимыми предпосылками эволюционного отбора.

IY. Трансляция полинуклеотидных последовательностей РНК в аминокислотные последовательности.

Y. Первичная клетка окружает себя мембраной. Отбор молекул РНК по качеству кодируемых ими белков не мог начаться раньше, чем появился замкнутый компартмент, заключивший в себя белки и таким образом обеспечивший преимущественное использование этих белков для внутренних нужд.

YI. В дальнейшем, видимо ДНК заменила качестве вещества наследственности в ныне существующих клетках. РНК в • ДНК – первичный носитель генетической информации, способный к репарации. • РНК- посредник в синтезе белков и в некоторых случаях играет структурную роль.

1. Обмен веществ. Свойства живого. 2. Специфический химический состав. 3. Способность к самовоспроизведению. 4. Способность к онтогенезу в ходе которого осуществляется рост и развитие организма на основе генетической информации полученной от родителей. 5. Наследственность. 6. Изменчивость. 7. Способность к адаптогенезу. 8. Способность к историческому развитию – филогенезу. 9. Саморегуляция по принципу обратной связи. 10. Организмы обладают также свойством избирательно реагировать на воздействия внешней среды раздражимостью. 11. Иерархичность (соподчиненность) организации живого лежит в основе биологической формы движения материи.

Уровни организации живого характеризуют иерархию живых систем. Критериями выделения уровней организации являются: • выделение элементарных дискретных структур живого и • элементарных явлений проявления жизненных свойств 1. Молекулярно-генетический. 2. Клеточный уровень. 3. Онтогенетический уровень. 4. Популяционно-видовой уровень. 5. Биогеоценотический уровень. 6. Биосферный уровень.

Т. о. жизнь это форма существования: • открытых, • саморегулирующихся, • самовоспроизводящихся, • макромолекулярных систем, • характеризующихся иерархической организацией, • обменом веществ, • регулируемым потоком информации и энергии • и являющейся разрастающимся центром упорядоченности менее упорядоченной Вселенной.

Клеточный уровень организации живого 1. Эволюция прокариот. • анаэробные гетеротрофы. • автотрофные хемосинтетики и фотосинтетики, • вторичные аэробные гетеротрофы

2. Эволюция эукариот • Гипотеза Эндосимбиоза. • Гипотеза компартментализации.

Клеточная теория 1. Клетка элементарная единица живого. Она является наименьшей структурной, функциональной и генетической единицей и единицей развития организма. Функции в клетке распределены между отдельными органеллами. 2. Клетки разных организмов гомологичны по своему строению и функционированию. Клеточные структуры обеспечивают поток информации и энергии обладают общими принципами структурнофункциональной организации. а. Все клетки одинаково хранят наследственную информацию (ДНК, РНК). б. Все клетки одинаково реализуют эту информацию (процесс синтеза белков поток информации).

в. Все клетки одинаково существуют во времени, т. е. размножаются путем деления. г. Все клетки одинаково накапливают энергию в виде молекул АТФ и используют ее для процессов (поток энергии). д. Клетки характеризуются мембранным принципом строения. е. Эукариотические клетки характеризует принцип компартментализации. 3. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли дифференцированных клеток, объединенных в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой, межклеточными гуморальными и нервными формами регуляции.

РОЛЬ ДНК

Молекулярно-генетический уровень характеризует: ДНК первичный носитель генетической информации прои эукариотических клеток: • репликация ДНК, • репарация ДНК, • мутации ДНК, • рекомбинации молекул ДНК • транскрипция ДНК • трансляция РНК Составляют элементарные генетические процессы обеспечивающие функционирование наследственной информации в клетках. Элементарная единица - ген фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты транскрибируемый в виде молекулы РНК.

Уровни организации генетического материала. • генный (функциональный) • хромосомный (структурный), • геномный (организменный). Молекулярную основу генетического материала составляют нуклеиновые кислоты - макромолекулы с молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов.

ДНК – первичный носитель генетической информации, осуществляет две свои главные функции: аутокаталитическую, гетерокаталитическую. Генетическая информация в молекуле ДНК записана в виде последовательности нуклеотидных остатков, которые содержат одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т).

Азотистые основания делятся на два типа: пуриновые - два кольца: одно — пятичленное и второе — шестичленное (цитозин, тимин и урацил). пиримидиновые - состоят из шестичленного кольца (аденин и гуанин),

Первичная структура ДНК. Характерна для некоторых вирусов и для про- и эукариот во время осуществления элементарных генетических процессов. Примерно от 70 до больше 10 Х 8 мононуклеотидов связываются в полинуклеотидную цепь (реакция полимеризации). Первичная структура стабилизирована 3’-5’ фосфодиэфирными связями. • Каждая цепь полярна, она имеет 5"-конец (фосфатный) и 3"-конец (гидроксильный). • Состоит из информативных и неинформативных участков (экзонов и интронов ).

Вторичная структура ДНК. - результат репликации ДНК.

Вторичная структура ДНК - двойная спираль Стабилизирована водородными связями и гидрофобными взаимодействиями, • Ее диаметр – 2 нм. • Шаг спирали - 3, 4 нм. • Каждый виток содержит 10 пар нуклеотидов, так что каждая пара занимает 0, 34 нм по оси спирали. 1. Две цепи расположены антипаралельно 5"- конец одной цепи лежит против 3"- другой. 2. В следствии комплементарности оснований в каждой двойной цепи: • количество А равно кол-ву Т, • а кол-во Г- кол-ву Ц. 3. В то же время так называемое соотношение оснований А+Т и Г+Ц – видоспецифично. Специфическое спаривание комплементарных нуклеотидов обеспечивает способность: • хранить и передавать генетическую информацию, • а также способствует репаративным процессам.

Репликация ДНК (Уотсон и Крик 1953) идет полуконсервативным способом, образуются гибридные двухцепоные молекулы ДНК, состоящие из родительской и вновь синтезированной цепей.

Экспериментально эта гипотеза была доказана с помощью физикохимических методов М. Мезельсоном и Ф. Сталем в 1958 году.

Механизмы репликации 1. Суперспирализацию ДНК снимают топоизомеразы. 2. Репликации начинается в ориджине - точке старта

3. Две родительские цепи разъединяются и формируют репликационный глазок. 4. ДНК-геликаза связывается с инициаторными белками и затем, разделяет цепи и продвигает репликативную вилку. 5. Одиночные цепи стабилизируются благодаря действию белков SSB (single-strand DNA-binding proteins), Инициация новых цепей начинается с синтеза РНК-затравки

Элонгация осуществляется ДНК-полимеразой III от 3"-ОН конца РНК затравки. непрерывно синтезируется лидирующая цепь в направлении 5’-3’ по матрице 3’-5’ родительской цепи, прерывисто (Фрагенты Оказаки ) синтезируется отстающая цепь (5’-3’ ) праймеры удаляются за счет действия ДНК-полимеразы I. фрагменты Оказаки объединяются между собой ДНКлигазой. Терминация репликации. Репликация осуществляется дискретно. Репликон - Единица длины ДНК, в которой происходит индивидуальный акт репликации. Он содержит регуляторные элементы (ориджин, терминатор репликации). Геном прокариотической клетки, плазмида составляют единственный репликон. Хромосома эукариот реплицируется посредством разделения ее на множество репликонов.

Репликация теломерных концов молекул ДНК-полимеразы могут присоединять нуклеотиды только к 3’ концу дочерней цепи ДНК. У бактерий в ходе репликации образуются 2 дочерние молекулы одинаковой длины

У эукариот происходит укорочение теломерных концов хромосом

Репарация ДНК Ферментные системы могут исправлять повреждения ДНК до или после ее последующей репликации: Дорепликативная репарация. Корректорская активность ДНК-полимеразы III бактерий 2. Эксцизионная репарация. 3. Репарация неспаренных оснований Пострепликативная репарация 4. устраняет повреждения путем рекомбинационных обменов между двумя сестринскими молекулами ДНК. 5. SOS-репарация Дефекты репарирующих ферментов могут привести к наследственным болезням.

Ошибки спаривания (мисмэтч) в ряде случаев могут быть пропущены в ходе корректорской активности ДНК-полимераз. Они исправляются с помощью мисмэтч-системы репарации неспаренных оснований.