Прочетете обща биология. Обща биология

Наталия Сергеевна Курбатова, Е. А. Козлова

Обща биология

1. История на развитието на клетъчната теория

Предпоставките за създаването на клетъчната теория са изобретяването и усъвършенстването на микроскопа и откриването на клетки (1665 г., Р. Хук - при изследване на разрез от кора на корково дърво, бъз и др.). Произведенията на известни микроскописти: М. Малпиги, Н. Гру, А. ван Льовенхук - направиха възможно да се видят клетките на растителните организми. А. ван Льовенхук открива едноклетъчни организми във водата. Първо е изследвано клетъчното ядро. Р. Браун описва ядрото на растителна клетка. Я. Е. Пуркин въвежда понятието протоплазма - течно желатиново клетъчно съдържание.

Немският ботаник М. Шлейден пръв стигна до извода, че всяка клетка има ядро. Основател на КТ е немският биолог Т. Шван (заедно с М. Шлейден), който през 1839 г. публикува труда „Микроскопични изследвания върху съответствието в структурата и растежа на животните и растенията”. Неговите разпоредби:

1) клетка - основната структурна единица на всички живи организми (както животни, така и растения);

2) ако във всяка формация, видима под микроскоп, има ядро, тогава тя може да се счита за клетка;

3) процесът на образуване на нови клетки определя растежа, развитието, диференциацията на растителните и животинските клетки.

Допълнения към клетъчната теория прави немският учен Р. Вирхов, който през 1858 г. публикува труда си "Клетъчна патология". Той доказа, че дъщерните клетки се образуват чрез делене на майчините клетки: всяка клетка от клетка. В края на XIXв. митохондриите, комплексът на Голджи и пластидите са открити в растителните клетки. Хромозомите бяха открити, след като делящите се клетки бяха оцветени със специални багрила. Съвременни разпоредби на КТ

1. Клетката - основната единица на структурата и развитието на всички живи организми, е най-малката структурна единица на живите.

2. Клетките на всички организми (както едноклетъчни, така и многоклетъчни) са сходни по химичен състав, структура, основни прояви на метаболизма и жизнената дейност.

3. Размножаването на клетките става чрез тяхното делене (всяка нова клетка се образува по време на деленето на майчината клетка); в сложните многоклетъчни организми клетките имат различни форми и са специализирани според функциите си. Подобни клетки образуват тъкани; тъканите се състоят от органи, които образуват системи от органи, те са тясно свързани помежду си и подлежат на нервни и хуморални механизми на регулиране (при висшите организми).

Значение на клетъчната теория

Стана ясно, че клетката е най-важният компонент на живите организми, техният основен морфофизиологичен компонент. Клетката е основата на многоклетъчния организъм, мястото на биохимичните и физиологичните процеси в тялото. На клетъчно ниво в крайна сметка се случват всички биологични процеси. Клетъчната теория позволи да се заключи, че химичният състав на всички клетки е подобен, общ плантяхната структура, което потвърждава филогенетичното единство на целия жив свят.

2. Живот. Свойства на живата материя

Животът е макромолекулна отворена система, която се характеризира с йерархична организация, способност за самовъзпроизвеждане, самосъхранение и саморегулация, метаболизъм, фино регулиран поток на енергия.

Свойства на живите структури:

1) самообновяване. В основата на метаболизма са балансирани и ясно взаимосвързани процеси на асимилация (анаболизъм, синтез, образуване на нови вещества) и дисимилация (катаболизъм, гниене);

2) самовъзпроизвеждане. В тази връзка живите структури непрекъснато се възпроизвеждат и актуализират, без да губят сходството си с предишните поколения. Нуклеиновите киселини са способни да съхраняват, предават и възпроизвеждат наследствена информация, както и да я реализират чрез протеинов синтез. Информацията, съхранена в ДНК, се прехвърля към протеинова молекула с помощта на РНК молекули;

3) саморегулация. Тя се основава на набор от потоци от материя, енергия и информация през жив организъм;

5) поддържане на хомеостазата - относителното динамично постоянство на вътрешната среда на тялото, физико-химичните параметри на съществуването на системата;

6) структурна организация - подреденост, на жива система, открита в изследването - биогеоценози;

7) адаптация - способността на живия организъм постоянно да се адаптира към променящите се условия на съществуване в околната среда;

8) възпроизвеждане (възпроизвеждане). Тъй като животът съществува под формата на отделни живи системи и съществуването на всяка такава система е строго ограничено във времето, поддържането на живота на Земята е свързано с възпроизводството на живите системи;

9) наследственост. Осигурява приемственост между поколенията организми (въз основа на информационни потоци). Благодарение на наследствеността се предават черти от поколение на поколение, които осигуряват адаптация към околната среда;

10) променливост - поради променливостта живата система придобива характеристики, които преди са били необичайни за нея. На първо място, променливостта е свързана с грешки в репродукцията: промените в структурата на нуклеиновите киселини водят до появата на нова наследствена информация;

11) индивидуално развитие (процес на онтогенеза) - въплъщение на първоначалната генетична информация, вградена в структурата на ДНК молекулите, в работните структури на тялото. По време на този процес се проявява такова свойство като способността за растеж, което се изразява в увеличаване на телесното тегло и размер;

12) филогенетично развитие. Основава се на прогресивно размножаване, наследственост, борба за съществуване и селекция. В резултат на еволюцията се появи огромен брой видове;

3. Нива на организация на живота

Микросистемите (предорганичен стадий) включват молекулярно (молекулярно-генетично) и субклетъчно ниво.

Мезосистемите (етап на организма) включват клетъчно, тъканно, органно, системно, организмово (организма като цяло) или онтогенетично ниво.

Макросистемите (надорганизмов стадий) включват популационно-видово, биоценотично и глобално ниво (биосферата като цяло). На всяко ниво може да се отдели елементарна единица и явление.

Елементарна единица (ЕЕ) е структура (или обект), чиито регулярни промени (елементарни явления, ЕЕ) допринасят за развитието на живота на дадено ниво.

Йерархични нива:

1) молекулярно генетично ниво. ЕЕ е представена от генома. Генът е част от ДНК молекула (и в някои вируси, РНК молекула), която е отговорна за формирането на всеки един признак;

2) субклетъчно ниво. EE е представена от някаква субклетъчна структура, т.е. органела, която изпълнява присъщите си функции и допринася за работата на клетката като цяло;

3) клетъчно ниво. ЕЕ е клетка, която е самофункциониращ елемент

Учебникът отразява състояние на техникатанаука за общите закономерности на възникването и развитието на живота на Земята. Част I на учебника включва раздели: „Увод“, „Животът като природен феномен“, „Биология на клетката“, „Размножаване на организмите“, „Организация на наследствения материал“, „Модели на унаследяване“ и „Изменчивост“.
Учебникът е предназначен за студенти, обучаващи се по биологични, медицински и селскостопански специалности.

свойства на живите.
Живите организми, за разлика от телата на неживата природа, се характеризират с редица свойства, които всъщност са атрибути на живота: подреденост и специфичност на структурата, цялостност и дискретност, саморегулация и хомеостаза, самовъзпроизвеждане и самолечение, наследственост и изменчивост, метаболизъм и енергия, растеж и развитие, раздразнителност, движение, саморегулация, специфична връзка с околната среда, стареене и смърт, участие в непрекъснатия процес на исторически промени на живите (еволюционен процес). Тези атрибути на живота са обект на изследване от много независими биологични науки, резултатите от които са представени по-долу в различни раздели на учебника. Някои от тях обаче са основателно класифицирани като основни и изискват специално внимание още в началото на курса по обща биология.

Подреденост и специфичност на структурата. Живите организми съдържат същите химични елементи, както в обектите на дивата природа. Но в клетките на живите същества те са под формата не само на неорганични, но и на органични съединения. В допълнение, формата на съществуване на живите същества има много важни специфични характеристики, преди всичко сложност и подреденост, които разграничават както молекулярното, така и надмолекулното ниво на организация. Създаването на ред е най-важното свойство на живите. Редът в пространството е придружен от ред във времето.

Съдържание
ВЪВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЖИВОТЪТ КАТО ПРИРОДЕН ФЕНОМЕН 9
1.1. Определяне на същността на живота 9
1.2. Субстрат на живота 10
1.3. Свойства на живеене 11
1.4. Основни свойства на живота 12
1.5. Нива на организация на живота 13
ГЛАВА 2. КЛЕТЪЧНА БИОЛОГИЯ 16
2.1. Клетката е елементарна структурно-функционална и генетична единица на живота 16
2.2. Основните етапи на развитие и съвременното състояние на клетъчната теория 16
2.3. Структурна организация на прокариотни и еукариотни клетки 20
2.4. Повърхностен клетъчен апарат 23
2.5. Цитоплазмен апарат на клетката 30
2.5.1. Хиалоплазма 30
2.5.2. Клетъчни органели (органели) 32
2.5.2.1. Мембранни органели (органели) 34
2.5.2.2. Немембранни органели (органели) 41
2.6. Ядрен апарат на клетката 49
2.7. Жизнен цикъл на клетката 55
2.7.1. Концепцията за жизнения цикъл на клетката 55
2.7.2. Интерфаза 56
2.7.2.1. Постмитотичен период 57
2.7.2.2. синтетичен период. Самоудвояване на ДНК 57
2.7.2.3. Премитотичен период 64
2.7.2.4. Митотичен период 65
2.7.2.5. Клетъчно обновяване в клетъчни популации 69
2.7.2.6. Клетъчен отговор на нежелани ефекти 70
2.7.2.7. Клетъчна дистрофия 70
ГЛАВА 3. РАЗМНОЖАВАНЕ НА ОРГАНИЗМИТЕ 73
3.1. Възпроизвеждането е универсално свойство на живите. Еволюцията на възпроизводството 73
3.2. Безполово размножаване 73
3.2.1. Моноцитогенно безполово размножаване 73
3.2.2. Полицитогенно безполово размножаване 75
3.3. Сексуално размножаване 76
3.3.1. Еволюция на половото размножаване 77
3.3.2. Гаметогенеза 82
3.3.3. Торене 91
3.4. Начини за междувидов обмен на биологична информация 92
3.5. Биологични аспекти на половия диморфизъм 95
ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИЯ НА НАСЛЕДСТВЕНИЯ МАТЕРИАЛ 97
4.1. Предмет, задачи и методи на генетиката. Етапи на развитие на генетиката 97
4.2. Структурно-функционални нива на организация на наследствения материал 100
4.3. Генът като функционална единица на наследствеността. Класификация, свойства и локализация на гени 102
4.4. Основните положения на хромозомната теория на наследствеността 108
ГЛАВА 5. МОДЕЛИ НА НАСЛЕДСТВАНЕ
5.1. Наследствеността като свойство за осигуряване на материална приемственост между поколенията 110
5.2. Видове и модели на унаследяване 111
5.3. Фенотип като резултат от реализацията на генотипа в определени условия на околната среда 117
5.4. Молекулярно-биологични представи за структурата и функционирането на гените. Генна експресия и нейното регулиране 118
5.5. Взаимодействие на гени 122
5.5.1. Взаимодействие на алелни гени 122
5.5.2. Взаимодействие на неалелни гени 125
5.6. Плейотропия 129
5.7. Множествен алелизъм 131
5.8. изразителност и проникновение. Генокопия 133
5.9. Генно инженерство 134
ГЛАВА 6. ПРОМЕНЛИВОСТ 137
6.1. Изменчивостта като универсално свойство на живите 137
6.2. Модификационната изменчивост, нейната адаптивна природа, значение в онтогенезата и еволюцията 138
6.3. Статистически методиизследване на модификационната променливост 143
6.4. Генотипна изменчивост. Механизми и биологични 146.

Безплатно сваляне електронна книгав удобен формат, гледайте и четете:
Изтеглете книгата Обща биология, част 1, Sych VF, 2005 - fileskachat.com, бързо и безплатно изтегляне.

А. А. Каменски, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник

Биология. Обща биология 10–11 клас

Легенда:

- задачи, насочени към развиване на умения за работа с информация, представена в различни форми;

- задачи, насочени към развиване на комуникационни умения;

- задачи, насочени към развиване на общи умствени умения и способности, способността за самостоятелно планиране на начини за решаване на конкретни проблеми.

Въведение

Започваш да учиш училищен курс„Обща биология”. Това е условното наименование на частта от училищния курс по биология, чиято задача е да се учи общи имотиживот, законите на неговото съществуване и развитие. Отразявайки дивата природа и човека като част от нея, биологията става все по-важна в научно-техническия прогрес, превръщайки се в продуктивна сила. Биологията създава нова технология – биологична, която трябва да стане основата на едно ново индустриално общество. Биологичните знания трябва да допринасят за формирането на биологично мислене и екологична култура във всеки член на обществото, без които по-нататъчно развитиечовешката цивилизация е невъзможна.

§ едно. Разказбиология на развитието

1. Какво изучава биологията?

2. Какви биологични науки познавате?

3. Какви биолози познавате?

Биологията като наука.Знаете добре, че биологията е наука за живота. В момента тя представлява съвкупността от науките за живата природа. Биологията изучава всички прояви на живота: структурата, функциите, развитието и произхода на живите организми, техните взаимоотношения в природни съобществас околната среда и с други живи организми.

Откакто човек започна да осъзнава разликата си от животинския свят, той започна да изучава света около себе си. Отначало животът му зависеше от това. Първобитни хорабеше необходимо да се знае кои живи организми могат да се ядат, да се използват като лекарства, за направата на дрехи и жилища и кои от тях са отровни или опасни.

С развитието на цивилизацията човек може да си позволи такъв лукс като правенето на наука за образователни цели.

Изследванията на културата на древните народи показват, че те са имали обширни познания за растенията и животните и са ги прилагали широко в ежедневието.

Чарлз Дарвин (1809–1882)

Съвременната биология е комплексна наука, която се характеризира с взаимното проникване на идеи и методи на различни биологични дисциплини, както и на други науки - преди всичко физика, химия и математика.

Основните насоки на развитие на съвременната биология.В момента могат условно да се разграничат три направления в биологията.

Първо, това класическа биология. Тя е представена от естествени учени, които изучават разнообразието на дивата природа. Те обективно наблюдават и анализират всичко, което се случва в дивата природа, изучават живите организми и ги класифицират. Погрешно е да се смята, че в класическата биология всички открития вече са направени. През втората половина на ХХв. са описани не само много нови видове, но също така са открити големи таксони, до царства (Pogonophores) и дори суперцарства (Archaebacteria или Archaea). Тези открития принудиха учените да погледнат по нов начин върху цялата история на развитието на дивата природа. За истинските естествени учени природата е ценност сама по себе си. Всяко кътче на нашата планета е уникално за тях. Ето защо те винаги са сред онези, които остро усещат опасността за заобикалящата ни природа и активно се застъпват за нея.

Второто направление е еволюционна биология. През 19 век автор на теорията естествен подбор Чарлз Дарвинзапочва като обикновен натуралист: събира, наблюдава, описва, пътува, разкривайки тайните на дивата природа. Но основният резултат от работата му, която го направи известен учен, беше теория, обясняваща органичното разнообразие.

В момента изучаването на еволюцията на живите организми продължава активно. Синтезът на генетиката и еволюционната теория доведе до създаването на т.нар синтетична теория на еволюцията.Но дори и сега все още има много неразрешени въпроси, отговорите на които учените еволюционисти търсят.

Създаден в началото на 20 век. наш виден биолог Александър Иванович Опаринпървата научна теория за произхода на живота е била чисто теоретична. В момента активно се провеждат експериментални изследвания на този проблем и благодарение на използването на съвременни физикохимични методи вече са направени важни открития и могат да се очакват нови интересни резултати.

Александър Иванович Опарин (1894–1980)

Новите открития направиха възможно допълването на теорията за антропогенезата. Но преходът от животинския свят към човека все още остава една от най-големите загадки на биологията.

Трето направление - физическа и химична биология, изучаване на структурата на живите обекти с помощта на съвременни физични и химични методи. Това е бързо развиваща се област на биологията, важна както в теоретично, така и в практическо отношение. Можем да кажем с увереност, че ни очакват нови открития във физическата и химическата биология, които ще ни позволят да разрешим много проблеми, пред които е изправено човечеството.

Развитието на биологията като наука.Съвременната биология се корени в древността и се свързва с развитието на цивилизацията в средиземноморските страни. Знаем имената на много изключителни учени, допринесли за развитието на биологията. Нека назовем само няколко от тях.

Хипократ(460 - ок. 370 пр. н. е.) дава първото отношение Подробно описаниеустройство на човека и животните, посочи ролята на околната среда и наследствеността за появата на болестите. Смята се за основател на медицината.

Аристотел(384–322 г. пр. н. е.) разделени Светътв четири царства: неодушевения свят на земята, водата и въздуха; растителен свят; света на животните и света на хората. Той описва много животни, поставя основите на таксономията. Четирите биологични трактата, които той написа, съдържаха почти цялата информация за животните, известна по това време. Заслугите на Аристотел са толкова големи, че той се смята за основател на зоологията.

Теофраст(372–287 г. пр. н. е.) изучава растенията. Той описва повече от 500 вида растения, дава сведения за устройството и размножаването на много от тях, въвежда много ботанически термини. Смятан е за основател на ботаниката.

Гай Плиний Стари(23-79) събира информация за живите организми, известни по това време, и написва 37 тома на енциклопедията "Естествена история". Почти до Средновековието тази енциклопедия е основният източник на знания за природата.

Клавдий Галенв своите научни изследвания той широко използва дисекции на бозайници. Той е първият, който прави сравнително анатомично описание на човека и маймуната. Изследвани централни и периферни нервна система. Историците на науката го смятат за последния велик биолог на древността.

Клавдий Гален (ок. 130 - ок. 200)

Религията е била доминиращата идеология през Средновековието. Подобно на други науки, биологията през този период все още не се е оформила като самостоятелна област и е съществувала в общия поток от религиозни и философски възгледи. И въпреки че натрупването на знания за живите организми продължава, за биологията като наука по това време може да се говори само условно.

Ренесансът е преходен период от културата на Средновековието към културата на Новото време. Фундаменталните социално-икономически трансформации от онова време са придружени от нови открития в науката.

Най-известният учен от онази епоха Леонардо да Винчи(1452–1519) има известен принос за развитието на биологията.

Той изучава полета на птиците, описва много растения, начините за свързване на костите в ставите, дейността на сърцето и зрителната функция на окото, приликата на човешки и животински кости.

През втората половина на XV век. естествените науки започват да се развиват бързо. Това беше улеснено от географски открития, които направиха възможно значително разширяване на информацията за животни и растения. Бързото натрупване на научни знания за живите организми доведе до разделянето на биологията на отделни науки.

През XVI-XVII век. Ботаниката и зоологията започват да се развиват бързо.

Изобретяването на микроскопа (началото на 17 век) дава възможност за изучаване на микроскопичната структура на растенията и животните. Открити са микроскопично малки живи организми, бактерии и протозои, невидими с просто око.

има голям принос за развитието на биологията Карл Линей,предложи система за класификация на животни и растения.

Карл Максимович Баер(1792-1876) в своите трудове формулира основните положения на теорията за хомоложните органи и закона за зародишното сходство, които поставят научните основи на ембриологията.

Учебникът е посветен на общи въпроси на съвременната биология. Дава основна информация за структурата на живата материя и общи законинеговото функциониране. Очертани са темите на курса за обучение: произход, еволюция и разнообразие на живота на Земята. Показани са взаимоотношенията между организмите и условията на тяхното съществуване, моделите на устойчивост на екологичните системи.

За студенти образователни институциисредно професионално образование.

СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор 3
Въведение 4
Глава 1
1.1. Химическа организация на клетката 8
1.1.1. Органични и неорганични вещества, които изграждат клетката 9
1.1.2. Функции на протеините и липидите в клетката 10
1.1.3. Нуклеиновите киселини и тяхната роля в клетката 13
1.2 Устройство и функции на клетката 16
1.2.1. Цитоплазма и клетъчна мембрана 19
1.2.2. Клетъчни органели 21
1.2.3. Структурни особености на растителната клетка 25
1.24. неклетъчни форми на живот. Вируси 27
1.3. Метаболизъм и преобразуване на енергията в клетката 30
1.3.1. Пластмасова борса 30
1.32. Обмен на енергия 35
1.3.3. Автотрофни и хетеротрофни организми 36
1.3.4. фотосинтеза. Хемосинтеза 36
1.4 Клетъчно делене 39
1.4.1. Жизненият цикъл на клетката. Митотичен цикъл 40
1.4.2. Митоза. Цитокинеза 41
1.4.3. Клетъчна теория за устройството на организмите 44
1.5. Размножаване и индивидуално развитие на организмите 44
1.5.1. Безполово и сексуално размножаване 44
1.5.2 Мейоза 46
1.5.3. Образуване на полови клетки и оплождане 49
1.5.4. Индивидуално развитие на организма 52
1.5.5. Ембрионален стадий на онтогенезата 53
1.5.6. Постембрионално развитие 57
Глава 2. ОСНОВИ НА ГЕНЕТИКАТА И СЕКЛЕДАТА 59
2.1. Модели на наследственост 59
2.1.1. Законите на Мендел 59
2.1.2. Хромозомната теория на Т.Морган и свързаното наследяване 67
2.1.3. Секс генетика. Унаследяване, свързано с пола 70
2.1.4. Взаимодействие на гени 72
2.2. Модели на променливост 75
2.2.1. Наследствена или генотипна изменчивост. 75
2.2.2. Модификация или ненаследствена променливост. 79
2.2.3. Човешка генетика 81
2.2.4. Генетика и медицина 85
2.2.5. Материални основи на наследствеността и изменчивостта 87
2.2.6. Генетика и еволюционна теория. Популационна генетика 88
2.3. Основи на развъждането 92
2.3.1. опитомяване - Първи етапселекция 92
2.3.2. Центрове за разнообразие и произход култивирани растения 95
2.3.3. Методи на съвременната селекция 98
2.3.4. Растениевъдство 102
2.3.5. Постижения в растениевъдството 104
2.3.6. Животновъдство 106
2.3.7. Софтуер за развъждане на микроби и биотехнологии
Глава 3. ЕВОЛЮЦИОННА ДОКТРИНА 114
3.1. основни характеристикибиология в преддарвиновия период 114
3.1.1. Еволюционните идеи в древния свят. 114
3.1.2. Състоянието на естествените науки през Средновековието и Ренесанса 116
3.1.3. Предшественици на дарвинизма 119
3.2. Еволюционната доктрина на Чарлз Дарвин 124
3.3. Микроеволюция 129
3.3.1. Преглед на концепцията 129
3.3.2. Механизми на еволюцията. Учението за естествения подбор. 131
3.4. Естествен подбор в естествените популации 136
3.4.1. Появата на устройства 139
3.4.2. Спецификация 144
3.5. Макроеволюция 149
3.5.1. Доказателство за еволюцията 150
3.5.2. Основните насоки на еволюционния процес 160
3.5.3. Развитие на органичния свят 165
Глава 4. ПРОИЗХОД И НАЧАЛНИ ЕТАПИ НА РАЗВИТИЕТО НА ЖИВОТА НА ЗЕМЯТА
4.1. Разнообразието на живия свят 181
4.2. Произход на живота на Земята. 186
Глава 5. ПРОИЗХОДЪТ НА ЧОВЕКА 193
5.1. Доказателство за връзката между хора и животни 193
5.2. Основните етапи на човешката еволюция 197
5.3. Расите на човека 202
Глава 6. ОСНОВИ НА ЕКОЛОГИЯТА 205
6.1. Екология - наука за връзката на организмите, видовете и съобществата с околната среда 205
6.1.1. Абиотични фактори 206
6.1.2. Биотични фактори 209
6.2. Екологични системи 210
6.2.1. Промени в биогеоценозите 220
6.2.2. Хомеостаза на екосистемата 223
6.2.3. Взаимодействия в екосистемата. Симбиоза и нейните форми 226
Глава 7. БИОСФЕРА И ЧОВЕК 236
7.1. Ученията на В. И. Вернадски за биосферата. 236
7.2. Ноосфера 241
7.3. Взаимоотношенията на природата и обществото. Антропогенни въздействия върху естествените биогеоценози 242
Глава 8. БИОНИКА 247
Литература 254

1. Клетъчна теория (CT) Предистория на клетъчната теория

1) клетка - основната структурна единица на всички живи организми (както животни, така и растения);

2) ако във всяка формация, видима под микроскоп, има ядро, тогава тя може да се счита за клетка;

3) процесът на образуване на нови клетки определя растежа, развитието, диференциацията на растителните и животинските клетки. Допълнения към клетъчната теория прави немският учен Р. Вирхов, който през 1858 г. публикува труда си "Клетъчна патология". Той доказа, че дъщерните клетки се образуват чрез делене на майчините клетки: всяка клетка от клетка. В края на XIXв. митохондриите, комплексът на Голджи и пластидите са открити в растителните клетки. Хромозомите бяха открити, след като делящите се клетки бяха оцветени със специални багрила. Съвременни разпоредби на КТ

Значение на клетъчната теория

Стана ясно, че клетката е най-важният компонент на живите организми, техният основен морфофизиологичен компонент. Клетката е основата на многоклетъчния организъм, мястото на биохимичните и физиологичните процеси в тялото. На клетъчно ниво в крайна сметка се случват всички биологични процеси. Клетъчната теория позволи да се направи заключение за сходството на химичния състав на всички клетки, общия план на тяхната структура, което потвърждава филогенетичното единство на целия жив свят.

2. Дефиниция на живота на съвременния етап от развитието на науката

Доста е трудно да се даде пълно и недвусмислено определение на понятието живот, предвид огромното разнообразие от неговите проявления.

В повечето дефиниции на понятието живот, които са били дадени от много учени и мислители през вековете, са взети предвид водещите качества, които отличават живото от неживото. Например Аристотел е казал, че животът е „хранене, растеж и омърляване“ на тялото; A. L. Lavoisier определя живота като „химическа функция“; G. R. Treviranus вярва, че животът е "стабилна еднородност на процесите с разлика във външните влияния". Ясно е, че подобни определения не могат да задоволят учените, тъй като не отразяват (и не могат да отразяват) всички свойства на живата материя. В допълнение, наблюденията показват, че свойствата на живите не са изключителни и уникални, както изглеждаше преди, те се намират отделно сред неживите обекти. А. И. Опарин определя живота като „особена, много сложна форма на движение на материята“. Това определение отразява качествената оригиналност на живота, която не може да бъде сведена до прости химични или физични закони. Но и в този случай дефиницията е от общ характер и не разкрива специфичната особеност на това движение.

Ф. Енгелс в "Диалектика на природата" пише: "Животът е начин на съществуване на белтъчни тела, чиято съществена точка е обменът на материя и енергия с околната среда."

За практическо приложение са полезни тези определения, които съдържат основните свойства, които задължително са присъщи на всички живи форми. Ето един от тях: животът е макромолекулна отворена система, която се характеризира с йерархична организация, способност за самовъзпроизвеждане, самосъхранение и саморегулация, метаболизъм, фино регулиран поток на енергия. Според тази дефиниция животът е ядро от ред, разпространяващ се в по-малко подредена вселена.

Животът съществува под формата на отворени системи. Това означава, че всяка жива форма не е затворена само в себе си, а непрекъснато обменя материя, енергия и информация с околната среда.

3. Основни свойства на живата материя

Тези свойства в комплекс характеризират всяка жива система и живота като цяло:

1) самообновяване. Свързан с потока на материя и енергия. Основата на метаболизма са балансирани и ясно взаимосвързани процеси на асимилация (анаболизъм, синтез, образуване на нови вещества) и дисимилация (катаболизъм, гниене). В резултат на асимилацията се актуализират структурите на тялото и се образуват нови части (клетки, тъкани, части от органи). Дисимилацията определя разграждането на органичните съединения, осигурява на клетката пластична материя и енергия. За образуването на нов е необходим постоянен приток на необходими вещества отвън и в процеса на жизнена дейност (и по-специално на дисимилация) се образуват продукти, които трябва да бъдат въведени във външната среда;

2) самовъзпроизвеждане. Осигурява приемственост между последователни поколения биологични системи. Това свойство е свързано с информационните потоци, вградени в структурата на нуклеиновите киселини. В тази връзка живите структури непрекъснато се възпроизвеждат и актуализират, без да губят сходството си с предишните поколения (въпреки непрекъснатото обновяване на материята). Нуклеиновите киселини са способни да съхраняват, предават и възпроизвеждат наследствена информация, както и да я реализират чрез протеинов синтез. Информацията, съхранена в ДНК, се прехвърля към протеинова молекула с помощта на РНК молекули;

3) саморегулация. Тя се основава на набор от потоци от материя, енергия и информация през жив организъм;

4) раздразнителност. Свързан с прехвърлянето на информация отвън към всяка биологична система и отразява реакцията на тази система към външен стимул. Благодарение на раздразнителността живите организми са в състояние избирателно да реагират на условията на околната среда и да извличат от нея само това, което е необходимо за тяхното съществуване. Раздразнителността е свързана със саморегулирането на живите системи според принципа на обратната връзка: отпадъчните продукти са в състояние да имат инхибиторен или стимулиращ ефект върху онези ензими, които са били в началото на дълга верига от химични реакции;

5) поддържане на хомеостазата (от гр. homoios - "подобен, еднакъв" и stasis - "неподвижност, състояние") - относителната динамична постоянство на вътрешната среда на тялото, физикохимичните параметри на съществуването на системата;

6) структурна организация - определена подреденост, хармония на жива система. Намира се при изучаването не само на отделни живи организми, но и на техните съвкупности във връзка с околната среда - биогеоценози;

7) адаптация - способността на живия организъм постоянно да се адаптира към променящите се условия на съществуване в околната среда. Основава се на раздразнителността и характерните за нея адекватни реакции;

8) възпроизвеждане (възпроизвеждане). Тъй като животът съществува под формата на отделни (дискретни) живи системи (например клетки) и съществуването на всяка такава система е строго ограничено във времето, поддържането на живота на Земята е свързано с възпроизводството на живи системи. На молекулярно ниво възпроизвеждането се извършва поради матричен синтез, нови молекули се образуват според програмата, заложена в структурата (матрицата) на вече съществуващи молекули;

9) наследственост. Осигурява приемственост между поколенията организми (въз основа на информационни потоци).

Тя е тясно свързана с авторепродукцията на живота на молекулярно, субклетъчно и клетъчно ниво. Благодарение на наследствеността се предават черти от поколение на поколение, които осигуряват адаптация към околната среда;

10) променливостта е свойство, противоположно на наследствеността. Поради променливостта живата система придобива характеристики, които преди са били необичайни за нея. На първо място, променливостта е свързана с грешки в репродукцията: промените в структурата на нуклеиновите киселини водят до появата на нова наследствена информация. Появяват се нови знаци и свойства. Ако те са полезни за даден организъм в дадено местообитание, тогава те се подбират и фиксират чрез естествен подбор. Създават се нови форми и видове. Така изменчивостта създава предпоставки за видообразуване и еволюция;

11) индивидуално развитие (процес на онтогенеза) - въплъщение на първоначалната генетична информация, вградена в структурата на ДНК молекулите (т.е. в генотипа) в работните структури на тялото. По време на този процес се проявява такова свойство като способността за растеж, което се изразява в увеличаване на телесното тегло и размер. Този процес се основава на възпроизвеждане на молекули, размножаване, растеж и диференциация на клетки и други структури и т.н.;

12) филогенетично развитие (моделите му са установени от Ч. Р. Дарвин). Основава се на прогресивно размножаване, наследственост, борба за съществуване и селекция. В резултат на еволюцията се появи огромен брой видове. Прогресивната еволюция е преминала през поредица от стъпки. Това са предклетъчни, едноклетъчни и многоклетъчни организми до човека.

В същото време онтогенезата на човека повтаря филогенезата (т.е. индивидуалното развитие преминава през същите етапи като еволюционния процес);

13) дискретност (прекъснатост) и в същото време цялост. Животът е представен от съвкупност от отделни организми или индивиди. Всеки организъм от своя страна също е дискретен, тъй като се състои от набор от органи, тъкани и клетки. Всяка клетка се състои от органели, но в същото време е автономна. Наследствената информация се носи от гени, но нито един ген сам по себе си не може да определи развитието на дадена черта.

4. Нива на организация на живота

Живата природа е цялостна, но разнородна система, която се характеризира с йерархична организация. Йерархична система е такава система, в която частите (или елементите на цялото) са подредени в ред от най-високата към най-ниската. Йерархичният принцип на организация позволява да се отделят отделни нива в живата природа, което е много удобно при изучаването на живота като сложно природно явление. Има три основни етапа на живота: микросистеми, мезосистеми и макросистеми.

Микросистемите (предорганичен стадий) включват молекулярно (молекулярно-генетично) и субклетъчно ниво.

Йерархични нива:

1) молекулярно генетично ниво. ЕЕ е представена от генома. Генът е част от ДНК молекула (и при някои вируси, РНК молекула), която е отговорна за формирането на всеки един признак. Информацията, заложена в нуклеиновите киселини, се реализира чрез матричен синтез на протеини;

3) клетъчно ниво. ЕЕ е клетка, която е самостоятелно функционираща елементарна биологична система. Само на това ниво е възможна реализацията на генетичната информация и процесите на биосинтеза. При едноклетъчните организми това ниво съвпада с организмовото ниво. ЕЕ са реакциите на клетъчния метаболизъм, които формират основата на потоците от енергия, информация и материя;

4) тъканно ниво. Набор от клетки с еднакъв тип организация съставлява тъкан (EE). Нивото възниква с появата на многоклетъчни организми с повече или по-малко диференцирани тъкани. Тъканта функционира като едно цяло и притежава свойствата на живо същество;

5) органно ниво. Той се образува заедно с функциониращи клетки, принадлежащи към различни тъкани (EE). Само четири основни тъкани са част от органите на многоклетъчните организми, шест основни тъкани образуват органите на растенията;

6) организмово (онтогенетично) ниво. ЕЕ е индивид в своето развитие от момента на раждането до прекратяването на съществуването му като жива система. ЕИ са закономерни промени в организма в процеса на индивидуалното развитие (онтогенеза). В процеса на онтогенезата, при определени условия на околната среда, се въплъщава наследствената информация биологични структури, т.е. въз основа на генотипа на индивида се формира неговият фенотип;

7) популационно-видово ниво. EE е популация, т.е. набор от индивиди (организми) от един и същи вид, обитаващи една и съща територия и свободно кръстосващи се. Популацията има генофонд, т.е. съвкупността от генотипове на всички индивиди. Въздействието върху генофонда на елементарни еволюционни фактори (мутации, колебания в броя на индивидите, естествен подбор) води до еволюционно значими промени (ER);

8) биоценотично (екосистемно) ниво. EE - биоценоза, т.е. исторически установена стабилна общност от популации различни видове, свързани помежду си и със заобикалящата ги нежива природа чрез обмен на вещества, енергия и информация (цикли), които са ЕЕ;

9) биосферно (глобално) ниво. EE - биосферата (районът на разпространение на живота на Земята), тоест единен планетарен комплекс от биогеоценози, различни по видов състав и характеристики на абиотичната (нежива) част. Биогеоценозите определят всички процеси, протичащи в биосферата;

10) носферно ниво. Тази нова концепция е формулирана от академик В. И. Вернадски. Той основава учението за ноосферата като сфера на ума. то компонентбиосфера, която се променя поради човешката дейност.

ЛЕКЦИЯ № 2. Химичен състав на живите системи. Биологичната роля на протеините, полизахаридите, липидите и АТФ

1. Преглед на химичната структура на клетката

Всички живи системи съдържат химични елементи в различни пропорции и химични съединения, изградени от тях, както органични, така и неорганични.

Според количественото съдържание в клетката всички химични елементи се делят на 3 групи: макро-, микро- и ултрамикроелементи.

Макронутриентите съставляват до 99% от клетъчната маса, от които до 98% се падат на 4 елемента: кислород, азот, водород и въглерод. В по-малки количества клетките съдържат калий, натрий, магнезий, калций, сяра, фосфор и желязо.

Микроелементите са предимно метални йони (кобалт, мед, цинк и др.) и халогени (йод, бром и др.). Съдържат се в количества от 0,001% до 0,000001%.

Ултрамикроелементи. Концентрацията им е под 0,000001%. Те включват злато, живак, селен и др.

Химично съединение е вещество, в което атомите на един или повече химични елементи са свързани помежду си чрез химични връзки. Химичните съединения са неорганични и органични. Неорганичните включват вода и минерални соли. Органичните съединения са съединения на въглерод с други елементи.

Основните органични съединения на клетката са протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини.

2. Биополимери Протеини

Това са полимери, чиито мономери са аминокиселини. Те се състоят главно от въглерод, водород, кислород и азот. Една протеинова молекула може да има 4 нива на структурна организация (първична, вторична, третична и кватернерна структура).

Функции на протеина:

1) защитен (интерферонът се синтезира интензивно в организма по време на вирусна инфекция);

2) структурни (колагенът е част от тъканите, участва в образуването на белези);

3) двигател (миозинът участва в мускулната контракция);

4) резервни (яйчни албумини);

5) транспорт (еритроцитният хемоглобин пренася хранителни вещества и метаболитни продукти);

6) рецептор (рецепторните протеини осигуряват разпознаване от клетката на вещества и други клетки);

7) регулаторни (регулаторните протеини определят активността на гените);

8) хормоналните протеини участват в хуморалната регулация (инсулинът регулира нивата на кръвната захар);

9) ензимните протеини катализират всички химични реакции в тялото;

10) енергия (разграждането на 1 g протеин освобождава 17 kJ енергия).

Въглехидрати

Това са моно- и полимери, които включват въглерод, водород и кислород в съотношение 1: 2: 1.

Функции на въглехидратите:

1) енергия (при разграждането на 1 g въглехидрати се освобождава 17,6 kJ енергия);

2) структурни (целулоза, която е част от клетъчната стена на растенията);

3) съхранение (доставка на хранителни вещества под формата на нишесте в растенията и гликоген в животните).

Мазнините (липидите) могат да бъдат прости или сложни. Простите липидни молекули се състоят от тривалентен алкохол глицерол и три остатъка от мастна киселина. Сложните липиди са съединения на прости липиди с протеини и въглехидрати.

Липидни функции:

1) енергия (при разграждането на 1 g липиди се образува 38,9 kJ енергия);

2) структурни (фосфолипиди на клетъчните мембрани, образуващи липиден двоен слой);

3) съхранение (доставяне на хранителни вещества в подкожната тъкан и други органи);

4) защитна (подкожната тъкан и мастният слой около вътрешните органи ги предпазват от механични повреди);

5) регулаторни (хормони и витамини, съдържащи липиди, регулират метаболизма);

6) топлоизолационни (подкожната тъкан задържа топлината). АТФ

Молекулата на АТФ (аденозинтрифосфорна киселина) се състои от азотната основа на аденина, петвъглеродната захар на рибозата и три остатъка от фосфорна киселина, свързани помежду си чрез макроергична връзка. АТФ се произвежда в митохондриите чрез фосфорилиране. При хидролизата му се отделя голямо количество енергия. АТФ е основният макроерг на клетката - енергиен акумулатор под формата на енергия от високоенергийни химични връзки.

ЛЕКЦИЯ № 3. Нуклеинови киселини. Биосинтеза на протеини

Нуклеиновите киселини са фосфорсъдържащи биополимери, чиито мономери са нуклеотиди. Веригите на нуклеиновите киселини включват от няколко десетки до стотици милиони нуклеотиди.

Има 2 вида нуклеинови киселини - дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК). Нуклеотидите, които изграждат ДНК, съдържат въглехидрат, дезокси-рибоза, докато РНК съдържа рибоза.

1. ДНК

По правило ДНК е спирала, състояща се от две комплементарни полинуклеотидни вериги, усукани надясно. Съставът на ДНК нуклеотидите включва: азотна основа, дезоксирибоза и остатък от фосфорна киселина. Азотните основи се делят на пурин (аденин и гуанин) и пиримидин (тимин и цитозин). Две вериги от нуклеотиди са свързани помежду си чрез азотни бази съгласно принципа на комплементарност: две водородни връзки възникват между аденин и тимин и три между гуанин и цитозин.

Функции на ДНК:

1) осигурява запазването и предаването на генетична информация от клетка на клетка и от организъм на организъм, което е свързано с неговата способност за репликация;

2) регулиране на всички процеси, протичащи в клетката, осигурени от способността за транскрипция с последващ превод.

Процесът на самовъзпроизвеждане (автовъзпроизвеждане) на ДНК се нарича репликация. Репликацията осигурява копирането на генетична информация и нейното предаване от поколение на поколение, генетичната идентичност на дъщерните клетки, образувани в резултат на митозата, и постоянството на броя на хромозомите по време на митотичното клетъчно делене.

Репликацията се извършва по време на синтетичния период на интерфазата на митозата. Ензимът репликаза се движи между двете вериги на спиралата на ДНК и разкъсва водородните връзки между азотните бази. След това към всяка от веригите с помощта на ензима ДНК полимераза се допълват нуклеотидите на дъщерните вериги съгласно принципа на комплементарност. В резултат на репликацията се образуват две еднакви ДНК молекули. Количеството ДНК в една клетка се удвоява. Този метод на дублиране на ДНК се нарича полуконсервативен, тъй като всяка нова ДНК молекула съдържа една "стара" и една новосинтезирана полинуклеотидна верига.