Тема: Химическая организация клетки. Неорганические вещества

Лекция общая биологии

План

1. Предмет и задачи общей биологии
2. Уровни организации живой материи
3. Основные свойства живого

1. Биология (греч. bios — жизнь, logos — наука) — наука о жизни (точнее, совокупность наук о живой при­роде), изучающая строение, проявление жизнедеятель­ности, среду обитания всех живых существ, связи их друг с другом и с живой природой.

Жизнь — форма движения материи более высокого уровня, чем химическая, физическая, механическая и др. Жизнь — активное поддержание и самовоспроиз­ведение специфической структуры, идущее с затратой полученной извне энергии.

По определению биофизика Михаила Владимиро­вича Волькенштейна, «живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегу­лирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, по­строенные из биополимеров — белков и нуклеи­новых кислот».

Термин «биология» впервые введен в 1802 г. одно­временно французским естествоиспытателем и эво­люционистом Жаном Батистом Ламарком (1744— 1829) и немецким естествоиспытателем Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом (1776—1837).

Современная биология — система наук, изучающих живую природу как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. Одними из пер­вых в истории биологии сформировались комплекс­ные науки по объектам исследования: о растениях — ботаника; о животных — зоология; о человеке — ана­томия и физиология. В пределах каждой из этих наук выделились более узкие дисциплины. Например, аль­гология — наука о водорослях, бриология — о мхах, протозоология — о простейших, орнитология — на­ука о птицах и т. д. По изучаемому структурному уровню живого различают молекулярную биологию, уче­ние о клетке — цитологию, которая в свою очередь подразделяется на цитоморфологию, цитофизиологию, ци­тохимию и др. Гистология занимается изучением тка­ней. Это все отделы организменной биологии. Ветви надорганизменной биологии изучают распространение организмов по Земле (биогеография) и их взаимоотно­шения с внешней средой (экология).

Методы биологических наук:

• описательный, основанный на методе наблюде­ния, заключается в собирании и описании фактов. Он был основным в ранний период развития биологии, для некоторых биологических наук актуален и сейчас;
• сравнительный — выражается в изучении сход­ства и различия организмов и их частей;
• исторический — изучает закономерности появ­ления и развития организмов, становления их струк­туры и функции;
• экспериментальный — помогает изучать свой­ства и явления живой природы в специально создан­ных ситуациях;
• моделирование — довольно новый метод изуче­ния жизненных процессов или явлений с помощью вос­произведения их самих или их существенных свойств в виде моделей.

По преобладающим методам различают описатель­ную (например, морфология), экспериментальную (фи­зиология растений или животных) и теоретическую биологию.

Общая биология изучает общие закономерности раз­вития живой природы, проблемы сущности жизни, раз­нообразие ее форм. Живая природа, как и отдельный организм, представляет собой сложно организованную иерархическую систему, состоящую из нескольких вза­имосвязанных уровней, каждый из которых изучается в соответствующих разделах биологических наук с по­мощью специфических методов и средств.

2. Уровни организации живой природы:

• биосферный. Биосфера (от греч. bios — жизнь и греч. sphaira — шар) — вся совокупность органического мира совместно с окружающей средой;
• биогеоценотический. Биогеоценозы (от греч. bios — жизнь, ge — земля и греч. koinos — общий) — однородные участки земной поверхности с определенным составом живых (биоценозы) и других компонен­тов природы (приземный слой атмосферы, солнечная энер­гия, почва, горные породы и др.). объединенные обменом вещества и энергии в единый природный комплекс;
• популяционно-видовой. Популяция (от лат. роpulus — народ, население) — совокупность всех пред­ставителей данного вида, занимающих определенное пространство. Вид — совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовито­го потомства, населяющих определенную географичес­кую территорию и обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с живой и неживой природой;

• организменный. Организм (от лат. organizo — устраиваю, придаю строгий вид) представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную жи­вую систему, способную к самостоятельному существо­ванию. В узком смысле организм — особь, индивиду­ум, «живое существо»;
• органно-тканевый. Этот уровень выделяется у многоклеточных организмов. Ткань представляет со­бой совокупность сходных по строению клеток, объ­единенных выполнением общей функции. Структур­но-функциональное объединение нескольких типов тканей образует определенный орган;
• клеточный. Клетка — структурная и функцио­нальная единица, а также единица размножения и раз­вития всех живых организмов, обитающих на Земле. Клетки, имеющие оформленное ядро, называются эукариотными (от греч. ей — хорошо, полностью и karyon — ядро). Организмы, клетки которых содержат ядра, получили название эукариоты. К эукариотам относят растения, животных, грибы и лишайники. Клет­ки, не имеющие оформленного ядра, называются прокариотными (от лат. pro — перед, раньше, вместо игреч. karyon — ядро), или доядерными. К прокарио­там относят все бактерии;
• молекулярный. Молекулы, входящие в состав клетки (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров и других веществ). На этом уровне начинают­ся разнообразные процессы жизнедеятельности орга­низма (обмен веществ и превращение энергии, переда­ча наследственной информации и др.). Уровни организации живого тесно связаны между собой и вытекают один из другого, что свидетельствует о целостности живой природы.

3. Главные свойства живых организмов:

• метаболизм, т. е. способность живых организ­мов к обмену веществ с окружающей средой. Все жи­вые системы поглощают необходимые им вещества из внешней среды и выделяют в нее продукты жизнедея­тельности. Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей любых организмов;
• рост и развитие присущи любому живому орга­низму. Рост выражается в увеличении размеров и мас­сы индивидуума (особи) с сохранением общих черт его строения, как правило, сопровождается развитием, в результате чего возникает новое качественное состо­яние биологического объекта. Развитие живой формы материи происходит в индивидуальном (онтогенез) и историческом (филогенез) аспектах. Все многообразие живых организмов на Земле — результат филоге­неза;
• самовоспроизведение, или репродукция (лат. re — возобновляю и productio — производство), обес­печивает поддержание жизни во времени, это свойство организмов воспроизводить себе подобных. В основе 'процесса лежит образование новых молекул и струк­тур, которое обусловлено информацией, заложенной в ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности;
• наследственность — способность организмов обеспечивать передачу признаков, свойств, особенностей развития из поколения в поколение;
• изменчивость — способность организмов при­обретать новые признаки и свойства, в основе наслед­ственной изменчивости лежит изменение молекул ДНК. В результате изменчивости возникает огромное разнообразие организмов, что, в свою очередь, способст­вует протеканию естественного отбора, приводящего к появлению новых форм жизни, новых видов организ­мов бриа. 1);
• раздражимость — выражается реакциями жи­вых организмов на внешнее воздействие. Благодаря этому свойству организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды;
• саморегуляция (авторегуляция) — способ­ность живых организмов, обитающих в непрерывно ме­няющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсив­ность физиологических процессов;
• ритмичность проявляется в сезонных и суточ­ных ритмах жизнедеятельности организмов, которые выработались как приспособления живых организмов к геофизическим циклам среды обитания. В основе ритмичности лежат периодические изменения физио­логических функций с различными периодами коле­баний (от нескольких секунд до года и столетия);
• дискретность (лат. discretus — прерывистый, разделенный) — всеобщее свойство материи. Жизнь на Земле проявляется в виде дискретных форм. От­дельный организм (или любая биологическая систе­ма) состоит из обособленных в пространстве, но, тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство;
• энергозависимость — потребность живых ор­ганизмов в непрерывном поступлении энергии и ма­терии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступает энергия и питательные вещест­ва из окружающей среды.

Тема: Клеточная теория

План

1. Первые наблюдения за клеткой
2. Появление и развитие клеточной теории
3. Значение клеточной теории.

1. Представление о клетке как элементарной биоло­гической системе в науке установилось не сразу.

Роберт Гук (1635—1703) — английский физик и бо­таник первым применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей (1665). Изучая срез пробки и сердцевины бузины, Р. Гук установил, что они состоят из мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячейки, или клетки (от англ. cell — клетка). Этот термин утвердился в биологии (лат. cellula — ячейка, клетка), хотя Р. Гук видел не собственно растительные клетки, а только их оболочки. В XIX в. ученые обратили внимание на полу­жидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку, названное чешским ученым Яном Пуркинье (1787— 1869) протоплазмой. Впоследствии обязательную внут­реннюю часть клетки называли цитоплазмой (от греч. kytos — вместилище и plasma — вылепленное, оформ­ленное).

В 1831 г. английский ботаник Роберт Броун (1773— 1858) обнаружил ядро в растительных клетках. Строе­ние растительных и животных клеток изучали в 30-х годах XIX в. немецкие ученые Маттиас Шлейден (1804— 1881) и Теодор Шванн (1810—1882).

2. Клеточная теория — все организмы имеют клеточ­ное строение — была сформулирована и опубликова­на в 1839 г. Т. Шванном, в дальнейшем многие уче­ные продолжали ее развитие и совершенствование. Так, немецкий ученый Рудольф Вирхов (1821—1902) до­казал, что клетки образуются только в результате де­ления клетки.

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии формулируются таким образом:

• клетка является структурно-функциональной еди­ницей, а также единицей развития всех живых орга­низмов;
• клеткам присуще мембранное строение;
• клетка размножается только делением;
• клеточное строение организмов — свидетельст­во того, что все живые организмы имеют единое про­исхождение.

3. Создание клеточной теории явилось крупнейшим событием в био­логии, одним из решающих доказательств единства всей живой при­роды.

Клеточная теория считается и поныне одним из важнейших открытий естествознания, равным по значению открытию закона сохранения энергии и дарвиновской теории естественного отбора. Открытие клетки и создание клеточной теории способствовали объяснению основных закономерностей живой природы.

В 70-х гг. XIX в. у самых разных биологических объектов были обнаруже­ны хромосомы. В 1879-1882 гг. А. Флеминг описал митоз, вскоре появилась гипотеза о том, что наследственные признаки заключаются в ядре. В 1876 г. был открыт клеточный центр, в 1894 г. — митохондрии, в 1898 г. — аппарат Гольджи. К концу века были открыты большинство общих и специальных органоидов в цитоплазме. Открытие этих и других органоидов показало, что в цитоплазме совершаются важнейшие и разнообразные процессы, связан­ные с жизнедеятельностью и функциональной активностью клетки.

Крупный вклад в развитие учения о клетке второй половины XIX — начала XX в. внесли отечественные цитологи. Иван Дорофеевич Чистяков (1843-1877) описал фазы митотического деления; Иван Николаевич Горожанкин (1848-1904) установил цитологические основы оплодотворения у рас­тений; Сергей Гаврилович Навашин (1857-1930) открыл в 1898 г. явление двойного оплодотворения у цветковых растений. Использование цитологии в медицине дало толчок развитию иммунологии (благодаря учению Ильи Ильича Мечникова о фагоцитах).

Внимание биологов все больше концентрировалось на клетке как основ­ной структурной единице живых организмов. Становилось все более очевидным, что особенности строения и функционирования клетки являются важной фундаментальной областью среди проблем, исследуемых биологией. Все это привело к тому, что с конца XIX в. цитология выделилась в самостоя­тельную область биологии.

До начала 30-х гг. XX в. в цитологии преобладало морфологическое изу­чение структур клетки, видимых в световой микроскоп. Но уже в 1928-1931 гг. был сконструирован электронный микроскоп, благодаря которому описано мельчайшее строение клетки и открыты многие ранее неизвестные структу­ры. Развитие биохимии, генетики, методов электронной микроскопии, по­явившийся в середине XX в. сканирующий электронный микроскоп (и ряд других сложных приборов и методик — фазово-контрастная и флуоресцент­ная микроскопия, интерференционный микроскоп и др.), а также широкое использование методов физики и химии обусловили прогресс, достигнутый в конце XX в. в изучении строения, функционирования и воспроизведения клетки.

В настоящее время особое значение в цитологических исследованиях приобрели методы изучения физиологии клетки, ее биохимии и физико-химической и молекулярной организации. Ведутся работы с просвечиваю­щим электронным микроскопом и сканирующим электронным микроскопом. С их помощью можно проникать в структуры клетки, о которых раньше не имели никакого представления. Стало возможным работать с клеткой, не убивая ее красителями. Это позволило рассматривать отдельные молекулы в клетке и манипулировать с ними, сохраняя при этом клетку живой.

Успехи цитологии значительно повлияли на развитие генетики, эмбрио­логии, эволюционного учения и других биологических наук.

Все эти достижения позволили по-новому взглянуть на клетку, что отра­зилось в современном толковании клеточной теории. Теперь клеточная тео­рия включает в себя следующие главные положения:

Тема: Химическая организация клетки. Неорганические вещества

План

1. Химический состав клетки.
2. Вода и ее функции в клетке
3. Минеральные соединения, их роль в клетке.

1. Химический состав клетке

В состав клеток входит почти 80 химических эле­ментов периодической системы Д. И. Менделеева, встре­чающихся и в неживой природе. Элементов, свойст­венных только живой материи, не существует. Это одно из доказательств общности живой и неживой приро­ды. По содержанию в клетке химические элементы подразделяются на три группы: макро-, микро- и уль­трамикроэлементы.

• Макроэлементы составляют основную массу веще­ства в клетке. Примерно 98% массы клетки образовано четырьмя элементами, они главные компоненты всех органических соединений: водород, кислород, углерод и азот. Калий, натрий, магний, железо, кальций, сера, фосфор и хлор в последнее время стали относить тоже к макроэлементам, хотя их со­держание в клетке исчисля­ется десятыми и сотыми до­лями процента.
• Микроэлементы в клетках и организмах содержатся в очень небольших количест­вах: от 0,001 до 0,000001%. Это преимущественно ионы тяжелых металлов. Такие эле­менты, как бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром и др., входят в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ.
• Ультрамикроэлементы — это такие элементы, кон­центрация которых в клетках не превышает 0,000001%. К ним относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и др. Физиологическая роль большинства из них полностью не раскрыта.
• Биогенными называют химические элементы, ко­торые, входя в состав клеток, выполняют биологиче­ские функции (табл. 1).

Таблица 1

Биогенные элементы клетки

2. Неорганические соединения, минеральные соли

Э Катионы К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺ и анионы Н₂РО, HCО₃, С1 имеют наибольшее значение для жизнеде­ятельности клетки. Содержание катионов и анионов в клетке обычно значительно отличается от их коли­чества в среде обитания. Так, концентрация К⁺ внут­ри живой клетки очень высокая, a Na⁺ — низкая; со­держание этих катионов в окружающей клетку среде обратное. Такое различие в концентрациях стойко удерживается до тех пор, пока клетка жива. Концент­рация солей в клетке определяет ее буферные свой­ства.

Буферность — способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов. В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН 7,2) в основном за счет анионов.

3. Вода, ее роль в живых системах. Вода — важней­шее неорганическое соединение живых клеток и орга­низмов; в среднем в многоклеточном организме вода составляет до 80% от массы тела.

Функции воды (растворитель многих веществ, со­хранение структур клеток в условиях высоких или низких температур и многие другие) обусловлены структурой ее молекул. Молекула воды вследствие про­странственного расположения атомов в ней представ­ляет собой диполь. Дипольное строение молекулы во­ды способствует расщеплению ряда водорастворимых веществ на катионы и анионы.

По отношению к воде все вещества делятся на гидро­фильные (греч. hydros - вода, phileo — люблю) — раство­римые в воде (например, сахар, соль) ^гидрофобные (греч. hydros — вода, phobos — боязнь) — нерастворимые (жиры, сложные углеводы). В качестве растворителя вода обес­печивает как приток в клетку веществ, так и удаление из нее продуктов жизнедеятельности.

Между молекулами воды существует водородная связь. Она образуется за счет того, что частично отри­цательный атом кислорода одной молекулы воды при­тягивает частично положительный атом водорода дру­гой молекулы воды. Структура молекул воды и их способность образовывать водородные связи обеспечи­вает воде ряд свойств, имеющих большое значение для жизни. Молекулы воды способны слипаться сами с собой, такое явление называется когезией (от лат. соhaesus — связанный, сцепленный). Слипание молекул воды с молекулами других веществ называют адгезией (от лат. adhaesio — прилипание). Благодаря когезии и адгезии возможны явления капиллярности и поверхностно­го натяжения воды. Хорошая теплопроводность и большая теплоемкость воды обеспечивают живым организмам сохранение жизненных функций при резких изменени­ях температуры окружающей среды.

В клетках эмали зубов воды примерно 10%, в клет­ках развивающегося зародыша — более 90%. При потере большого количества воды многие организмы гиб­нут, некоторые одноклеточные и даже многоклеточ­ные — переходят в состояние анабиоза — временно­го замедления внешних жизненных функций.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: