КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ

Современная биология — это совокупность наук о живой природе

Основные направления биологических исследований Зоология Изучение закономерностей строения и жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов. Ботаника Изучение экосистем. Биоценология Физиология Экология Биологическая химия Микробиология Гидробиология и др.

Основные направления биологических исследований Цитология Изучение строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов. Физиология клетки Биофизика Генетика Аналитическая и экспериментальная эмбриология Цитоэмбриология растений и др.

Основные направления биологических исследований Изучение закономерностей исторического развития организмов. Эволюционная теория Эволюционная палеонтология Эволюционная морфология животных Эволюционная гистология Эволюционная биологическая химия Проблема возникновения

Основные направления биологических исследований Новейшие направления биологических исследований Молекулярная биология Молекулярная генетика Вирусология Проблемы биологии развития Изучение биосферы и вопросы воспроизводства и охраны животного и растительного мира Космическая биология Применение математики и кибернетики в биологии

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Живые системы подчиняются физическим и химическим законам

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов эволюции: наследственности, изменчивости и естественного отбора

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Процессы метаболизма (обмен веществ) происходят с участием ФЕРМЕНТОВ, (специфические белки, которые участвуют в регуляции клеточных функций, выполняя роль катализаторов)

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Витамины — предшественники коферментов (кофермент - органическое соединение небелковой природы, входят в состав некоторых ферментов, образуют каталитически активные комплексы )

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Гормоны регулируют функции клеток

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Все живые организмы — животные, растения и бактерии состоят из клеток (клеточная теория)

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Наследственный фактор живого, функционально неделимая единица наследственной информации — ген (генная теория)

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — главный носитель генетической информации

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Биохимические реакции находятся под контролем генов

ОСНОВНЫЕ ОБОБЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Все живые организмы определенной области находятся в тесных взаимоотношениях друг с другом и с окружающей средой

АКСИОМЫ БИОЛОГИИ n Ц. Нейман, Н. Винер n n Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по ее изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или одного фенотипа невоз можна, так как при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни ее самоподдержания.

АКСИОМЫ БИОЛОГИИ n Н. К. Кольцов n n Генетические программы не возникают заново, а реплицируются (самовоспроизводятся) матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. Жизнь — это матричное копирование с последующей самосборкой копий.

АКСИОМЫ БИОЛОГИИ n Аксиома основана на принципах статистической физики и принципе неопределенности В. n Гейзенберга n В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы изменяются случайно и не направленно. Случайно некоторые из этих изменений оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений — не только основа эволюции жизни, но и причина ее становления, потому что без мутаций отбор не действует.

АКСИОМЫ БИОЛОГИИ n Н. В. Тимофеев. Ресовский n В процессе формирования фенотипа(совокупность всех признаков организма) случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Биологические системы состоят из углерода, кислорода, водорода и азота. Эти элементы необходимы для образования липидов, белков, углеводов и нуклеиновых кислот — строительных блоков клеточных структур и важнейших соединений, участвующих в метаболизме (обмене веществ).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Липиды выполняют важную функцию в клетке, принимая участие в образовании мембран. Белки и липиды образуют бислойную мицеллу, которая окружает содержимое клетки и защищает его от воздействия внешней среды. Липиды также участвуют в запасании энергии. .

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Белки участвуют в метаболизме клетки, регулируя клеточные функции, а углеводы служат в первую очередь источником энергии, хотя являются также важными строительными блоками.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Рецепторы на поверхности мембран представлены в первую очередь углеводами. Они высоко специфичны и участвуют в поступлении веществ в клетку.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Нуклеиновые кислоты были открыты в 1898 году. Часть их структуры представлена органическими основаниями (нуклеотидами). В составе дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)их четыре, а пятое — в составе рибонуклеиновой кислоты (РНК). В состав ДНК входят аденин, гуанин, тимин, цитозин, а в состав РНК вместо тимина входит урацил.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОД ЖИЗНИ – аденин, гуанин, тимин, цитозин

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Информация в клетке зашифрована последовательностью этих четырех типов нуклеотидов, входящих в состав дезоксирибонуклеинов ой кислоты (ДНК).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В БОЛЬШИНСТВЕ СЛУЧАЕВ МОЛЕКУЛА ДНК СОСТОИТ ИЗ ДВУХ ЦЕПЕЙ, ЗАКРУЧЕННЫХ В ПРАВУЮ ИЛИ ЛЕВУЮ СТОРОНУ. ОРГАНИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ЖЕ ОБРАЗУЮТ ПАРЫ ВНУТРИ МОЛЕКУЛЫ.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Органические основания внутри молекулы ДНК располагаются так, что между ними образуются водородные связи. Форма молекулы такова, что аденин всегда связывается водородными связями с тимином, а гуанин — с цитозином.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СОСТАВЕ РНК ТИМИН ЗАМЕНЕН УРАЦИЛОМ. ЭТО ПРАВИЛО ИЗВЕСТНО В БИОЛОГИИ ПОД НАЗВАНИЕМ ПРИНЦИПА КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ. .

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГИЯ В КЛЕТКЕ ОБРАЗУЕТСЯ ПУТЕМ ОКИСЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОД. ЭНЕРГИЯ СОХРАНЯЕТСЯ В ФОРМЕ ФОСФАТНЫХ СВЯЗЕЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В МОЛЕКУЛЕ АДЕНОЗИНТРИФОСФОРН ОЙ КИСЛОТЫ (АТФ).

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Проблемы, решаемые клеткой: • создать барьер между организмом и окружающей его средой. Этот барьер должен позволять клетке выбирать, какие вещества могут поступать в нее, а какие — нет; • защитить организм от неблагоприятного воздействия внешних условий;

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Проблемы, решаемые клеткой: • иметь источник энергии для организма; • контролировать образование биомолекул; • приводить в движение молекулы в клетке; • удалять отходы; • иметь способ воспроизводства организма.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ клетки устроены просто, они имеют небольшое число генов, не имеют органелл (функциональные компартменты, т. е. обособленные области в клетке) и ядерной мембраны. Все метаболические процессы в прокариотической клетке протекают в цитоплазме.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ. ЭУКАРИТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ имеют сложное строение и функции. В эукариотических клетках есть органеллы, которые выполняют специфические функции. Генетический материал находится в ядре, окруженном ядерной мембраной.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Метаболические процессы протекают в МИТОХОНДРИЯХ органеллах, где в процессе окислительного фосфорилирования образуются молекулы аденозинтрифосфат (АТФ). В молекуле АТФ хранится энергия. МИТОХОНДРИИ ЯВЛЯЮТСЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СТАНЦИЯМИ КЛЕТКИ.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Аппарат Гольджи служит для хранения белков.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Эндоплазматический ретикулум (совокупность вакуолей, плоских мембранных мешочков или трубчатых образований, создающих мембранную сеть внутри цитоплазмы) принимает участие в образовании белков и других клеточных процессах.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Рибосомы, клеточные машины, ответственные за синтез белка, часто располагаются на мембране эндоплазматического ретикулума.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Деление соматических клеток, то есть всех клеток, за исключением половых, называется митозом. Во время митоза генетический материал равномерно распределяется между дочерними клетками. Данный процесс зависит от фермента, названного ДНК-полимеразой.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ ДНК-полимераза отыскивает специфические по форме участки молекулы ДНК, имеющие вид петли, и присоединяется к ним, после чего начинается сам процесс репликации.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Половые клетки образуются в результате процесса, известного как мейоз.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ В процессе мейоза клетка делится дважды, и происходит обмен генетическим материалом между гомологичными участками хромосом, в результате чего образуются четыре половые клетки, в ядрах которых содержится по одной хромосоме каждого типа.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Такой набор хромосом называется гаплоидным, в отличие от диплоидного, когда в составе ядер находятся два родительских набора хромосом.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Генетика наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Предпосылки возникновения генетики:

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Фундаментом жизни является код, который представляет собой сочетания трех нуклеотидов, кодирующих определенные аминокислоты.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Генетический код хранится в молекуле ДНК, состоящей из двух цепей, которые образуют знаменитую двойную спираль.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Сочетания из трех органических оснований кодируют все 20 аминокислот, входящих в состав всех известных белков.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Сочетания из трех нуклеотидов в молекуле м. РНК (информационная, матричная РНК), кодирующие определенные аминокислоты, называются кодонами.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Совокупность кодонов, кодирующих один белок, составляет ген. ГЕН -функционально неделимая единица генетического материала, представляющая собой отрезок молекулы ДНК.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Начало и конец гена задаются наличием особых последовательностей нуклеотидов.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ В состав большинства генов входят некодирующие участки, интроны, в отличие от экзонов, несущих определенную информацию.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Транскрипция ДНК (биосинтез РНК на матрице ДНК- первая стадия реализации генетической информации, в ходе которой нуклеотидная последовательность ДНК считывается в виде нуклеотидной последовательности РНК).

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Транскрипция ДНК происходит с участием фермента РНКполимеразы. РНК-полимераза считывает код, в результате чего на матрице ДНК по принципу комплементарности образуется матричная РНК.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Молекулы РНК одноцепочечны и состоят из тех же самых азотистых оснований, что и молекула ДНК, за исключением тимина, который замещается в молекуле РНК урацилом.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Матричная РНК переносит информацию к месту синтеза белка — рибосомам. Необходимые аминокислоты доставляются к рибосомам посредством т. РНК.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Основные принципы наследования были определены в XIX веке Грегором Менделем. Мендель описал гены, которые были «спрятаны в геноме индивидуума как рецессивные» .

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ ГЕНОМ совокупность всех генов (всей ДНК), заключённых в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Каждый признак определяется двумя аллельными генами, по одному от каждого родителя. Аллели (аллельные гены) различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Некоторые признаки могут иметь нормальное проявление, даже если только один из генов нормален, а во втором имеются нарушения. Если организм наследует два дефектных гена, у индивидуума будет наблюдаться аномальное проявление признака. ТАКОЙ ПРИНЦИП НАСЛЕДОВАНИЯ БЫЛ НАЗВАН ПРИНЦИПОМ ДОМИНИРОВАНИЯ.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Другие признаки будут проявляться в промежуточном состоянии. ТАКОЙ ПРИНЦИП НАСЛЕДОВАНИЯ ПОЛУЧИЛ НАЗВАНИЕ НЕПОЛНОГО ДОМИНИРОВАНИЯ.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Многие признаки контролируются множественными генами, например человеческий рост. Любая характеристика, распределение которой в популяции может быть отражено в виде параболы, как правило, находится под контролем нескольких генов.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ ХРОМОСОМА структурный элемент клеточного ядра, содержащий дезоксирибонуклеиновую кислоту, различимый в виде образования определенного размера и формы только во время деления клетки.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ У человека диплоидный хромосомный набор (кариотип) представлен 22 парами хромосом (аутосом) и одной парой половых хромосом (гоносом).

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Наследование признаков, кодируемых в Ххромосоме, называют сцепленным с полом. У особей женского пола есть две Ххромосомы, в то время как у особей мужского пола — только одна.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Второй хромосомой у мужчин является Y хромосома, содержащая гены, определяющие мужской пол организма, а также гены, ответственные за формирование сперматозоидов.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ Мутации являются причинами многих генетических заболеваний. Мутации могут быть вызваны ионизирующим излучением или различными химическими соединениями. Нередко происходят ошибки в процессе репликации, что приводит к мутациям.

ГЕННАЯ ТЕОРИЯ