РАЗДЕЛ 1 ПРОИСХОЖДЕНИЕ И НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

кафедры математики и естественнонаучных дисциплин

В курсе общей биологии рассмотрены основные аспекты существования и функционирования живых систем, во взаимосвязи с окружающей средой. А также, основы селекции живых организмов и генной инженерии. Большое внимание уделено раскрытию теории эволюции.

Наше время характеризуется чрезвычайно возросшей взаимозависимостью людей. Жизнь человека, его здоровье, условия его труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых очень многими другими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека та же влияет на судьбу многих других. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой частью мировоззрения каждого человека, независимо от его специальности. Строителю, технологу, мелиоратору знание биологии необходимо так же, как врачу или агроному ибо только в этом случае они будут представлять последствия своей производственной деятельности для природы и человека.

Цель данного курса лекций – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих ее законах, познакомить с многообразием жизни и историей её развития на Земле. В соответствии с этим особое внимание уделяется анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экосистем. В курсе приведены примеры, характеризующие подчиненность человека всем известным биологическим законам.

РАЗДЕЛ 1 ПРОИСХОЖДЕНИЕ И НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Тема 1.1 Многообразие живого мира. Основные

1. Неорганические соединения – элементы и образуемые ими простые и сложные вещества, встречающиеся в больших количествах вне живых организмов.

2. Органические соединения – соединения углерода с другими элементами, встречающиеся преимущественно в живых организмах.

3. Биополимеры – высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются простые органические молекулы.

4. Клетка – структурно-функциональная единица, а так же единица развития всех живых организмов.

5. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, связанных выполнением общих функций.

6. Орган – совокупность пространственно изолированных тканей, специализированная на выполнении определенных функций.

7. Биологическая система – биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько уровней организации. Обладает свойствами целого.

Биология – это наука о жизни. Биология изучает строение, проявление жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов планеты. Живое на планете представлено необычайным многообразием форм, множеством видов живых существ. Ученые постоянно находят и описывают новые виды как существующие, так и вымершие в минувшие эпохи.

Одной из основных задач биологии является раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями обитания.

Важное значение в науке имеют вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения.

По предмету изучения биология подразделяется на отдельные науки:

Каждая из этих наук имеет собственные подразделения и благодаря накопленным знаниям – все более специализируется.

В соответствии с уровнем организации живой материи выделяются научные дисциплины: молекулярная биология, цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях и т.д.

Биология использует самые различные методы изучения:

В различных областях биологии все больше взрастает значение пограничных дисциплин: биофизика, биохимия, бионика.

Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание их позволяет составить точную картину мира и использовать в практических целях.

Достижения биологии последнего времени привели к возникновению новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе. (Генная инженерия). Практическое применение достижений современной биологии, в настоящее время позволяет получить новые биологические вещества – пищу, лекарства, материалы. Исключительная способность природы к самовосстановлению создала иллюзию ее неуязвимости, безграничности ее ресурсов. Но это не так. Поэтому вся деятельность человека должна строиться с учетом принципов организации биосферы.

Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. В сельском хозяйстве достигнуты большие успехи по выведению новых сортов культурных растений, пород домашних животных, штаммов микроорганизмов. В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, с возрастающей численностью городского населения. В такой ситуации важна интенсификация сельхозпроизводства. Важную роль в этом будет играть научно обоснованное использование природных ресурсов.

Первые живые существа появились на нашей планете 3 млрд. лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появились, процветали в течение определенного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли современные живые организмы, образующие четыре царства природы:

Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть отдельным организмом и частью многоклеточного растения или животного. Она может быть простейшей или сложной. Любая клетка представляет собой целый организм, способный выполнять все функции для обеспечения жизнедеятельности. Клетки, входящие в состав многоклеточного организма специализированны – они выполняют одну функцию и не способны существовать вне организма. У высших организмов взаимосвязь и взаимозависимость клеток приводит к созданию нового качества, не равного простой сумме. Соединения их в процессе эволюции образует целостный организм с определенными, присущими только ему свойствами.

Это система оценок отличающих живые системы от объектов неживой природы.

1. Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако их соотношение неодинаково. Элементы неживой природы представлены: О₂, Si, Fe, Mg, Al, S, MeO, MeS, MeCO₃ и т.д. В живых организмах 98% состава приходится на O₂, C, N₂, H₂. Они входят в состав сложных органических молекул: белков, ДНК, углеводов, жиров.

2. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Важнейшими процессами являются синтез и распад. Живые организмы поглощают из среды различные вещества, они перерабатываются. Часть идет на строительство организма, часть – на пополнение энергозатрат. Это ассимиляция или пластический обмен. Это диссимиляция или энергетический обмен, когда органические соединения распадаются на простые и выделяется энергия. Метаболизм обеспечивает гомеостаз организма – это постоянство его строения и функций.

3. Единый принцип структурной организации. Все организмы на любой ступени сложности и размеров состоят из клеток.

4. Репродукция. На организменном уровне репродукция проявляется в виде размножения особей. Потомство сходно с родителями. В основе самовоспроизведения лежит реакция матричного синтеза при самоудвоении ДНК.

5. Наследственность. Это способность организмов передавать свои признаки, свойства, способности из поколения в поколение. Наследственность обеспечивает материальную преемственность в ряду поколений.

6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное изменение объектов природы. В результате возникает новое, качественное состояние объекта, изменяется его состав и структура.

7. Раздражимость. Это свойство живых организмов избирательно реагировать на внешние воздействия. Многоклеточные организмы реагируют на раздражение по средствам рефлекса. Организмы не имеющие нервной системы реагируют тропизмами – направлением роста, движения (гелиотропизм – движение к солнцу).

8. Дискретность. Это свойство живой материи. Она идет от простого к сложному. Дискретность строения организма – основа его структурного порядка.

9. Авторегуляция. Это способность живых организмов в условиях меняющейся среды поддерживать постоянство химсостава и интенсивность физиологических процессов. Эта деятельность регулируется функцией особых систем.

10. Энергозависимость. Живые тела – это энергетически открытые системы. Обменные процессы осуществляются в них через оболочки (мембраны, кожа). Они поддерживают постоянство состава и единство системы. Живые организмы существуют при постоянном поступлении материи и энергии извне.

Жизнь – это активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры.

2. Подразделение биологии по предмету изучения.

3. Подразделение биологии по уровню организации.

1. Туманность – скопление газово-пылевой материи во вселенной, имеющее большие размеры.

2. Галактика – звезда и окружающие ее планеты.

3. Звездная система – система звезд с окружающими их планетами, развивающаяся из одной туманности.

4. Планета – небесное тело, совершающее движение по близкой к круговой орбите вокруг звезды, светящееся отраженным светом.

5. Абиогенный синтез – образование органических молекул из неорганических вне живых организмов.

6. Энергия – общая количественная мера количества движения материи.

7. Раствор – однородные смеси двух или нескольких веществ, распределенных в растворителе.

8. Коацервация – разделение раствора ВМС на фазы с большей и меньшей концентрацией молекул.

9. Коацерват – пузырьки жидкости, окружённые белковыми пленками.

10. Адсорбция – поглощение вещества из жидкой среды поверхностью твердого тела.

Вопрос о происхождении жизни на Земле, а так же, вероятно и на других планетах иных звездных систем волновал человека с той поры, как он начал осознавать себя человеком, стал познавать себя и окружающий мир. Первые попытки теоретического решения вопроса восходят к глубокой древности и носят отпечатки тех эпох и воззрений. В этом вопросе с глубокой древности существуют две точки зрения: одна утверждает возможность происхождения живого от неживого – это теория абиогенеза, другая – теория биогенеза – отрицает самопроизвольное зарождение жизни. Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на научную почву и тем самым обосновать правильность теории абиогенеза.

На первых этапах Земля имела очень высокую температуру. По мере ее остывания тяжелые элементы перемещались к ее центру, а легкие оставались на поверхности. Металлы окислялись и свободного кислорода в атмосфере не было. Она состояла из H₂, CH₄, NH₃, HCN и носила восстановительный характер. Это служило предпосылкой возникновения органических веществ небиологическим путем. До начала 20 века считалось, что они могут возникать только в организме. В связи с этим их назвали органическими, а вещества – минералы, неорганическими. В 1953г. было доказано, что пропуская ток через смесь газов H₂, CH₄, NH₃, HCN при отсутствии кислорода получена смесь аминокислот. В дальнейшем абиогенным путем были получены многие органические соединения. Все они впоследствии обнаружены в космосе.

Более 4 млрд. лет назад «колбой Миллера» был весь земной шар. Извергались вулканы, стекала лава, клубился пар, сверкали молнии. По мере остывания планеты водяные пары конденсировались и ливнями в течение миллионов лет обрушивались на планету. Сформировался первичный океан, горячий и насыщенный солями, кроме того туда попадали образующиеся сахара, аминокислоты, органические кислоты. По мере смягчения климата стало возможным образование более сложных соединений, в результате чего появились первичные биополимеры – полинуклеотиды и полипиптиды.

Первичный океан содержал в растворимом виде различные органические и неорганические молекулы. Концентрация их постоянно увеличивалась и постепенно воды стали «бульоном» из питательных органических соединений. Каждая молекула имеет определенную структурную организацию: некоторые диссоциированы, некоторые имеют гидратные оболочки. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложное строение. Молекулы, окруженные водной оболочкой объединяются образуя высокомолекулярные комплексы – коацерваты. В первичном океане коацерватные капли поглощали другие вещества либо разрушались, либо укрупнялись. В результате капли усложнялись и приспосабливались к внешним условиям. Среди коацерватов начался отбор наиболее устойчивых форм. Появились различия между химсоставом внутренней и внешней среды. В результате химической эволюции сохранились те формы, которые при распаде на дочерние не утратили особенностей структуры. Это способность к самовоспроизведению. В процессе эволюции связь нуклеиновых кислот и белковых молекул привела к возникновению генетического кода. Это последовательность нуклеотидов служила информацией для последовательности аминокислот в молекуле белка. (Воспроизведение себе подобных). Постепенно слои липидов вокруг коацерватов преобразовались в наружную мембрану. Это предопределило пути дальнейшей эволюции. Образование первичных клеточных организмов положило начало биологической эволюции.

Отбор коацерватов продолжался около 750 млн. лет. В результате появились безъядерные – прокариоты. По способу решения они были гетеротрофы – использовали органику первичного океана. При отсутствии кислорода атмосферы у них протекал анаэробный обмен веществ. Он малоэффективен. Постепенно запасы питания в океане истощались. Началась конкуренция за питание.

В более выгодном положении оказались организмы способные использовать солнечную энергию для синтеза органики. Так возник фотосинтез. Это привело к появлению нового источника питания. Затем фотосинтезирующие организмы научились использовать воду, как источник водорода. Усвоение углекислого газа у них сопровождалось выделением кислорода и включением углерода в органические соединения. (Сегодня прокариоты поверхности океана производят до 78% возобновляемого кислорода.)

Переход от первичной атмосферы к кислородной среде – очень важное событие. В верхних слоях образуется озоновый экран, появляется более выгодный, кислородный тип обмена веществ. На Земле стали возникать новые формы жизни с более широким использованием окружающей среды.

Эукариоты возникли в результате симбиоза различных прокариот. Так возникли предки примитивных ныне живущих жгутиковых простейших. Симбиоз жгутиковых с фотосинтезирующими дали водоросли или растения.

Возможности одноклеточных в освоении среды обитания были ограничены. 2,6 млрд. лет назад появились многоклеточные. Основу современных представлений о возникновении объясняет теория фагоцителлы И.И.Мечникова. Многоклеточные произошли от колониальных жгутиковых. Они существуют и сейчас. Эти колонии превратились в простейший, но целостный организм.

Таким образом возникновение жизни на Земле связано с длительным процессом химической эволюции. Формирование мембраны – оболочки способствовало началу биологической эволюции. Как простейшие, так и сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку.

1. История представлений о возникновении жизни.

4. Образование неорганических веществ и формирование планеты.

1. Биоэлементы – химические элементы, являющиеся основой органических молекул.

2. Макроэлементы – химические элементы, входящие в состав органических молекул в количестве, превышающем 1%.

3. Микроэлементы – химические элементы входящие в состав органических молекул в количестве, не превышающем 0,001%.

4. Гомеостаз – состояние динамического равновесия природной системы, поддерживаемое деятельностью регуляторских систем.

5. Буферные растворы – раствор органических или неорганических веществ, значение РН которых не изменяется при внесении небольших количеств щелочи или кислоты.

Простейшие микроорганизмы представляют собой отдельные клетки. Тело всех многоклеточных состоит из большего или меньшего числа клеток, которые являются блоками, образующими живой организм. Независимо от того, клетка – целостная система или часть ее, она имеет набор признаков, общих для всех клеток.

1. Биологическая мембрана – бимолекулярный слой фосфолипидов с погруженными в него с разных сторон разнообразными молекулами белков.

2. Органоиды – постоянно присутствующие в цитоплазме строго специализированные структуры.

3. Цитоскелет – система микротрубочек и белковых волокон, обеспечивающая поддержание формы клеток и просторы структур по цитоплазме.

4. Митохондрии – энергетические станции клетки, на мембранах которых упорядоченно расположены ферменты энергетического обмена.

5. Пластиды – органоиды, в которых осуществляется фотосинтез.

6. Включения – непостоянно присутствующие в цитоплазме структуры, являющиеся продуктами жизнедеятельности клеток и выполняющие роль запаса питательных веществ.

Биохимические превращения неразрывно связаны с различными структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции. Такие структуры получили название органоидов, так, как подобно органам целого организма, выполняют специфическую функцию. По уровню организации (степени сложности) все клетки делятся на безъядерные – прокариоты и ядерные – эукариоты. К безъядерным относят бактерии и синезеленые водоросли. К эукариотам – клетки грибов, животных и растений.

Таким образом, в современной науке выделяются два уровня клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Прокариоты сохраняют черты глубочайшей древности: они очень просто устроены. На этом основании их выделяют в самостоятельное царство – дробянки.

Клетки эукариот содержат ограниченное оболочкой ядро, а так же сложноустроенные «энергетические станции» – митохондрии. Иными словами, все клетки ядерных организмов высоко организованы, приспособлены к потреблению кислорода и поэтому могут производить большое количество энергии.

Типичными прокариотами являются бактерии. Они живут повсюду: в воде, почве, продуктах питания. Перечень условий обитания показывает, какой высокой степенью приспособленности обладают прокариоты, несмотря на простоту их строения. Бактерии представляют собой примитивные формы жизни и можно предположить, что они возникли на самых ранних этапах развития жизни на Земле. Первоначально бактерии жили в морях. От них и произошли современные микроорганизмы. Человек познакомился с миром микробов после изготовления линзы с сильным увеличением.

Размеры бактерий колеблются от 1 до 15 мкм. По форме выделяют шаровидные – кокки, вытянутые – палочки, извитые – спиреллы. В зависимости от вида они существуют по отдельности или образуют скопления. Например стрептококк, вызывающий воспаления образует цепочки, стафилококк, поражающий дыхательные пути детей растет в виде грозди. По характеру таких скоплений ученые определяют вид микроорганизма. По физиологическим свойствам бактерии очень разнообразны. Они живут в аэробных либо анаэробных условиях. Необходимую энергию они получают в процессе дыхания, брожения, фотосинтеза. Бактерии паразитируют на живых организмах, вызывая у них заболевания. Недавно были открыты бактерии, паразитирующие на других бактериях. Основной особенностью строения бактерий является отсутствие ядра. Наследственная информация у бактерий заключена в одной хромосоме. Хромосома содержит одну молекулу ДНК. ДНК бактерий не образует комплексов с белками, поэтому наследственная информация непрерывно считывается с генов. Бактериальная клетка окружена мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной стенки.

У многих микроорганизмов внутри клетки откладываются запасные вещества. Это запасы. Размножаются бактерии простым делением. Бактериям свойственно образование спор. Спора возникает при недостатке питания и может существовать долго.

Эукариотические клетки входят в состав самых разнообразных организмов – от простейших до высших животных и растений. Эукариоты отличаются сложностью и разнообразием строения. Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей – цитоплазмы и ядра.

Ядро – важнейшая составная часть клетки. Ядро содержит ДНК, т.е. гены, поэтому выполняет две основные функции:

1. Хранение и воспроизведение генетической информации.

Как правило клетка содержит одно ядро. Форма ядра может быть разнообразной.

Ядро покрыто двухслойной оболочкой. Наружная покрыта рибосомами, внутренняя – гладкая. Выросты внешней мембраны соединяются с ЭПС. Ядерная оболочка – это часть мембранной системы клетки. Через выросты и поры в оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой.

Содержимое ядра представляет собой ядерный сок в гелеобразном состоянии, в котором располагаются хроматин и ядрышки. В составе сока белки и ферменты, а так же нуклеотиды и аминокислоты.

Хроматин состоит из ДНК и белков и представляет собой спирализованные участки хромосом. Форма хромосомы зависит от расположения первичной перетяжки – центромеры. Хромосомы могут быть равноплечие и неравноплечие.

1. Во всех соматических клетках любого организма одинаковое число хромосом (кариотип).

2. Половые клетки данного вида организмов содержат половинный набор хромосом (генотип).

3. У всех организмов одного вида число хромосом одинаково.

Число хромосом в кариотипе чётное: одна из хромосом отцовская, другая – материнская. Хромосомный набор соматической клетки – Диплоидный – двойной, половой – одинарный, гаплоидный.

Характерной структурой ядра является ядрышко. Это скопление р-РНК и рибосом на разных этапах формирования. Этот участок хромосомы – ген, называется ядрышковым организатором. В нём закодирована структура РНК.

1. Что понимают под уровнем организации клетки?

Наружная плазматическая мембрана продолжается в мембраны ЭПС. ЭПС – это сложная система мембран в цитоплазме клеток. Объем ЭПС составляет до 50% объема клетки. Существует два вида ЭПС:

1. Гладкая – осуществляет синтез липидов и углеводов.

2. Шероховатая синтезирует белки. Процесс идет на покрывающих ЭПС рибосомах. Синтезированные органические вещества транспортируются в аппарат Гольджи.

б) Рибосомы. Округлые тела, состоящие из белка и РНК. Рибосомная р-РНК синтезируется в ядре в зоне ядрышка, затем покидает ядро и переходит на ЭПС где происходит синтез белка.

в) Митохондрии. Содержатся во всех эукариотах. Всеобщее расположение митохондрий в животном и растительном мире указывает на важную роль, которую они играют в клетке. Форма – округлая. Количество неодинаково и зависит от функциональной активности клеток. Их больше там, где наиболее интенсивны синтетические процессы. Стенка – двухслойная мембрана. Внутренний слой имеет выросты – кристы. На их поверхности расположены многочисленные ферменты. Основная функция митохондрий – синтез АТФ – универсального источника энергии.

г) Лизосомы. Овальные тела, окруженные трехслойной мембраной. Лизосомы заполнены пищеварительными ферментами, способными расщеплять белки и нуклеиновые кислоты, липиды и полисахара. Расщепление (лизос). Лизосомы связаны своим содержимым с вакуолями. Лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при их старении, когда зародышевые ткани заменяются постоянными.

д) Пластиды. Округлые тела, характерные только для растительных клеток. Основная функция – синтез углеводов. Различные виды пластид могут переходить друг в друга.

1. Хлоропласты. Содержат в гранулах зеленый пигмент – хлорофилл. Это основной компонент синтеза углеводов. Содержится во всех зеленых частях растений.

2. Хромопласты. Жёлтые (красные) пластиды. Образуются при видоизменении хлоропластов. Особенно много осенью в листьях. Участвуют в синтезе и водном обмене.

3. Лейкопласты. Бесцветные. Содержатся во всех частях растения. Участвуют в синтезе и хранении запасов питательных веществ. В зависимости от условий могут переходить в хромо или хлоропласт.

е) Клеточный центр. Парный орган. Состоит из 2-х центриолей. Центриоль – это пучок трубочек. Основная роль центра – участие в делении клеток, за счет формирования и веретена деления.

6. Клеточный центр и его роль в делении клетки.

8. Пластиды и их роль в жизнедеятельности организмов.

1. Катаболизм – совокупность реакций расщепления, сопровождающихся выделением энергии.

2. Метаболизм – совокупность реакций расщепления и синтеза – обмен веществом и энергией.

3. Нуклеотид – мономер, природного полимера ДНК, состоящий из азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты.

4. Комплиментарность – порядок взаимного расположения нуклеотидов в параллельных цепях ДНК.

5. Анаболизм – совокупность реакций биосинтеза.

6. Ген – участок молекул ДНК, несущий информацию о признаке.

7. Автотрофы – организмы, получающие энергию из неорганических веществ.

8. Генераторы – организмы получающие органические вещества из окружающей среды.

В клетках непрерывно идут процессы биосинтеза. С участием ферментов (биокатализаторов) из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов – сложные углеводы, из азотистых оснований – нуклеотиды, а из них нуклеиновые кислоты.

Реакции биосинтеза отличаются видовой и индивидуальной специфичностью. В конечном итоге структура синтезируемых крупных органических молекул определяется наследственной информацией, заключенной в определенной последовательности нуклеотидов ДНК. Синтезированные вещества используются в процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены израсходованных или разрушенных молекул. Все реакции синтеза идут с поглощением энергии. Возникает вопрос: откуда клетки и целые организмы черпают энергию для процессов биосинтеза? Энергия для их обеспечения образуется в результате параллельно протекающих реакций расщепления органических молекул, поступающих с пищей, т.е. все реакции катаболизма протекают с выделением энергии. Реакции расщепления составляют энергетический обмен клетки. Совокупность реакций биосинтеза и расщепления веществ носит название метаболизма.

Живые организмы для жизнедеятельности нуждаются в источниках энергии. По способу её получения все организмы делятся на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – это организмы питающиеся, т.е. получающие энергию за счёт неорганических соединений. К ним относятся некоторые бактерии и все зеленые растения. В зависимости от того, какой источник энергии используется автотрофами для синтеза органических соединений, их делят на две группы: фототрофы и хемотрофы.

Для фототрофов источником энергии служит свет, а хемотрофы используют энергию, освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях. Таким образом, пути получения энергии живыми организмами могут быть различны, направлены они на синтез органических соединений из углекислого газа и воды.

Зеленые растения являются фототрофами. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез – преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей.

Процесс состоит из двух фаз – световой и темновой. В световой фазе кванты света взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы переходят в более богатое энергией – возбужденное состояние. Затем избыток энергии части возбужденных молекул переходит в теплоту или испускается в виде света. Другая часть энергии передается ионам водорода, и имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с органическими молекулами – переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН^I отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН^I. При их взаимодействии образуется вода и молекулярный кислород:

Таким образом, источником кислорода, образующегося при фотосинтезе и выделяющегося в атмосферу является фотолиз – разложение воды под действием света. Зеленые растения синтезируют до 30% возобновляемого ежегодно кислорода. Кроме фотолиза энергия солнечного излучения используется в световой фазе для синтеза АТФ. Это очень эффективный процесс: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода. Таким путем накапливается энергия, необходимая для процессов в темновой фазе фотосинтеза.

В комплексе химических реакций темновой фазы, для течения которой свет не обязателен, ключевое место занимает связывание СО₂. В этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные во время световой фазы и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанные с молекулами-переносчиками:

Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, тоже способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию химических реакций, происходящих в клетках при окислении некоторых неорганических соединений для усвоения СО₂ и Н₂О и построения из них органических веществ. Процесс образования некоторыми микроорганизмами органических соединений из неорганических за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций называется хемосинтезом.

К группе хемотрофов относятся в частности, азотфиксирующие бактерии. Одни из них используют энергию окисления аммиака в азотистую кислоту, другие – окисление азотистой кислоты в азотную. Известны хемосинтетики извлекающие энергию, которая возникает при окислении двухвалентного железа в трёхвалентное (их называют железобактериями) или при окислении сероводорода до серной кислоты (серные бактерии). Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы в форму пригодную для усвоения растениями, хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе и образовании полезных ископаемых.

Организмы, не способные сами синтезировать органические соединения из неорганических, нуждаются в доставке их из окружающей среды. Такие организмы называют гетеротрофами. К ним относятся большинство бактерий, грибы и все животные.

Микроорганизмы поверхности Мирового океана при хемосинтезе образуют до 70% возобновляемого кислорода.

1. Какие реакции составляют метаболизм клетки.

8. Важнейшая реакция синтеза и её составные части.

Совокупность реакций биологического синтеза называется пластическим обменом или анаболизмом. Из простых веществ поступающих в клетку извне, образуются вещества, подобные веществам клетки, т.е. происходит ассимиляция. Наиболее активно пластический обмен происходит в процессе роста организма. Наиболее важные процессы анаболизма, имеющие огромное значение для жизни на Земле – это фотосинтез и синтез белка.

Биосинтез белка. Как уже отмечалось, все многообразие свойств белков в конечном счёте определяется их первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислот. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех последовательно расположенных нуклеотидов – триплет. Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину – ЦАА, лизину – ТТТ и т.д. Таким образом, определенные сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК является генетическим кодом, несущем информацию о структуре белка.

Свойства генетического кода. Код включает все возможные сочетания трёх азотистых оснований. Таких сочетаний может быть 4³ = 64, в то время как кодируется только 20 аминокислот. В результате некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами – кодонами. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надежности передачи генетической информации. Например, аминокислоте агрипину могут соответствовать триплеты ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ и т.д. Понятно, что случайная замена третьего нуклеоти<

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

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...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

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

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