Чебышев биология для медицинских вузов. Уровни организации живой материи. Функции липидов в клетке разнообразны
Размер: px
Начинать показ со страницы:
Транскрипт
1 Министерство здравоохранения Российской Федерации Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова БИОЛОГИЯ УЧЕБНИК для студентов высших учебных заведений Под редакцией академика Российской академии образования Н.В. Чебышева Рекомендовано ГБОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова в качестве учебника для студентов образовательных учреждений высшего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей «Здравоохранение и медицинские науки» по дисциплине «Биология» МЕДИЦИНСКОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ АГЕНТСТВО МОСКВА 2016
2 УДК 57(075.8) ББК 28я73 Б63 Получена положительная рецензия Экспертного совета по рецензированию учебных изданий ЭСР-774 Первый МГМУ имени И.М. Сеченова ФГАУ «ФИРО» Министерства образования и науки РФ 425 от 01 сентября 2015 г. Авторский коллектив Авторами учебника «Биология» являются сотрудники кафедры биологии и общей генетики Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова: Николай Васильевич Чебышев, академик Российской академии образования, профессор, доктор медицинских наук, заведующий кафедрой Иза Автандиловна Беречикидзе, кандидат биологических наук, доцент Елена Сергеевна Горожанина, кандидат биологических наук, доцент Галина Георгиевна Гринева, кандидат биологических наук, доцент Елена Анатольевна Гришина, кандидат биологических наук, доцент Марина Валерьевна Козарь, кандидат биологических наук, доцент Юлия Борисовна Лазарева, кандидат медицинских наук, доцент Светлана Николаевна Ларина, кандидат биологических наук, доцент Лариса Михайловна Романова, старший преподаватель Татьяна Викторовна Сахарова, кандидат биологических наук, доцент Алла Викторовна Филиппова, кандидат медицинских наук, доцент Татьяна Викторовна Викторова, доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой биологии Башкирского государственного медицинского университета Общая редакция книги осуществлена академиком РАО Н.В. Чебышевым Б63 Биология: Учебник для студентов высших учебных заведений / Под ред. акад. РАО Н.В. Чебышева. М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», с.: ил. ISBN Учебник написан коллективом кафедры биологии и общей генетики Первого МГМУ имени И.М. Сеченова в соответствии с программой по биологии для студентов медицинских вузов и медицинских факультетов университетов, обучающихся по группе специальностей «Здравоохранение и медицинские науки». Учебник состоит из десяти глав, в которых последовательно рассматриваются биологические основы жизнедеятельности на всех уровнях организации живого. При подготовке материалов авторами были использованы современные достижения биологии. Большой объем информации хорошо систематизирован, материал содержит многочисленные наглядные таблицы, схемы, рисунки, после каждой главы даются контрольные вопросы и задания, что обеспечивает быстрый и удобный поиск и помогает при самоподготовке студентов к практическим занятиям и экзаменам. Книга рекомендована ГБОУ ВПО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова в качестве учебника для студентов образовательных учреждений высшего профессионального образования. Для студентов медицинских, биологических вузов, а также преподавателей и научных работников. УДК 57(075.8) ББК 28я73 ISBN Чебышев Н.В., коллектив авторов, 2016 ГБОУ ВПО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России, 2016 Оформление. ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2016 Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав
3 Оглавление Список сокращений Глава 1. Биология наука о жизни Введение в биологию Основные свойства живых организмов Понятие систем. Системный подход Уровни организации живого Причины возникновения структурных уровней организации живого Глава 2. Биология клетки Основы цитологии Методы изучения клетки Общее строение клетки Химический состав клетки Органические вещества клетки Белки Ферменты Липиды Углеводы Нуклеиновые кислоты ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) РНК (рибонуклеиновая кислота) АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) Клетка элементарная единица живого Неклеточные формы жизни. Вирусы Клеточные формы жизни Надцарство прокариоты Надцарство эукариоты Поверхностный аппарат клетки Цитоплазма Клеточное ядро Основные различия между растительными и животными клетками Обмен веществ и превращение энергии Фотосинтез Хемосинтез Энергетический обмен Деление клетки Клеточный цикл Митоз Амитоз Эндомитоз и полиплоидизация Регуляция клеточного цикла Некроз. Апоптоз Глава 3. Размножение организмов Способы и формы размножения Бесполое размножение Половое размножение Гаметогенез Мейоз Первичные половые клетки Глава 4. Генетика Хромосомы (хроматин) Теломерные участки эукариотических хромосом Длина теломер и старение у человека Химический состав хромосом эукариот
4 4 Оглавление Уровни компактизации хроматина Гетерохроматин и эухроматин Закономерности наследования признаков, контролируемых ядерными генами Аутосомное наследование Анализирующее скрещивание Взаимодействие генов Аллельные гены Неаллельные гены Хромосомная теория наследственности Полное сцепление Неполное сцепление Хромосомный механизм определения пола Развитие признаков пола у млекопитающих и человека Наследование признаков, сцепленных с полом Молекулярная генетика Доказательства роли нуклеиновых кислот в хранении и передаче генетической информации. Опыты Гриффита и Эвери Модель ДHK РНК Репликация ДНК Репарация при повреждении ДНК Реализация генетической информации Свойства генетического кода Транскрипция Процессинг РНК Трансляция Посттрансляционные изменения белков Особенности трансляции у прокариот и эукариот Регуляция экспрессии генов Регуляция транскрипции Факторы транскрипции Индукция транскрипционной активности с помощью факторов внешней и внутренней среды Регуляция экспрессии генов у прокариот Регуляция экспрессии генов у эукариот Уровни регуляции экспрессии генов у эукариот Изменчивость и ее формы Фенотипическая (модификационная) изменчивость Генотипическая изменчивость Комбинативная изменчивость Мутационная изменчивость Генные, или точечные, мутации Хромосомные мутации, или аберрации Геномные мутации Мутагенные факторы Медицинская генетика Наследственные болезни человека Генные болезни Хромосомные болезни Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные) Генетические болезни соматических клеток Болезни с генетической несовместимостью матери и плода Митохондриальные болезни Болезни экспансии тринуклеотидных повторов Методы изучения генетики человека Генеалогический метод
5 Оглавление Близнецовый метод Цитогенетический метод Популяционно-статистический метод Метод генетики соматических клеток Биохимический метод Метод дерматоглифики Молекулярно-генетический метод Методы пренатальной диагностики Использование методов молекулярной биологии в медицине Генная инженерия. Получение инсулина Стволовые клетки, терапевтическое клонирование, репродуктивное клонирование Принцип генной терапии Генетические основы канцерогенеза Геномика Новые направления в изучении генетики Иммуногенетика Фармакогенетика Фармакогеномика Глава 5. Индивидуальное развитие организмов онтогенез Периодизация онтогенеза Понятие онтогенеза Периоды онтогенеза Классификация яйцеклеток Значение химического состава цитоплазмы яйцеклетки Осеменение Оплодотворение Эмбриональное развитие Дробление Гаструляция Гисто- и органогенез Провизорные органы зародышей позвоночных Развитие зародыша человека Близнецы Нарушения развития Экстракорпоральное оплодотворение Закономерности индивидуального развития История развития эмбриологии Эмбриология и генетика Этапы становления генетики развития Свойства онтогенеза Механизмы онтогенеза Генетические механизмы дифференцировки клеток Эмбриональная индукция Генетический контроль развития Целостность онтогенеза Общие закономерности эмбриогенеза (закон зародышевого сходства) Генетические механизмы эмбрионального развития Общие закономерности регуляции онтогенеза Дифференциальная активность генов в ходе развития Гомология генов, контролирующих раннее развитие Постнатальное развитие человека Этапы развития организмов Старение и смерть Регенерация Трансплантация
8 8 Оглавление 8.3. Филогенез кровеносной системы позвоночных Филогенез мочеполовой системы позвоночных Эволюция выделительной системы Связь выделительной и половой систем у позвоночных Глава 9. Происхождение и этапы эволюция человека Происхождение человека Место человека в системе животного мира Палеонтологические доказательства происхождения человека Эволюция приматов Развитие высших приматов Основные стадии эволюции человека Современный человек и эволюция (неантропы) Молекулярная антропогенетика Расселение современного человека по Земле Гипотезы происхождения рас человека Адаптивные экологические типы человека Размывание рас Факторы антропогенеза Глава 10. Экология Учение о биосфере Строение оболочек Земли и участие в их формировании живых организмов Этапы эволюции биосферы Круговороты веществ Общая экология Предмет экологии Факториальная экология Понятие об экологических факторах Действие экологических факторов на организмы Концепция лимитирующих факторов Взаимодействие факторов Адаптации организмов к окружающей среде Структура биосферы Биоценоз, экосистема, компоненты экосистем Пищевые цепи. Пищевые уровни. Перенос энергии по пищевым уровням Экологические сукцессии Искусственные экосистемы агроценозы Биотические факторы Внутривидовые биотические факторы Концепция экологической ниши Классификация межвидовых взаимодействий Экология популяций Экологические характеристики популяций Численность и плотность популяций Динамика численности популяций. Скорость роста популяций. Типы роста популяций Значение законов популяционной экологии для устойчивого функционирования биосферы и эксплуатации ее ресурсов человеком Взаимодействие человека и биосферы Виды воздействия человека на биосферу и ее ресурсы Искусственные урбоэкосистемы города Экология человека Предмет и задача экологии человека Связь между здоровьем человека и окружающей средой Список литературы Предметный указатель
Департамент здравоохранения города Москвы Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы «Медицинский колледж 2» ОДОБРЕН УТВЕРЖДАЮ Методическим
Молекулярные и цитологические основы жизнедеятельности человека Смысловой раздел 1. Молекулярно-клеточный уровень организации жизни 1. Определение биологии как науки. Место и задачи биологии в подготовке
Биология. В 2 кн. Под ред. В.Н. Ярыгина Авторы: Ярыгин В.Н., Васильева В.И., Волков И.Н., Синельщикова В.В. 5-е изд., испр. и доп. - М.: Высшая школа, 2003. Кн.1-432с., Кн.2-334с. В книге (1-й и 2-й) освещены
ПОУРОЧНОЕ ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ 10 КЛАСС 21 ПОУРОЧНОЕ ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ «БИОЛОГИЯ. 10 КЛАСС. ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ» Планирование составлено на основе программы «Биология. 10 11 классы. Профильный
Соответствие материала учебника «Биология. Учебник для 9 класса» Государственному образовательному стандарту основного общего образования по биологии (2004) и рекомендации по использованию ресурсов Федерального
Биология 1. Цель и задачи дисциплины Целью освоения дисциплины «Биология» является: получение фундаментальных знаний о биологических системах (клетка, организм, популяция, вид, экосистема); истории развития
Цитология. Примерные экзаменационные вопросы по биологии 1. Клеточная теория. Значение для науки и медицины. 2. Химический состав и строение клетки. Строение и свойства биологических мембран. Строение
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение лицей 28 имени Н.А. Рябова (МАОУ лицей 28 имени Н.А. Рябова) Приложение к рабочей программе Календарно-тематическое планирование учебного материала
1 Экзаменационные вопросы по биологии (2016 2017 учебный год) Разделы «Клетка», «Организм» 1.Клетка структурная и функциональная единица прокариотических и эукариотических организмов. 2. Основные положения
Перечень вопросов для подготовки к экзамену 1. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода. 2. Особенности многоклеточной организации биосистем. Иерархические
Содержание программы За основу взята программа среднего общего образования по биологии для базового изучения биологии в X XI классах И.Б.Агафонова, В.И.Сивоглазова (линия Н.И.Сонина) и Стандарт среднего
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ПО ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ 10 КЛАСС 3 ЧАСА В НЕДЕЛЮ ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ в сроки Тема урока Практическая часть контроль ИКТ Дом.задание теме Региональный компонент ВВЕДЕНИЕ 1
2 1. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ: В результате обучения ученик должен знать /понимать основные положения биологических теорий (клеточная); сущность законов Г.Менделя, закономерностей изменчивости.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая учебная программа по биологии составлена в соответствии с требованиями федерального компонента государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования,
АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ: «Биология» Цель учебной дисциплины - требования к результатам освоения дисциплины. В результате изучения учебной дисциплины «Биология» обучающийся должен: знать/понимать: основные
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ С.И. КОЛЕСНИКОВ ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений
Государственное бюджетное образовательное учреждение города Севастополя «Средняя общеобразовательная школа 52 имени Ф.Д.Безрукова» Рабочая программа по предмету «Биологии» для 9 класса на 2016/2017 учебный
Аннотация к рабочей программе Рабочая программа учебного курса «Сложные вопросы общей биологии» являясь составной частью образовательной программы среднего общего образования МАОУ «Лицей 76», составлена
Рабочая программа по предмету «Биология» 9 класс. Планируемые предметные результаты освоения дисциплины: освоение знаний о живой природе и присущих ей закономерностях; строении, жизнедеятельности и средообразующей
Негосударственное образовательное учреждение высшего образования Московский технологический институт «УТВЕРЖДАЮ» Директор колледжа Куклина Л. В. «24» июня 2016 г. АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа 3 г.о. Подольск мкр. Климовск УТВЕРЖДАЮ Директор МБОУ СОШ 3 С.Г. Пелипака 2016 Рабочая программа по биологии 10
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КАЛИКИНСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА Приложение к разделу 2.1 основной образовательной программы основного общего образования по Федеральному компоненту государственного
Календарно тематическое планирование п/п Стандарт. Роль биологии в формировании современной естественнонаучной картины мира. Название раздела, темы урока Введение в основы общей биологии. Биология наука
1. Планируемые результаты освоения учебного предмета. В результате изучения предмета учащиеся 10 классов должны знать/понимать: - методы познания живой природы, уровни организации живой материи, критерии
Содержание рабочей программы «Абитуриент» Курс рассчитан на 84 часа. В ходе занятий слушатели курсов решают генетические задачи повышенного уровня сложности, цитологические задачи, отрабатывают навыки
Рабочая программа по учебному предмету «Биология» Пояснительная записка Для разработки рабочей программы использована программа среднего общего образования по биологии для базового изучения биологии в
По биологии РАБОЧАЯ ПРОГРАММА 10 класс Количество часов - 68 часов Учитель Зубкова Марина Александровна с. Усть Ивановка 2016год Рабочая программа по биологии в 10 классе по учебнику «Общая биология. 10
БИОЛОГИЯ КАК НАУКА. МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ Объект изучения биологии живая природа. Отличительные признаки живой природы: уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы. Биологические
ЧАСТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НОВОСИБИРСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОГРАММА вступительных испытаний, проводимых институтом самостоятельно по биологии Новосибирск 2016 программа
Рабочая программа по биологии 10 класс Разработчик: Бобринева В.В, Учитель биологии 2017 г. 1. Пояснительная записка Настоящая программа составлена на основе авторской Г. М. Дымшица, О.В. Саблиной программы
Биология с основами экологии. Пехов А.П. СПб.: Лань, 2000. - 672 с. В учебнике освещены основные разделы современной биологии с основами экологии. Он состоит из шести разделов. В разделе I приведены сведения
Пояснительная записка Планируемые результаты освоения учебного предмета В результате изучения биологии на базовом уровне ученик должен знать/понимать основные положения биологических теорий (клеточная;
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 3» городского округа город Салават Республики Башкортостан УТВЕРЖДАЮ Директор МБОУ «СОШ 3» г. Салавата Л.П.Белоусова
Утверждена приказом директора МБОУ «СОШ 7 г. Кировска» 340/1 от 01.09.2016 г. Предметные результаты В результате изучения биологии на базовом уровне выпускник должен знать /понимать основные положения
Аннотация к программе по дисциплине «Биология» для специальностей: 35.0.05 «Агрономия» 36.0.01 «Ветеринария» 35.0.06 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» 19.0.10 «Технология
Рабочая программа учебного предмета «БИОЛОГИЯ» 9 класс Рабочая программа разработана на основе программы «Основы общей биологии» для общеобразовательных учреждений (авторы:и.н.пономарева, Н.М.Чернова,
1. Планируемые результаты В результате изучения биологии на базовом уровне ученик должен: знать /понимать основные положения биологических теорий (клеточная, эволюционная теория Ч.Дарвина); учение В.И.Вернадского
Пояснительная записка Рабочая программа составлена на основе Федерального Государственного стандарта, Примерной программы среднего (полного) общего образования. Углубленный уровень (Сборник нормативных
ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БИОЛОГИЯ» ВОПРОСЫ ДЛЯ ЭКЗАМЕНА для студентов, обучающихся по специальности «Стоматология» 060201 Вопрос 1 КЛЕТКА, РАЗМНОЖЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ ПО БИОЛОГИИ 1. Основы цитологии. Введение. Задачи биологии. Изучение общих закономерностей задача заключительного отдела биологии. Уровни организации живой природы. Клеточный
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Данная рабочая программа составлена на основании: Федеральным законом от 29.12.2012 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»; Порядком организации и осуществления образовательной
Поурочно-тематическое планирование по биологии «Биология. Общие закономерности» 9 класс Количество часов 68ч «Биология. Общие закономерности»: учебник 9кл. для общеобразовательных учреждений С.Г.Мамонтов,
Аннотация к программе по дисциплине «Биология» для специальностей: 35.02.07«Механизация сельского хозяйства», 09.02.05 «Прикладная информатика»,08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»,
Программа составлена на основе федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования на базовом уровне. (всего за два года обучения 70ч, 1 час в неделю) С использованием
Календарно-тематическое планирование уроков по биологии 10 класс (программа В.В. Пасечника и др.) 1 час в неделю Программа В.В. Пасечника для 10 класса предусматривает изучение общей биологии в количестве
Тематическое планирование 10 класс. п/п Наименование разделов, тем Количество часов Формы контроля ЭОР I.Введение. 5 Презентация «Мир живых организмов. Уровни организации и свойства живого.» II.Основы
1. Пояснительная записка Рабочая программа составлена на основе программы, созданной под руководством В.В. Пасечника: Биология. 5-11 классы (программа среднего (полного) общего образования по биологии
БИОЛОГИЯ РУКОВОДСТВО К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ Под редакцией академика РАЕН, профессора В.В. Маркиной УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Рекомендовано ГОУ ВПО «Московская медицинская академия имени И.М. Сеченова» в качестве
Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей 14 имени Ю.А. Гагарина Щелковского муниципального района Московской области УТВЕРЖДАЮ Директор МАОУ лицея 14 имени Ю.А. Гагарина (Е.В. Вороницына) «01»
Пояснительная записка. Исходными документами для составления рабочей программы учебного курса являются: федеральный компонент государственного образовательного стандарта, утвержденный Приказом Минобразования
Требования к уровню подготовки обучающихся с учетом требований ФК ГОС знать/понимать В результате изучения биологии ученик должен 1. признаки биологических объектов: живых организмов; генов и хромосом;
Планирование по биологии 11 класс. Пономарева И.Н. (2 часа в неделю) Номер урока/ Дата Тема урока Цели урока: образовательные и воспитательные Тип урока Домашн ее задание () 1. сентября 2. 3. сентября)
Пояснительная записка Преподавание ведется по программе разработанной авторским коллективом под руководством Шумного В.К и Дымшица Г.М. и др., предназначенной для изучения предмета в классах с углубленным
С. И. Колесников Биология: пособие-репетитор Учебное пособие Третье издание, переработанное и дополненное КНОРУС МОСКВА 2014 УДК 573 ББК 28.0 К60 Рецензенты: В. Ф. Вальков, д-р биол. наук, проф., Л. А.
Рабочая программа по биологии (базовый уровень) 9 «Б» класс Составитель: Носачѐва Лилия Григорьевна, учитель биологии высшей категории 2017 год Пояснительная записка Рабочая программа по биологии для 9
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Новотаволжанская средняя общеобразовательная школа имени Героя Советского Союза И.П. Серикова Шебекинского района Белгородской области» СОГЛАСОВАНО
Тематическое планирование 9 класс. п/п Наименование разделов, тем Количество часов Формы контроля ЭОР Введение 1 Мультимедийное приложение к учебнику Раздел 1. Эволюция живого мира на Земле Тема 1.1. Многообразие
Спецификация контрольных измерительных материалов для проведения итоговой работы по БИОЛОГИИ (10 класс, общий уровень) 1. Назначение КИМ оценить уровень общеобразовательной подготовки по биологии учащихся
«Согласовано» Председатель МО естественнонаучного цикла «Согласовано» Заместитель директора по УВР «Утверждено» и.о. директора ГБОУ гимназии 1788 / А.А. Подгузова / Протокол 1 от «2» сентября 2013 г. /И.В.Токмакова./
Обязательный минимум содержания Биология как наука. Методы научного познания Объект изучения биологии - живая природа. Отличительные признаки живой природы: уровневая организация и эволюция. Основные уровни
Рабочая программа Биология 10класс на 2016 2017 учебный год Приказ от «29» августа 2016 г.. 143 Анашкина В.И. Первая квалификационная категория г. Скопин, 2016г. Содержание тем учебного курса. Биология
УДК
ББК
ISВN 5-89004-097-9
Чебышев Н.
В., Гринева Г.
Г.
, Козарь М.
В.
, Гуленков С.
И.
Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с.
Учебник для студентов медицинских ВУЗов "Биология", авторы Н. В. Чебышев,
Г. Г. Гринева, М. В. Козарь, С. И. Гуленков, предназначен для факультетов высшего сестринского образования и для изучения курса биологии на фармацевтических факультетах. Он написан в соответствии с программами для этих факультетов.
Учебник может быть использован при изучении курса биологии в медицинских училищах и колледжах.
Учебник содержит введение и шесть разделов в соответствии с программой:
молекулярно-генетический уровень организации живого
клеточный уровень организации живого
организменный уровень организации живого
популяционно-видовой уровень организации живого
биоценотический уровень организации живого
биосферный уровень организации живого Учебник адаптирован к программам этих факультетов, хорошо иллюстрирован, что позволит студентам лучше освоить изучаемый материал.
-1-
Глава 1
ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
1.1. Введение в науку биологию
Биология - наука о жизни (от греч. биос -
жизнь, логос -
наука) - изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естество- испытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.
Биология относится к естественным наукам. Разделы науки биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки по объектам исследования: о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.
Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию
(строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят,
например, цитологию, гистологию, анатомию. Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.
Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.
Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-274 г. до н.э.) считал, что
«необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические обобщения.
Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии,
позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи,
позволило ученым создать вакцину , предотвращающую распространение этих заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ
Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном
(1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся,
самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии,
-2-
информации, вещества.
Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.
1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО
К основным свойствам живого можно отнести:
1.
Химический состав
. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).
2. Дискретность и целостность
. Любая биологическая система (клетка,
организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).
3. Структурная организация
. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза.
4. Обмен веществ и энергии
. Живые организмы - открытые системы,
совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи , направленная на восстановление постоянства внутренней среды - гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.
5. Самовоспроизведение
. Самообновление
. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур,
несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.
6. Наследственность
. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации,
обеспечивая материальную преемственность между поколениями.
7. Изменчивость
. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.
8. Рост и развитие
. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития - онтогенеза. На
-3-
определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.
9. Раздражимость и движение
. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.
-4-
2.1.1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:
1. Универсальный растворитель.
2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.
3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).
4. Участвует в химических реакциях.
5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.
6. Основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это K
+
, Na
+
, Ca
++
, Mg
++
,
анионы - это Сl
–
, НСО
3
–
, Н
2
РО
4
–
Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая.
Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, в 10 раз меньше в клетке, чем вне ее.
Снижение концентрации К
+ в клетке приводит к уменьшению в ней воды , количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в межклеточной жидкости концентрация Na
+
. Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды.
Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает возможность возникновения и распространения электрических импульсов.
Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН=7,2).
2.1.2. 0РГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов
(мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К
органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
2.1.2.1. Белки
Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определя- ющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В
образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.
-5-
Аминокислота имеет следующую формулу:
В состав аминокислот входят: NH
2
- аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства.
Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты –
амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.
Схема конденсации аминокислот (образование первичной структуры белка)
Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка
(рис. 2).
Рис. 2.
Различные структуры молекул белка: / - первичная, 2 - вторичная, 3 -
третичная,
4 -
четвертичная (на примере гемоглобина крови).
Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи,
скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу
(шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.
-6-
Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка.
При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ре- натурацией (рис. 3).
Рис. 3.
Денатурация белка.
Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.
В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки - это тканевая специфичность.
Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков.
Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот ,
например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например,
жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие.
Белки выполняют следующие функции:
ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);
структурную (например, входят в состав мембран клетки);
рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);
транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид углерода);
защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета);
двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон);
гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);
энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).
2.1.2.2. Жиры
Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами,
-7-
обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов.
Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой,
пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие).
Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров.
Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире.
Функции липидов в клетке разнообразны:
структурная (принимают участие в построении мембраны);
энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);
защитная (от потери тепла, механических повреждений);
жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г воды);
регуляция обмена веществ
(например, стероидные гормоны
-
кортикостерон и др.).
2.1.2.3. Углеводы
Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым
К. Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: С
n
(Н
2
O)
n
- углерод и вода.
Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза,
фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов:
сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например,
гликоген, крахмал).
Функции углеводов:
1) моносахариды, первичные продукты фотосинтеза, служат исходными для построения разнообразных органических веществ;
2) углеводы - , т.к. при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при окислении жира в том же объеме кислорода;
3) защитная функция. Слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов и их производных. Она предохраняет стенки полых органов
(бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений.
Обладая антисептическими свойствами, слизь защищает организм от проникновения болезнетворных бактерий;
4) структурная и опорная функции. Сложные полисахариды и их производные
-8-
входят в состав плазматической мембраны, оболочки растительных и бактери- альных клеток, наружного скелета членистоногих.
2.1.2.4. Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты – это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК
(рибонуклеиновая кислота).
2.1.2.4.1. Дезоксирибонуклеиновая кислота
Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - это самые крупные биополимеры, их мономером является нуклеотид (рис. 4). Он состоит из остатков трех веществ: азотистого основания, углевода дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Известны четыре нуклеотида, участвующие в образовании молекулы ДНК.
Они отличаются друг от друга азотистыми основаниями.
Два азотистых основания цитозин и тимин - производные пиримидина. Аденин и гуанин - относят к производным пурина. В названии каждого нуклеотида отражено название азотистого основания. Различают нуклеотиды: цитидиловый (Ц),
тимидиловый (Т), адениловый (А), гуаниловый (Г).
Рис. 4
. Схема строения нуклеотида.
Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего (рис. 5).
-9-
Рис. 5.
Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.
Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.),
молекула ДНК представляет собой две спирально обвивающие друг друга нити (рис.
6). Обе нити вместе закручены вокруг общей оси. Две нити молекулы удерживаются рядом водородными связями, которые возникают между их комплементарными азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину.
Между аденином и тимином возникают две водородные связи , между гуанином и цитозином - три (рис. 7).
ДНК находится в ядре, где она вместе с белками образует линейные структуры - хромосомы. Хромосомы хорошо видны при микроскопировании в период деления ядра; в интерфазе они деспирализованы.
-10-
Рис. 6.
Схематическое изображение структуры ДНК. На один полный оборот спирали приходится 10
пар оснований (расстояние между соседними парами оснований равно 0,34 нм).
ДНК имеется в митохондриях и пластидах (хлоропластах и лейкопластах), где их молекулы образуют кольцевые структуры. В клетках доядерных организмов также присутствует кольцевая ДНК.
ДНК способна к самоудвоению (редупликации) (рис. 8). Это имеет место в определенном периоде жизненного цикла клетки, называемом синтетическим.
Редупликация позволяет сохранить постоянство структуры ДНК. Если под воздействием различных факторов в процессе репликации в молекуле ДНК
происходят изменения в числе, порядке следования нуклеотидов, то возникают мутации.
Рис. 7.
ДНК (схематическое изображение развернутых цепей).
-11-
Рис.
8
. Схема удвоения ДНК.
Основная функция ДНК - хранение наследственной информации, заключенной в последовательности нуклеотидов, образующих ее молекулу, и передача этой информации дочерним клеткам.
Возможность передачи наследственной информации от клетки к клетке обеспечивается способностью хромосом к разделению на хроматиды с последующей редупликацией молекулы ДНК.
В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о признаках каждой клетки и организма в целом. Эта информация называется генетической.
В молекуле
ДНК закодирована генетическая информация о
последовательности аминокислот в молекуле белка. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Передача и реализация информации осуществляется в клетке при участии рибонуклеиновых кислот.
2.1.2.4.2. РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
Рибонуклеиновые кислоты бывают нескольких видов. Есть рибосомальная,
транспортная и информационная РНК. Нуклеотид РНК состоит из одного из азотистых оснований (аденина, гуанина, цитозина и урацила), углевода - рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулы РНК - одноцепочковые.
Рибосомальная РНК (р-РНК) в соединении с белком входит в состав рибосом.
Р-РНК составляет 80% от всей РНК в клетке. На рибосомах идет синтез белка.
Информационная РНК (и-РНК) составляет от 1 до 10% от всей РНК в клетке.
По строению и-РНК комплементарна участку молекулы ДНК, несущему информацию о синтезе определенного белка. Длина и-РНК зависит от длины участка ДНК, с которого считывали информацию. И-РНК переносит информацию о синтезе белка из ядра в цитоплазму (рис. 9).
-12-
Рис. 9.
Схема синтеза и-РНК.
Транспортная РНК (т-РНК) составляет около 10% всей РНК Она имеет короткую цепь нуклеотидов и находится в цитоплазме. Т-РНК присоединяет определенные аминокислоты и подвозит их к месту синтеза белка к рибосомам. Т-
РНК имеет форму трилистника. На одном конце находится триплет нуклеотидов
(антикодон), кодирующий определенную аминокислоту. На другом конце имеется триплет нуклеотидов, к которому присоединяется аминокислота (рис. 10).
При комплементарности триплета т-РНК (антикодона) и триплета и-РНК
(кодона), аминокислота занимает определенное место в молекуле белка.
Рис. 10.
Схема т-РНК.
РНК находится в ядрышке , в цитоплазме, в рибосомах, в митохондриях и пластидах.
В природе есть еще один вид РНК. Это вирусная РНК. У одних вирусов она
-13-
выполняет функцию хранения и передачи наследственной информации. У других вирусов эту функцию выполняет вирусная ДНК.
2.1.2.4.3. АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА
Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК. При присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (Н
3
РО
4
) АМФ превращается в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) и становится источником энергии,
необходимой для биологических процессов, идущих в клетке.
Рис. 11.
Структура АТФ. Превращение АТФ в АДФ (- - макроэргическая связь).
Рис. 12.
Передача энергии.
Схема передачи энергии с помощью АТФ из реакций, в результате которых энергия освобождается (экзотермические реакции), в реакции, потребляющие эту энергию (эндотермические реакции). Последние реакции очень разнообразны:
биосинтез, мышечные сокращения и т.д.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из азотистого основания -
аденина, сахара - рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Молекула АТФ
очень неустойчива и способна отщеплять одну или две молекулы фосфата с выделением большого количества энергии, расходуемой на обеспечение всех жизненных функций клетки (биосинтез, трансмембранный перенос, движение,
образование электрического импульса и др.). Связи в молекуле АТФ называют
-14-
макроэргическими (рис. 11, 12).
Отщепление концевого фосфата от молекулы АТФ сопровождается выделением 40 кДж энергии.
Синтез АТФ происходит в митохондриях.
-15-
ISВN 5-89004-097-9
Чебышев Н. В., Гринева Г. Г. , Козарь М. В. , Гуленков С. И.
Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с.
Учебник для студентов медицинских ВУЗов "Биология", авторы Н. В. Чебышев, Г. Г. Гринева, М. В. Козарь, С. И. Гуленков, предназначен для факультетов высшего сестринского образования и для изучения курса биологии на фармацевтических факультетах. Он написан в соответствии с программами для этих факультетов.
Учебник может быть использован при изучении курса биологии в медицинских училищах и колледжах.
Учебник содержит введение и шесть разделов в соответствии с программой:
молекулярно-генетический уровень организации живого
клеточный уровень организации живого
организменный уровень организации живого
популяционно-видовой уровень организации живого
биоценотический уровень организации живого
биосферный уровень организации живого Учебник адаптирован к программам этих факультетов, хорошо иллюстрирован, что позволит студентам лучше освоить изучаемый материал.
ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
1.1. Введение в науку биологию
Биология - наука о жизни (от греч. биос - жизнь,логос - наука) - изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естествоиспытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.
Биология относится к естественным наукам. Разделы науки биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки по объектам исследования: о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих
наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.
Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию (строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят, например, цитологию, гистологию, анатомию. Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.
Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.
Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-274 г. до н.э.) считал, что «необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и
практических медицинских науках используются общебиологические обобщения. Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии,
позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи, позволило ученым создать вакцину, предотвращающую распространение этих
заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ
Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном
(1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии,
информации, вещества.
Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.
1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО
К основным свойствам живого можно отнести:
1. Химический состав . Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных
только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).
2. Дискретность и целостность . Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).
3. Структурная организация . Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза.
4. Обмен веществ и энергии . Живые организмы - открытые системы,
совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды - гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.
5. Самовоспроизведение . Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур,
несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.
6. Наследственность . Молекула ДНК способна хранить, передавать
наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.
7. Изменчивость . При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.
8. Рост и развитие . Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития - онтогенеза. На
определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.
9. Раздражимость и движение . Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.
2.1.1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:
1. Универсальный растворитель.
2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.
3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).
4. Участвует в химических реакциях.
5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.
6. Основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки
находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это K+ , Na+ , Ca++ , Mg++ , анионы - это Сl– , НСО3 – , Н2 РО4 – .
Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая. Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, в 10 раз меньше в клетке, чем вне ее. Снижение концентрации К+ в клетке приводит к уменьшению в ней воды, количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в межклеточной жидкости концентрация Na+ . Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды.
Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает
возможность возникновения и распространения электрических импульсов.
Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная
реакция (рН=7,2).
2.1.2. 0РГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов (мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
2.1.2.1. Белки
Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной
единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В
образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.
Аминокислота имеет следующую формулу:
В состав аминокислот входят: NH2 - аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.
Схема конденсации аминокислот (образование первичной структуры белка)
Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка
Рис. 2. Различные структуры молекул белка: / - первичная, 2 - вторичная,3 - третичная,4 - четвертичная (на примере гемоглобина крови).
Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и
образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.
Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка.
При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При
улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией (рис. 3).
Рис. 3. Денатурация белка.
Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.
В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки - это тканевая специфичность.
Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков. Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот, например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например,
жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие. Белки выполняют следующие функции:
ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);
структурную (например, входят в состав мембран клетки);
рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);
транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид
углерода);
защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета);
двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон);
гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);
энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).
2.1.2.2. Жиры
Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами,
обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов.
Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой, пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие).
Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров.
Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире.
Функции липидов в клетке разнообразны:
структурная (принимают участие в построении мембраны);
энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);
защитная (от потери тепла, механических повреждений);
жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г
регуляция обмена веществ (например, стероидные гормоны - кортикостерон и др.).
2.1.2.3. Углеводы
Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым
К. Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: Сn (Н2 O)n - углерод и вода.
Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза, фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например, гликоген, крахмал).
Функции углеводов:
1) моносахариды, первичные продукты фотосинтеза, служат исходными для построения разнообразных органических веществ;
2) углеводы - основной источник энергии для организма, т.к. при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при
окислении жира в том же объеме кислорода;
3) защитная функция. Слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов и их производных. Она предохраняет стенки полых органов
(бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений. Обладая антисептическими свойствами, слизь защищает организм от проникновения болезнетворных бактерий;
4) структурная и опорная функции. Сложные полисахариды и их производные
входят в состав плазматической мембраны, оболочки растительных и бактериальных клеток, наружного скелета членистоногих.
2.1.2.4. Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты – это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
2.1.2.4.1. Дезоксирибонуклеиновая кислота
Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - это самые крупные биополимеры, их мономером является нуклеотид (рис. 4). Он состоит из остатков трех веществ: азотистого основания, углевода дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Известны четыре нуклеотида, участвующие в образовании молекулы ДНК. Они отличаются друг от друга азотистыми основаниями.
Два азотистых основания цитозин и тимин - производные пиримидина. Аденин и гуанин - относят к производным пурина. В названии каждого нуклеотида отражено название азотистого основания. Различают нуклеотиды: цитидиловый (Ц), тимидиловый (Т), адениловый (А), гуаниловый (Г).
Рис. 4 . Схема строения нуклеотида.
Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего (рис. 5).
Рис. 5. Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.
Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.), молекула ДНК представляет собой две спирально обвивающие друг друга нити (рис. 6). Обе нити вместе закручены вокруг общей оси. Две нити молекулы удерживаются рядом водородными связями, которые возникают между их комплементарными азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину. Между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином - три (рис. 7).
ДНК находится в ядре, где она вместе с белками образует линейные структуры - хромосомы. Хромосомы хорошо видны при микроскопировании в период
деления ядра; в интерфазе они деспирализованы.
Загрузка...
