Основные формы, свойства и уровни организации живой материи. Молекулярный уровень

Содержание

Общая характеристика концепций живой природы. 2

Основные свойства живой материи. 4

Уровни организации живой природы на Земле. 6

Состав и структура белков. 8

Нуклеиновые кислоты. Строение, структуры. 10

Обмен веществ и энергии. 12

Осуществление связи между клетками. 15

Заключение. 17

Список литературы: 18

 

 

Общая характеристика концепций живой природы.

Грандиозное многообразие окружающего нас мира распадается на две большие области: неживую и живую природу. Основные естественные науки, посвященные изучению неживой природы — это астрономия, физика и химия. Исследованием живой природы занимается биология (от греч. bios — жизнь и logos — учение, наука). Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли.

В настоящее  время биология представляет собой  целый комплекс наук о живой природе. Например, по объектам исследования биологические  науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию. По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки: анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных; гистология, исследующая строение тканей; цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы. По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав: морфологию — науку о структуре, или строении живых организмов; физиологию, которая изучает их функционирование; молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток; экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой; генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов. Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом.

К настоящему времени учеными обнаружено и  описано более 1 миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов  грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще  не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в 1 миллион. Кроме  того, огромное количество видов живых  организмов давно вымерло. По современным  научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых  существ — приблизительно 500 миллионов. Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более  высокий уровень организации  материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой  природы.

Биогеоценоз (экосистема) — это участок Земли со всеми живыми организмами, которые его населяют, и неживой среды их обитания; говоря иначе, со всеми компонентами составляющей его живой и неживой природы. Примерами биогеоценозов, или экосистем могут служить лес, озеро, поле и т.п. Завершающей ступенью в иерархии уровней организации живого мира является биосфера, которая представляет собой всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

 

Основные свойства живой материи.

Биологический уровень организации очень сложен, его нельзя свести к закономерностям  других естественных наук. В настоящее  время существуют несколько подходов к определению живого вещества:

1. Витализм – учение, основанное на признании наличия в организмах управляющей ими нематериальной составляющей сверхъестественной силы – души. Его основу составляют удивительная сложность строения и целесообразность поведения живых организмов.

2. Редукционный подход – его представители считают возможным использовать законы физики и химии для анализа процессов жизнедеятельности. Они отрицают целенаправленность строения и поведения. Основу жизни – гомеостаз – объясняют действием законов неживой природы. Так, терморегуляция теплокровных существ происходит по принципу обратной связи – выделение пота при повышении температуры.

3. Живая клетка – элементарная организованная часть живой материи и сложная высокоупорядоченная система. Было установлено, что в ней непрерывно совершается синтез крупных молекул из простых и мелких – анаболические реакции, на которые затрачивается энергия, и их распад – катаболические реакции. Совокупность таких реакций в клетке и есть процесс метаболизма. Для его поддержания необходим непрерывный приток энергии.

Свойства, отличающие живое от неживого, отражающие специфику биологической формы движения материи:

– самовоспроизведение – может производиться многократно, а генетическая информация о нем закодирована в молекулах ДНК;

– регуляция процессов – происходит в химических реакциях посредством механизма обратной связи; внутри клеток реакции синтеза и распада идут с участием ферментов, синтезируемых внутри самих клеток;

– рост организмов – осуществляется при помощи увеличения их массы за счет размеров и числа клеток;

– иерархичность организации – клетки как биоединицы специфически организованны в ткани, ткани – в органы, органы – в системы органов;

– обмен веществ и энергии – из внешней среды поступает энергия в форме солнечного света, затем эта энергия преобразуется в клетках для работы по обеспечению транспорта веществ через мембрану и механической работы по обеспечению двигательной функции организма и сокращению мышц;

– питание – источник энергии и веществ, необходимых для жизнедеятельности;

– дыхание – процесс освобождения энергии высокоэнергетических соединений;

– раздражимость – избирательная реакция живых существ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивающая стабильность жизнедеятельности;

– гомеостаз – живые организмы, обитающие в непрерывно меняющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью авторегуляционных механизмов;

– способность к движению – свойственна живым существам; существуют различные механизмы движения живых существ.

 

Уровни организации  живой природы на Земле.

Проявления  жизни на нашей планете чрезвычайно  многообразны. В связи с этим выделяют различные уровни организации живой  материи, которые отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации  жизни. В основе представлений об уровнях организации лежит принцип  дискретности. Известный генетик Н.В. Тимофеев-Ресовский (20 сентября 1900 г. — 28 марта 1981 г., Москва. Основные направления исследований: радиационная генетика, популяционная генетика, проблемы микроэволюции.) выделил четыре уровня организации живой материи:

1. Молекулярный уровень - предмет молекулярной биологии и генетики. На этом уровне изучаются механизмы передачи генной информации, проблемы генной инженерии и биотехнологий. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия молекул. Основная цель жизни на молекулярном уровне — способность создавать живое вещество и кодировать информацию, приобретенную в меняющихся условиях среды. Элементарные явления — процессы передачи информации внутриклеточным управляющим системам и связанные с генами мутации. Основные управляющие системы используют матричный принцип. Матрицей при синтезе белков в клетках служит заложенный в структуре нуклеиновых кислот определенный код. Было показано, что живое вещество обладает способностью к саморегуляции, поддерживающей жизнедеятельность.

2. Онтогенетический уровень — уровень организации жизни, на котором изучается организм как целостная сложная саморегулирующая система, способная самостоятельно существовать. Онтогенез — процесс реализации наследственной информации, закодированной в зародышевой клетке. Проверяется согласованность ее с работой управляющих систем особи в пространстве и времени жизни на Земле. Особь, индивид — элементарная неделимая единица жизни на Земле. Элементарной структурой является клетка — структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех организмов. Живая клетка — это сложная высокоупорядоченная система. Установлено, что в клетке непрерывно совершается синтез крупных молекул из мелких и простых и их распад. Их совокупность в клетке называется процессом метаболизма.

3. Популяционно-видовой — характеризуется объединением родственных особей в популяции (все составляющие особи принадлежат к одному виду), а популяций — в виды (генетически замкнутая система), что приводит к возникновению новых свойств системы. Основные свойства этого уровня: рождаемость, смертность, выживание, плотность, численность, функционирование в природе. Основная стратегия популяционно-видового уровня проявляется в более полном использовании возможностей среды обитания, в стремлении к возможно более длительному существованию, в сохранении свойств вида и самостоятельном развитии.

4. Биогеоценозный (экосистемный) уровень. На этом уровне организации основными структурными элементами являются популяции разных видов. Данный уровень характеризуется множеством свойств. К ним относятся: структура экосистемы, видовой и количественный состав ее населения, типы биотических связей, пищевые цепи и сети, трофические уровни, продуктивность, энергетика, устойчивость и др. Организующие свойства проявляются в круговороте веществ и потоке энергии, саморегулировании и устойчивости, автономности, открытости системы, сезонных изменениях. Основная стратегия этого уровня — активное использование всего многообразия окружающей среды и создание благоприятных условий развития и процветания жизни во всем ее многообразии. Самым высоким уровнем организации жизни является биосферный. Основными структурными единицами этого уровня являются биогеоценозы и окружающая их среда, т.е. географическая оболочка Земли (атмосфера, гидросфера, почва, солнечная радиация и др.) и антропогенное воздействие. Для этого уровня орган и организации характерны: активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты; биологический круговорот веществ и потоки энергии с входящими в него геохимическими циклами; хозяйственная и этнокультурная деятельность человека. Основная стратегия жизни на биосферном уровне — стремление обеспечить динамичную устойчивость биосферы как самой большой экосистемы нашей планеты.

 

Состав и структура белков.

Белки - высокомолекулярные азотистые органические вещества, построенные из аминокислот и играющие фундаментальную роль в структуре и жизнедеятельности организмов. Белки – основная и необходимая составная часть всех организмов. Именно Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения. С участием белков проходят основные процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма: дыхание, пищеварение, мышечное сокращение, передача нервных импульсов. Костная ткань, кожный, волосяной покров, роговые образования живых существ состоят из белков. Сухое вещество большинства органов и тканей человека и животных, а также большая часть микроорганизмов состоят из белков (40- 50%).

Состав белков. Все белки представляют собой полимеры, цепи которых собраны из фрагментов аминокислот. Аминокислоты — это органические соединения, содержащие в своем составе аминогруппу NH2 и органическую кислотную, т. е. карбоксильную, группу СООН. Из всего многообразия существующих аминокислот в образовании белков участвуют только такие, у которых между аминогруппой и карбоксильной группой — всего один углеродный атом. В общем виде аминокислоты, участвующие в образовании белков, могут быть представлены формулой: H2N-CH(R)-COOH. Группа R, присоединенная к атому углерода, определяет различие между аминокислотами, образующими белки. В организмах живых существ содержится более 100 различных аминокислот, однако, в строительстве белков используются не все, а только 20.

Структура белка:

Первичная структура. Первичная структура несет информацию о его пространственной структуре. Аминокислотные остатки в пептидной цепи белков расположены в определенном порядке. Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой белка. Первичная структура каждого индивидуального белка закодирована в молекуле ДНК (ген) и реализуется в ходе транскрипции (переписывания информации на мРНК) и трансляции (синтез пептидной цепи). Все молекулы индивидуального белка имеют одинаковое чередование аминокислотных остатков, отличающее альбумин от любого другого индивидуального белка. Последовательность аминокислотных остатков в пептидной цепи можно рассматривать как форму записи некоторой информации. Эта информация диктует пространственную укладку длинной линейной пептидной цепи.

Вторичная структура. Вторичная структура белков - это пространственная структура, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами пептидного остова. Пептидная цепь может приобретать регулярные структуры двух типов: ос- спирали и р-структуры. В ос-спирали водородные связи образуются между атомом кислорода карбоксильной группы и водородом амидного азота пептидного остова через 4 аминокислоты; боковые цепи аминокислотных остатков располагаются по периферии спирали, не участвуя в образовании водородных связей, формирующих вторичную структуру. р-структура формируется между линейными областями одной полипептидной цепи, образуя при этом складки.

 

Третичная структура. Третичная структура белка — это трехмерная пространственная структура, образующаяся за счет взаимодействий между радикалами аминокислот, которые могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга в пептидной цепи. В стабилизации третичной структуры принимают участие: