Общая биология Лобасюк Б. А.
ØБиология ØBiology ØБиология комплекс знаний о жизни и совокупность научных дисциплин, изучающих живое. ØБиология исследует многообразие существующих и вымерших живых существ, их строение, функции, происхождение, эволюцию, распространение и индивидуальное развитие, связи друг с другом, между сообществами и с неживой природой. ØБиология рассматривает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах: обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие, раздражимость, подвижность и т. д.
Ø Биология включает цикл наук о живой природе — ботанику, зоологию, анатомию и физиологию челове ка, цитологию, молекулярную биологию, генетику, экологию, биоценологию и др. Все эти науки подчинены общим законам и закономерностям разви тия живой природы, которые изучает общая биология.
Життя як біологічна форма руху матерії — найбільш складна форма Всесвіту. Воно існує на космічному тілі планеті Земля впродовж тривалого історичного періоду. Одним з перших вчених, який з'ясував основи планетарно космічної органі зації життя, був видатний вітчизняний дослідник В. І. Вернадський. Ø За різними оцінками, вік Землі близько 4, 5 млрд. років. Життя на Землі триває близько 4 млрд. років. Таким чином, становлення нашої планети і виникнен ня на ній життя в космічних вимірах часу відбувало ся майже одночасно. Вочевидь, подальша еволюція систем проходила за їх тісної взаємодії й мала взаємозумовлений характер. Біолог і геохімік В. І. Вер надський глибоко усвідомив це явище. Ø
Він створив нову галузь знань науку про Землю. Ця наука поєднує геологію, геохімію і гідрохімію, ґрун тознавство, географію і, звичайно, біологію. Принци пово новий підхід полягав у тому, що вчений об'єднав біоту—живу речовину, і сферу її існування — косну речовину, в єдине ціле біосферу, живу оболонку Землі. Ø
Як зазначав В. І. Вернадський, Земля на сучасному історич ному етапі їїландшафти, газовий склад атмосфери, хімізм океанів це результат роботи живої речовини. Вона надала планеті унікальності не лише в масштабах Сонячної системи, але, ймовірно, і галактики. Ø У максимальному наближенні життя — це глобальна планетарна самовпорядкована, енергетично та інформаційно відкрита система, що являє собою велике розмаїття форм єдиної у фізико хімічному відношенні живої речовини. Ø
Ø Все организмы — живые системы, имеющие сходные черты строения и жизнедеятельности; у них единый генетический код, химический состав, строение молекул, клеток, однотипное строение тела на одинаковых уровнях организации. Это единство живых организмов дает возможность построить общую систему уровней организации живой материи от молекулярного до биосферного (схема).
У всьому розмаїтті органічного світу можна ви ділити дві форми неклітинну і клітинну. Ø Неклітинні форми органічного світу. До не клітинних належать віруси, які утворюють групу Віра (Vira). Віруси проявляють життєдіяльність тільки у стадії внутрішньоклітинного паразитизму. Дуже малі розміри дозволяють їм легко проходити крізь будь які фільтри, у тому числі каолінові, з най дрібнішими порами, тому спочатку їх називали фільтрівними вірусами. Існування вірусів було до ведено в 1892 р. російським ботаніком Д. І. Іва новським (1864 1920), але побачили їх багато пізніше. Більшість вірусів субмікроскопічних розмірів, тому для вивчення їхньої будови користуються електронним мікроскопом. Найдрібніші віруси наприклад, збудник ящуру ненабагато перевищують розміри молекули яєчного білка, проте зустрічаються і такі віруси (збудник віспи), які можна бачити у світловий мікроскоп. Ø
Ø Зрілі частинки вірусів — віріони, або віроспори, складаються з білкової оболонки і нуклеокапсиду, в якому зосереджений генетичний матеріал нуклеї нова кислота. Одні віруси містять дезоксирибонук леїнову кислоту (ДНК), інші рибонуклеїнову (РНК). На стадії віроспори ніяких проявів життя не спосте рігається. Тому немає єдиної думки, чи можна віруси на цій стадії вважати живими. Деякі віруси можуть утворювати кристали подібно до неживих речовин, проте, коли вони проникають у клітини чутливих до них організмів, то виявляють всі ознаки живого. Таким чином, у формі вірусів проявляється ніби "перехідний міст", що зв'язує в єдине ціле світ організмів і неживі органічні речовини. Вірус являє собою діалектичну єдність живого і неживого: поза клітиною це речовина, у клітині це істота, тобто він одночасно і нежива речовина, і жива істота.
Віроспора лише одна із стадій існування вірусу. У житті вірусів можна виділити такі етапи: прикріплен ня вірусу до клітини, вторгнення в неї, латентну ста дію, утворення нового покоління вірусів, вихід віро спор. У період латентної стадії вірус ніби зникає Його не вдається побачити або виділити з клітини, але в цей період вся клітина синтезує необхідні для вірусу білки і нуклеїнові кислоти, в результаті чого утворюється нове покоління віроспор. Ø Описано сотні вірусів, які викликають захворю ванняу рослин, тварин і людини. До вірусних хво роб людини відносять сказ, віспу, тайговий енцефа. 7 : грип, епідемічний паротит, кір, СНІД та ін. Ø
Ø Віруси, які пристосувалися до паразитувак клітині бактерій, називаються фазами. За с; будовою фаги складніші від вірусів, що паразиг ють у клітинах рослин і тварин. Багато фагів м; ють пуголовкоподібну форму, складаються з голов ки і хвоста. Внутрішній вміст фага це переваж ДНК, а білковий компонент зосереджений в основ номуу так званій оболонці. Фаги проникаючи у пев: види бактерій, розмножуються і викликають р чинення (лізис) бактеріальної клітини. Ø Іноді проникання фагів у клітину не супр< джується лізисом бактерії, а ДНК фага включаєть сяу спадкові структури бактерії і передається її на щадкам. Це може продовжуватися впродовж ба гатьох поколінь бактеріальної клітини, яка сприйня ла фаг. Такі бактерії називають лізогенними.
Ø Під впливом зовнішніх факторів, особливо іонізуючого випромінювання, фаг у лізогенних бактеріях почи нає проявляти себе, і бактерії зазнають лізису, їх використовують для вивчення явищ спадковості на молекулярному рівні. Ø Походження вірусів не з'ясоване. Одні вважа ютьїх первинно примітивними організмами, які є основою життя. Інші схиляються до думки, що віру си походять від організмів, які мали більш високий ступінь організації, але дуже спростилися у зв'язку з паразитичним способом життя. з гла до біологічного прогресу. Нарешті існує і третя точка зору: віруси група генів або фрагментів інших клітинних структур, які набули автономності.
Ø Клітинні форми життя. Основну масу живих і складають організми, які мають клітинну будову. У процесі еволюції органічного світу клітина набула властивостей елементарної системи, в якій можливий прояв усіх закономірностей, що характе ризують життя. Ø Клітинні організми поділяють на дві категорії: ті, що не мають типового ядра доядерні, або про каріоти (Ргосагуота), та ті, які мають ядро ядерні, або еукаріоти (Еисагуота). До прокаріотів належать бактерії та синьозелені водорості, до еукаріотів - більшість рослин, гриби і тварини. Встановлено, що різниця між одноклітинними прокаріотами й еукаріотами більш суттєва, ніж між одноклітинними еукаріотами та вищими росли нами і тваринами.
Рис. 1. 3 Клітина прокаріотів (мікрофотографія): 1 нуклеоїд; 2 клітинна мембрана; 3 цитоплазма.
Прокаріоти доядерні організми, які не мають типового ядра, оточеного ядерною оболонкою. Ге нетичнийматеріал представлений генофором ниткою ДНК, яка утворює кільце. Ця нитка не на була ще складної будови, що характерно для хро мосом, у ній немає білків гістонів. Поділ клітини простий, але йому передує процес реплікації. У клітині прокаріотів відсутні мітохондрії, центріолі, пластиди, розвинена система мембран. Ø Із організмів, що мають клітинну будову, найбільш примітивні мікоплазми Це подібні до бактерій організми, що ведуть паразитичний або сапрофітний спосіб життя. За розмірами мікоплазми наближаються до вірусів. На відміну від вірусів, у яких процеси життєдіяльності відбуваються тільки після проникнення у клітину, мікоплазми здатні жити, як і інші організми, що мають клітинну будову. Ø
Мікоплазма (мікрофотографія
Ці бактеріоподібні організми можуть рости і розмножуватися на синтетичному середовищі, їхня клітина побудована з порівняно невеликої кількості молекул (близько 1200), але має повний набір макромолекул, що характерні для будь яких клітин (білки, ДНК, РНК) і містить близько 300 різних ферментів. Ø За деякими ознаками клітини мікоплазми стоять ближче до клітин тварин, ніж до рослин. Вони не мають твердої оболонки, оточені гнучкою мембраною, склад ліпідів близький до тваринної клітини. Ø
Бактерії (рис. 1. 6) та синьозелені водорості об'єднані в підцарство Дроб'янки. Клітина типових дроб'янок вкрита оболонкою із целюлози. Дроб'ян кивідіграють суттєву роль у кругообігу речовин у природі: синьозелені водорості як синтетики органічної речовини, бактерії як мінералізатори її. Багато бактерій мають медичне і ветеринарне зна чення як збудники хвороб. Ø
Ціанобактерії (мікрофотографія).
Еукаріоти ядерні організми, які мають ядро, оточене ядерною мембраною. Генетичний матері ал зосереджений переважно у хромосомах, які скла даються з ниток ДНК та білкових молекул. Ділять ся ці клітини мітотично. Є центріолі, мітохондрії пластиди. Серед еукаріотів є як одноклітинні, так і багатоклітинні організми. Ø Жива клітина це впорядкована система, для якої є характерним отримувати ззовні, перетворювати і частково виділяти різні хімічні сполуки. Отже, кліти ни це відкриті системи; робота їх відбувається за принципом саморегуляції, яка генетично запро грамована. Збереження генетичної інформації та її наступна реалізація в довгій низці поколінь здійснюєть ся системою нуклеїнових кислот. У цілому це забез печує фундаментальну властивість життя історич ну неперервність біологічних процесів. Ø
Ø властивості життя Ø обмін речовин та енергії Ø здатність протистояти наростанню ентропії Ø подразливість Ø самооновлення Ø саморегуляція Ø самовідтворення Ø спадковість і мінливість Ø ріст та розвиток Ø дискретність і цілісність
До складу живих організмів на атомному рівні входять ті самі хімічні елементи, що й до неживої матерії. Однак на молекулярному рівні виникають відмінності, що відмежовують живе від неживого. Живі організми мають властиві лише їм системи хімічних зв'язків і взаємодій між молекулами: ковалентні, іонні, водневі зв'язки, гідрофобні взаємодії. Молекули живих організмів здатні утворювати полімерні комплекси. Здатність утворювати ці комплекси, їх наступні пере творення, а також зруйнування, забезпечує найважли вішу властивість живої системи обмін речовин, зміст якого складають синхронізовані процеси асимі ляції (процеси синтезу, анаболізм) і дисиміляції (про цеси розпаду, катаболізм). Під час асиміляції ство рюються або оновлюються різні морфологічні струк тури, процес відбувається з поглинанням енергії й на зиваєтьсяпластичним обміном. Ø
Ø Ø Ø Під час дисиміляції відбувається розщеплення складних хімічних сполук до відносно простих, що супроводжується виділенням енергії. Цей процес називають енергетичним об міном. Пластичний та енергетичний обміни тісно по в'язані, складають єдиний метаболічний цикл, який відбувається у клітині. Отримані ззовні речовини в процесі пластичного обміну організми перетворюють у власні, які замі нюють старі елементи й одночасно видаляють у зовнішнє середовище сполуки, які утворилися в про цесі дисиміляції, а також речовини, не використані організмом. Тому живий організм є відкритою сис темою відбувається неперервна взаємодія з довкіл лям, під час якої здійснюється обмін із середовищем енергією, матерією (речовиною) та інформацією.
Ганс Кребс (Н. Кге. Ьз) (1900 -1981) відкрив цикл трикарбонових
Нейроны: функции Ø Как и другие клетки, нейроны должны обеспечивать поддержание собственной структуры и функций, приспосабливаться к изменяющимся условиям и оказывать регулирующее влияние на соседние клетки. Однако основная функция нейронов это переработка информации: получение, проведение и передача другим клеткам. Получение информации происходит через синапсы с рецепторами сенсорных органов или другими нейронами, или непосредственно из внешней среды с помощью специализированных дендритов. Проведение информации происходит по аксонам , передача через синапсы. Ø
Аксон Нейрон (нервная клетка) основной структурный и функциональный элемент нервной системы ; у человека насчитывается более ста миллиардов нейронов. Нейрон состоит из тела и отростков, обычно одного длинного отростка аксона и нескольких коротких разветвленных отростков дендритов. Аксоны неветвящиеся отростки нейрона , начинаются от тела клетки аксонным холмиком, могут быть длиной более метра и диаметром до 1 6 мкм. Ø По дендритам импульсы следуют к телу клетки, по аксону от тела клетки к другим нейронам, мышцам или железам. Благодаря отросткам нейроны контактируют друг с другом и образуют нейронные сети и круги, по которым циркулируют нервные импульсы. Ø Специфическая функция аксона проведение потенциала действия от тела клетки к другим клеткам или периферическим органам. Другая его функция аксонный транспорт веществ. Ø Ø
Развитие аксона начинается с формирования конуса роста у нейрона. Конус роста проходит сквозь базальную мембрану , окружающую нервную трубку , и направляется через соединительную ткань зародыша к специфическим областям мишеням. Конусы роста движутся по строго определенным путям, о чем свидетельствует точное подобие расположения нервов на обеих сторонах тела. Даже чужеродные аксоны , в экспериментальных условиях врастающие в конечность в местах нормальной иннервации, используют почти в точности тот же стандартный набор путей, по которым могут свободно передвигаться конусы роста. Очевидно, эти пути определяются внутренней структурой самой конечности, но молекулярная основа такой направляющей системы неизвестна. Видимо, по таким же предопределенным путям растут аксоны и в центральной нервной системе , где эти пути, вероятно, определяются местными особенностями глиальных клеток эмбриона.
ØДендриты ØНейрон состоит из тела и отростков, обычно одного длинного отростка аксона и нескольких коротких разветвленных отростков дендритов. По дендритам импульсы следуют к телу клетки, по аксону от тела клетки к другим нейронам, мышцам или железам. Благодаря отросткам нейроны контактируют друг с другом и образуют нейронные сети и круги, по которым циркулируют нервные импульсы. Дендриты, как правило, короткие, относительно широкие, сильно ветвящиеся, образующие множество синапсов с другими нервными клетками.
Химический состав живых организмов. Структура и разнообразие белков. Внутреннее строение нейронов. Потенциал покоя нервных клеток. 34
Н 2 О – вода: 65 -70% массы тела человека, «универсальный растворитель» Минеральные соли: при растворении в воде образуют ионы (переносчики зарядов в биоэлектрических процессах): Na. Cl Na+ + Cl Na+ и Са 2+ - активирующее действие К + - успокаивающее действие Cl - участвует в торможении нервных клеток 35
УГЛЕВОДЫ: Моносахариды: глюкоза (С 6 Н 12 О 6) (энергетическая функция; 0. 1% в плазме крови) фруктоза рибоза Полисахариды: крахмал целлюлоза гликоген мономер – глюкоза (запасающая функция) 36 гликоген: несколько тысяч молекул глюкозы
Липиды: глицерин + три остатка «угле водородных хвоста» жирных кислот Глицерин: СН 2 ОН Жирная кислота: СООН СН 2 … СН 2 СН 3 37
Фосфолипиды: глицерин + два углеводо родных хвоста + фосфорная к та В водном растворе липиды и фосфолипиды образуют капли и двуслойные пленки. Такие пленки – основа всех биологических мембран (строительная функция + энерге тическая и запасающая). 38
Белки: Полимеризация а/к с образова состоят из мономеровза счет нием белка происходит – связывания СООН группы аминокислот (а/к). предыдущейимеет: 2 группой Каждая а/к с NH следующей а/к. аминогруппу ( NH 2), кислотную группу ( COOH), Итоговая цепь а/к – первичная структура белка. Радикалы не радикал (R). принимают участия входят Всего в состав белковв ее форми 20 типов а/к; они различаются ровании. Средняя длина белко только химической структурой R. вой молекулы – 300 700 а/к. У каждого белка – своя, уникаль ная первичная структура. R 1 1 ая а/к R 2 2 я а/к R NH 2 CH COOH R 3 3 я а/к R 4 и т. д. 39
R 1 1 ая а/к R 2 2 я а/к R 3 3 я а/к R 4 и т. д. Следующий этап: образование вторичной структуры белка. Она формируется за счет присутствия на аминогруппах довольно большого положительного заряда, на кислотных группах – отрицательного заряда. Взаимное притяжение таких (+) и (–) ведет к укладке белковой цепи в спи раль (на каждом витке примерно 3 а/к; радикалы в этом вновь не участвуют). 40
Третичная структура белка – белковый клубок, формируется за счет взаимодействия радикалов (и, следовательно, зависит от первичной структуры). Взаимодействие радикалов может происходить благодаря: образованию ковалентной хи мической связи притяжению неравномерно заряженных областей контакту углеводородных участ ков (как в случае «хвостов» липидных молекул) и др. 41
лиганд Третичная структура (белковый клубок), как правило, имеет ямку ( «активный центр» ). Здесь происходит захват молекулы мишени ( «лиганда» ) по принципу «ключ замок» . После этого белок способен выполнить с лигандом те или иные операции. Тип операции с лигандом = тип белка. белки-ферменты транспортные белки (белки крови, каналы, насосы) белки-рецепторы двигательные белки защитные (антитела) строительные и др. 42
Белок фермент, управляющий распадом вещества лиганда (пример: пищеварит. ферменты) 2 1 1 3 2 Транспортный белок (например, перенос кислорода гемоглобином) Белок фермент, управляющий синтезом нового вещества из двух лигандов 43
3 Постоянно открытый белок-канал: похож на цилиндр с отверстием; встроен в мембрану клетки; через него может идти диффузия (как правило, строго определенных мелких частиц – молекул Н 2 О, ионов К+, Na+ и др. ). Диффузия – движение частиц среды из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией; чем больше разность концентраций, тем интенсивнее диффузия. 44
канал закрыт канал открыт Белок-канал со створкой: также встроен в мембрану клетки; его отверстие перекрыто петлей створкой, ( «канал закрыт» ). Створка при определенных условиях может открываться, «разрешая» диффузию (условия открытия: появление определенных химических веществ, электрические воздействия и др. ) 45
Белок-насос: 1. «Чаша» белка встроена в мемб рану клетки и открыта, напри мер, в сторону внешней среды; происходит при соединение лиганда. 2. Изменение простран ственной конфигурации белка насоса (как пра вило, требует затрат энергии АТФ; перенос лиганда не зависит от разности концентраций). 3. Белок насос открывается в сторону цитоплаз мы, высвобождая лиганд; затем – возвращение белка насоса в исходную конфигурацию. 46
инсулин глюкоза Пример: действие гормонов и медиаторов. Так, инсулин, выде ляемый поджелу дочной железой, активирует работу насосов, транспор тирующих внутрь клетки глюкозу. Белки-рецепторы: Встроены в мембрану клетки и выполняют информационную функцию. Лиганд в этом случае – сигнал об определенном событии во внешней (межклеточной) среде. После присоединения лиганда рецептор запускает реакцию клетки, влияя на ферменты, насосы, ионные каналы и т. п. 47
Другие типы белков: защитные белки (белки антитела; захватывают лиганды антигены – вредные чужеродные вещества) антиген анти тело двигательные белки (актин и миозин; за счет их взаимодействия происходит сокращение мышечных клеток) строительные белки (коллаген – белок межклеточного вещества соединительной ткани; кератин – волосы и ногти) запасающие белки (казеины молока, глютены пшеницы и др. ) сеть молекул коллагена 48
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). ДНК – несет генетическую информацию и передает ее потомству. Передача потомству = репликация ДНК (размножение на молекулярном уровне). Генетическая информация = информация о первичной структуре белков. Каждая молекула ДНК содержит большое число генов Ген белка Х Ген – фрагмент молекулы ДНК, несущий информацию о структуре определенного белка. Всего ДНК человека (23 молекулы) содержит около 30 тыс. генов. Каждая молекула ДНК (хромосома) в обычных клетках присутствует в двух экземплярах: отцовском и материнском. РНК выполняет вспомогательную функцию, обеспечивая превращение генетической информации в конкретные белки (и-РНК – связующее звено между ДНК и рибосомами). Ген белка У Ген белка Z 49
50
Скачать презентацию Общая биология Лобасюк Б А ØБиология ØBiology
Общая биология_all.ppt