Bioloogia(kreeka keelest. bios- elu + logod- sõna, õpetus) - teadus, mis uurib elu kui nähtust, millel on universumis eriline koht. Koos teiste loodust uurivate teadustega (füüsika, keemia, astronoomia, geoloogia jne) kuulub see loodusteaduste hulka. Tavaliselt eristatakse ka humanitaarteadused iseseisvaks rühmaks (inimese, inimühiskonna olemasolu ja arengu seaduspärasuste uurimine); nende hulka kuuluvad sotsioloogia, psühholoogia, antropoloogia, etnograafia jne.
Inimese (kui biosotsiaalse olendi) fenomen pakub huvi nii loodus- kui ka humanitaarteadustele. Kuid bioloogial on eriline roll, olles ühenduslüli nende vahel. See järeldus põhineb tänapäevastel ideedel looduse arengust, mis viis elu tekkeni. Elusorganismide evolutsiooni käigus tekkis inimesel kvalitatiivselt uued omadused - mõistus, kõne, loomingulise tegevuse võime, sotsiaalne eluviis jne.
Elu looduse olemasolu ja areng on allutatud füüsikalistele ja keemilistele seadustele. Elusorganismide tulekuga hakkavad nad läbi viima bioloogilised protsessid on põhimõtteliselt teistsuguse iseloomuga ja alluvad teistele seadustele - bioloogiline. Siiski on oluline märkida, et koos sellega säilivad tekkivate (kvalitatiivselt erinevate ja omapäraste) bioloogiliste nähtuste aluseks olevad füüsikalis-keemilised protsessid.
Inimese spetsiifilised omadused ja sotsiaalsed omadused ei välista tema loomulikku kuuluvust. Inimkehas (nagu kõigis elusolendites) toimuvad nii füüsikalis-keemilised kui ka bioloogilised protsessid. Täielikult saab indiviid areneda aga ainult ühiskonnas, suheldes teiste inimestega. Ainult nii omandatakse kõne ning omandatakse teadmisi, oskusi ja vilumusi. Põhimõtteline erinevus seisneb siin selles, et inimkonna olemasolu ja areng põhineb tema võimel tunda, koguda teadmisi põlvest põlve, tootlikuks tegevuseks.
Tõeliselt suurejoonelised teaduse, sealhulgas bioloogia saavutused 20. sajandil. avardas ja süvendas oluliselt meie arusaama nii looduse ja inimese ühtsusest kui ka nende keerulistest suhetest. Näiteks on keskkonnaandmed näidanud, et elusorganismid, sealhulgas inimene, ei sõltu ainult loodusest, vaid toimivad ka võimsa tegurina, mis mõjutab nii loodust kui isegi kosmost. Eelkõige puudutab see Maa atmosfääri, tohutute geoloogiliste kihtide teket, saaresüsteemide teket jne. Inimkond mõjutab praegu kõige tugevamalt planeedi elusat ja elutut olemust.
Bioloogia on tänapäeval teaduste kompleks, mis uurib mitmesuguseid elusolendeid, nende ehitust ja toimimist, levikut, päritolu ja arengut, aga ka organismide looduslikke kooslusi, nende suhet omavahel, elutu looduse ja inimesega.
Lisaks üldisele kognitiivsele tähtsusele on bioloogial inimese jaoks suur roll, olles pikka aega olnud meditsiini, veterinaarmeditsiini, agronoomia ja loomakasvatuse teoreetiline alus.
Nüüd on tootmisharud, mis põhinevad biotehnoloogia, st nad kasutavad tootmisprotsessis elusorganisme. Nimetada võib toiduaine-, farmaatsia-, keemiatööstust jne.
Seoses inimese ja looduse vaheliste suhete probleemiga on suur tähtsus ka erinevatel bioloogiateadustel. Ainult teaduslikul alusel on võimalik lahendada selliseid probleeme nagu loodusvarade ratsionaalne kasutamine, säästlik suhtumine meid ümbritsevasse maailma, keskkonnakaitsealase tegevuse pädev korraldus.
"Üldbioloogia" on aine, mis kujutab endast keskkooliõpilaste bioloogilise hariduse kõige olulisemat etappi. See tugineb teadmistele, oskustele ja võimetele, mis on juba omandatud botaanika, zooloogia ja inimbioloogia uurimisel.
Alates 6. klassist tutvuti erinevate elusorganismide rühmadega: viirused, bakterid, seened, taimed, loomad. Õppisite tundma nende ehitust ja toimimist, vormide mitmekesisust, levikut jne 8. klassis oli bioloogiatundide teemaks inimene ja tema kui biosotsiaalse olendi eripära.
Üldbioloogia arvestab erinevalt teistest erialadest, mida nimi ise ütleb, on levinud(kõigi elusorganismide jaoks) kõige omapärased omadused ja omadused elus organisatsiooni, elu, arengu üldised mustrid, mis on omased kõikidele vormidele elu.
1. peatükk Elu olemus
§ 1. Elu mõiste ja elavate põhiomadused
Üks iga teaduse ees seisvatest väljakutsetest on vajadus luua definitsioonid, st. e. lühikesed avaldused, andes aga täielik objekti või nähtuse olemuse esitus. Bioloogias on elu määratlemiseks kümneid võimalusi, kuid ükski neist ei vasta korraga kahele ülalmainitud nõudele. Kas definitsioon võtab raamatust enda alla 2-3 lehekülge või jäetakse sellest “välja” mõni oluline elavate tunnusjoon.
Elu selle spetsiifilistes ilmingutes Maal esindavad mitmesugused organismide vormid. Kaasaegsete bioloogiliste teadmiste kohaselt on võimalik välja tuua omaduste kogum, mida tuleks tunnistada ühiseks kõik elusolendid ja mis eristavad neid elutu looduse kehadest. Seega kontseptsiooni juurde elu jõuame elusorganismide spetsiifiliste omaduste mõistmisega.
Keemilise koostise eripära. Erinevus elusate ja elutute vahel avaldub selgelt juba nende keemilise koostise tasandil. Väga sageli võib sõna "loodus" sünonüümina leida väljend "orgaaniline loodus". Ja see on täiesti õiglane. Kõik orgaanilised ained tekivad elusorganismides nende elutegevuse käigus. Nagu eksperdid ütlevad, nad biogeenne(st elusolendite loodud). Veelgi enam, just orgaanilised ained määravad elusorganismide endi olemasolu võimaluse. Näiteks sisaldavad nukleiinhapped pärilikku (geneetilist) teavet; valgud määravad struktuuri, tagavad liikumise, reguleerivad kõiki eluprotsesse; suhkrud (süsivesikud) täidavad energiafunktsioone jne. Maal pole teada ainsatki elusolendit, kes ei oleks valkude ja nukleiinhapete kombinatsioon.
Orgaanilistel ainetel on keerulisemad molekulid kui anorgaanilistel ja neid iseloomustab lõpmatu mitmekesisus, mis, nagu allpool näeme, määrab suuresti elusorganismide mitmekesisuse.
Elusolendite struktuurne korraldus. Isegi algklassides, botaanika ja zooloogia tundides, räägiti teile, et teadlased T. Schwann ja M. Schleiden (1839) koostasid rakuteooria kõigi taimede ja loomade ehitusest. Cage on sellest ajast alates tunnustatud struktuurne ja funktsionaalne üksus mingeid elusolendeid. See tähendab, et nende kehad on üles ehitatud rakkudest (on ka üherakulisi) ning organismi elutegevuse teostamise määravad rakkude endi sees toimuvad protsessid. Pidage meeles ka seda, et kõigi taimede ja loomade rakud on struktuurilt sarnased (on membraan, tsütoplasma, tuum, organellid).
Aga juba sellel tasemel paistab struktuurne keerukus elamise korraldamine. Rakus on palju erinevaid komponente (organelle). Selle sisemise koostise selline heterogeensus võimaldab nii väikeses ruumis samaaegselt läbi viia sadu ja tuhandeid keemilisi reaktsioone.
Sama kehtib ka mitmerakuliste organismide kohta. Erinevatest rakkudest moodustuvad mitmesugused (erinevaid funktsioone täitvad) kuded, elundid, organsüsteemid, mis koos moodustavad keeruka ja heterogeense tervikliku süsteemi – elusorganismi.
ainevahetus elusorganismides. Kõikidele elusorganismidele on omane aine- ja energiavahetus keskkonnaga.
F. Engels 19. sajandi lõpul. tõstis esile selle elavate omaduse, hinnates sügavalt selle tähtsust. Pakkudes oma elu definitsiooni, kirjutas ta:
Elu on valgukehade eksisteerimisviis, mille olemuslikuks punktiks on pidev ainete vahetus neid ümbritseva välise loodusega ning selle ainevahetuse lakkamisel lakkab ka elu, mis viib valkude lagunemiseni.
Ja ka anorgaanilistel kehadel võib olla ainevahetus... Aga vahe on selles, et anorgaaniliste kehade puhul ainevahetus neid hävitab, orgaaniliste kehade puhul aga nende olemasolu vajalik tingimus.
Selle käigus saab elusorganism vajalikke aineid kasvuks, hävinud (“ärakasutatud”) komponentide taastamiseks ja elu toetava energiaallikana. Saadud organismile kahjulikud või mittevajalikud ained (süsinikdioksiid, uurea, vesi jne) erituvad väliskeskkonda.
Organismide isepaljunemine (paljunemine). paljunemine- omasuguste taastootmine - elu jätkumise kõige olulisem tingimus. Üksikorganism on surelik, tema eluiga on piiratud ja paljunemine tagab liikide eksisteerimise järjepidevuse, kompenseerides enam kui isendite loomuliku surma.
Pärilikkus ja muutlikkus.
Pärilikkus- organismide võimet kanda põlvest põlve edasi kõiki omadusi, mis tagavad organismide kohanemisvõime keskkonnaga.
See annab sarnasuse, erinevate põlvkondade organismide sarnasuse. Pole juhus, et paljunemise sünonüümiks on sõna enesepaljundamine.Ühe põlvkonna indiviididest sünnivad uue põlvkonna isendid, kes on nendega sarnased. Tänapäeval on pärilikkuse mehhanism hästi teada. Pärilik teave (s.o teave organismide omaduste, omaduste ja omaduste kohta) krüpteeritakse nukleiinhapetes ja edastatakse organismide paljunemise käigus põlvest põlve.
Ilmselgelt oleks "kõva" pärilikkuse (st vanemlike tunnuste absoluutse kordumise) korral muutuvate keskkonnatingimuste taustal organismide ellujäämine võimatu. Organismid ei saanud uusi elupaiku välja arendada. Lõpuks oleks välistatud ka evolutsiooniprotsess, uute liikide teke. Siiski on ka elusorganismidel varieeruvus,mille all mõistetakse nende võimet omandada uusi omadusi ja kaotada vanad. Tulemuseks on mitmesugused samasse liiki kuuluvad isendid. Muutlikkus võib esineda nii üksikutel indiviididel nende individuaalse arengu ajal kui ka organismide rühmas põlvkondade kaupa paljunemise ajal.
Organismide individuaalne (ontogenees) ja ajalooline (evolutsiooniline; fülogenees) areng. Iga organism oma elu jooksul (alates selle tekkimise hetkest kuni loomuliku surmani) läbib regulaarseid muutusi, mida nimetatakse individuaalne areng. Keha suurus ja kaal suurenevad - kasv, uute struktuuride moodustumine (mõnikord kaasneb varem olemasolevate hävitamine - näiteks kullese saba kaotamine ja paarisjäsemete moodustumine), paljunemine ja lõpuks eksistentsi lõpp.
Organismide evolutsioon on elusolendite ajaloolise arengu pöördumatu protsess, mille käigus täheldatakse järjestikust liikide muutumist, mis on tingitud varem eksisteerinud liikide kadumisest ja uute tekkimisest. Oma olemuselt on evolutsioon progresseeruv, kuna elusolendite organiseerimine (struktuur, funktsioneerimine) on läbinud mitmeid etappe – rakueelsed eluvormid, ainuraksed organismid, järjest keerukamaks muutuvad hulkraksed organismid ja nii edasi kuni inimeseni välja. Organisatsiooni järjekindel komplitseerimine toob kaasa organismide elujõulisuse, nende kohanemisvõime suurenemise.
Ärrituvus ja liikumine. Elusolendite oluline omadus ärrituvus(oskus tajuda väliseid või sisemisi stiimuleid (mõju) ja neile adekvaatselt reageerida). See väljendub muutustes ainevahetuses (näiteks päevavalgustundide vähenemisega ja ümbritseva õhu temperatuuri langusega sügisel taimede ja loomade puhul), motoorsete reaktsioonide kujul (vt allpool) ja hästi organiseeritud loomadel (sealhulgas inimestel) neid iseloomustavad muutused käitumises.
Peaaegu kõigi elusolendite iseloomulik reaktsioon ärritusele on liikumine,st ruumiline nihe kogu organism või nende üksikud kehaosad. See on iseloomulik nii üherakulistele (bakterid, amööbid, ripsloomad, vetikad) kui ka mitmerakulistele (peaaegu kõik loomad) organismidele. Mõnedel hulkrakulistel rakkudel (näiteks loomade ja inimeste verefagotsüüdid) on samuti liikuvus. Mitmerakulisi taimi iseloomustab loomadega võrreldes madal liikuvus, kuid neil on ka erilised motoorsete reaktsioonide avaldumisvormid. Aktiivseid liikumisi on kahte tüüpi: kasvu ja kontraktiilne. Esimeste, aeglasemate hulka kuuluvad näiteks aknal kasvavate toataimede varte valguse poole sirutamine (nende ühepoolse valgustatuse tõttu). Putuktoidulistel taimedel täheldatakse kokkutõmbumisliigutusi (näiteks päikesepuu lehtede kiiret voltimist sellele maanduvate putukate püüdmisel).
Ärrituvusnähtus on organismide reaktsioonide aluseks, mille tõttu neid toetatakse homöostaas.
homöostaas- see on organismi võime muutustele vastu seista ja säilitada sisekeskkonna suhtelist püsivust (teatud kehatemperatuuri, vererõhu, soolade koostise, happesuse jms hoidmine).
Ärrituvusest tingituna on organismidel võime kohanemine.
Under kohanemine viitab organismi kohanemisprotsessile teatud keskkonnatingimustega.
Lõpetuseks elusorganismide põhiomaduste määramisele pühendatud osa, võime teha järgmise järelduse.
Elusorganismide ja elutu looduse objektide erinevus ei seisne mitte mingite "tabamatute", üleloomulike omaduste olemasolus (kõik füüsika ja keemia seadused kehtivad ka elusolendite kohta), vaid elussüsteemide suures struktuurses ja funktsionaalses keerukuses. . See omadus hõlmab kõiki eespool käsitletud elusorganismide omadusi ja muudab elu oleku aine kvalitatiivselt uueks omaduseks.
§ 2. Elukorralduse tasemed
1960. aastateks bioloogias on ettekujutus sellest elavate organiseerituse tasemed kui orgaanilise maailma järjest keerukamaks muutuva korrastatuse konkreetne väljendus. Elu Maal esindavad teatud süstemaatilistesse rühmadesse (liikidesse) kuuluvad omapärase ehitusega organismid, aga ka erineva keerukusega kooslused (biogeocenoos, biosfäär). Organisme omakorda iseloomustab organ, kude, rakuline ja molekulaarne korraldus. Iga organism koosneb ühelt poolt talle alluvatest spetsiaalsetest organisatsioonisüsteemidest (elundid, koed jne), teisalt on ta ise suhteliselt isoleeritud üksus organismiüleste bioloogiliste süsteemide (liigid, biogeotsenoosid) koostises. ja biosfäär tervikuna). Elusaine organiseerituse tasemed on näidatud joonisel fig. üks.
Riis. 1. Elukorralduse tasemed
Kõigil neil on sellised eluomadused nagu diskreetsus ja terviklikkus. Keha koosneb erinevatest komponentidest - organitest, kuid samal ajal on see tänu nende koostoimele lahutamatu. Liik on samuti terviklik süsteem, kuigi selle moodustavad eraldi üksused - isendid, kuid nende koosmõju säilitab liigi terviklikkuse.
Elu olemasolu kõigil tasanditel tagab madalaima astme struktuur. Näiteks rakulise organiseerituse olemuse määrab subtsellulaarne ja molekulaarne tase; organismiline – elund; kude, rakuline; liigid - organismilised jne.
Erilist tähelepanu väärib organisatsiooniüksuste suur sarnasus madalamatel tasanditel ja üha suurenev erinevus kõrgematel tasanditel (tabel 1).
Tabel 1
Elukorraldustasandite tunnused
2. peatükk
§ 1. Elusorganismide klassifitseerimise põhimõtted
Meie planeedi elusmaailm on ääretult mitmekesine ja sisaldab tohutul hulgal organismiliike, nagu on näha tabelist. 2.
tabel 2
Peamiste elusolendirühmade liikide arv
Tegelikult elab ekspertide sõnul Maal tänapäeval kaks korda rohkem liike, kui teadus teab. Igal aastal kirjeldatakse teadusväljaannetes sadu ja tuhandeid uusi liike.
Paljude objektide (objektid, nähtused) tunnetamise protsessis võrdlemine nende omadused ja märgid toodavad inimesed klassifikatsioon. Seejärel ühendatakse sarnased (sarnased, sarnased) objektid rühmadesse. Rühmade jaotus põhineb erinevusiõpitavate ainete vahel. Nii ehitatakse üles süsteem, mis hõlmab kõiki uuritavaid objekte (näiteks mineraale, keemilisi elemente või organisme) ja loob nendevahelised seosed.
Süstemaatika kuidas iseseisev bioloogiline distsipliin probleemidega tegeleb klassifikatsioon organismid ja ehitised süsteemid elav loodus.
Organismide klassifitseerimise katseid tehti juba iidsetel aegadel. Pikka aega eksisteeris teaduses Aristotelese (4. sajand eKr) välja töötatud süsteem. Ta jagas kõik teadaolevad organismid kaheks kuningriigiks - taimed ja loomad, kasutades eristavate tunnustena liikumatus ja tundetus esimene võrreldes teisega. Lisaks jagas Aristoteles kõik loomad kahte rühma: "verelised loomad" ja "vereta loomad", mis üldiselt vastab tänapäevasele jaotusele selgroogseteks ja selgrootuteks. Seejärel tõi ta välja hulga väiksemaid rühmitusi, juhindudes erinevatest eripäradest.
Muidugi tundub kaasaegse teaduse seisukohalt Aristotelese süsteem ebatäiuslik, kuid seejuures tuleb arvestada tolleaegse faktiteadmise tasemega. Tema töödes on kirjeldatud vaid 454 loomaliiki ning uurimismeetodite võimalused olid väga piiratud.
Ligi kahe aastatuhande jooksul kogunes botaanikas ja zooloogias kirjeldavat materjali, mis tagas 17.–18. sajandil taksonoomia arengu, mis kulmineerus C. Linnaeuse (1707–1778) algupärase organismide süsteemiga, mis pälvis laialdast tunnustust. Oma eelkäijate kogemustele ja enda avastatud uutele faktidele toetudes pani Linnaeus aluse kaasaegsele taksonoomiale. Tema raamat, mis ilmus pealkirja all The System of Nature, ilmus 1735. aastal.
Klassifikatsiooni põhiühiku jaoks võttis Linnaeus kuju; ta tõi teaduslikku kasutusse sellised mõisted nagu "perekond", "perekond", "irdumine" ja "klass"; säilitas organismide jagunemise taime- ja loomariiki. Soovitatav tutvustus binaarne nomenklatuur(mida kasutatakse siiani bioloogias), st igale liigile kahest sõnast koosneva ladinakeelse nime andmine. Esimene – nimisõna – on sugulasliikide rühma ühendava perekonna nimi. Teine sõna, tavaliselt omadussõna, on liigi pärisnimi. Näiteks liigid "söövitav võikull" ja "roomav võikas"; "kuldne ristik" ja "hõberisti".
Hiljem, 19. sajandi alguses, tõi J. Cuvier süsteemi "tüübi" mõiste kui loomade kõrgeima klassifikatsiooniühiku (botaanikas - "osakond").
Kaasaegse taksonoomia kujunemisel oli erilise tähtsusega Ch. Darwini (1859) evolutsiooniõpetuse esilekerkimine. Darwini-eelsel perioodil loodud elusorganismide teaduslikud süsteemid olid kunstlik. Nad ühendasid organismid sarnaste välistunnuste järgi rühmadesse üsna formaalselt, tähtsustamata nende perekondlikke sidemeid. Charles Darwini ideed andsid teadusele konstrueerimismeetodi loomulik süsteem elav maailm. See tähendab, et see peab põhinema mõnel hädavajalik, klassifitseeritud objektide – organismide põhiomadused.
Proovime analoogia põhjal ehitada isikliku raamatukogu näitel sellistest objektidest nagu raamatud "loodusliku süsteemi". Soovi korral saame paigutada raamatuid kappide riiulitele, rühmitades need kas formaadi või ogade värvi järgi. Kuid sellistel juhtudel luuakse "kunstlik süsteem", kuna "objektid" (raamatud) klassifitseeritakse sekundaarsete, "mitteoluliste" omaduste järgi. "Loomulik" "süsteem" oleks raamatukogu, kus raamatud on rühmitatud nende sisu järgi. Selles kapis on meil teaduskirjandust: ühel riiulil on raamatud füüsikast, teisel - keemiast jne. Teises kapis - ilukirjandus: proosa, luule, rahvaluule. Seega oleme realiseerinud saadaolevate raamatute klassifitseerimise põhiomaduse, olulise kvaliteedi - sisu järgi. Omades nüüd "looduslikku süsteemi", saame kergesti orienteeruda selle moodustavate mitmesuguste "objektide" hulgas. Ja olles soetanud uue raamatu, leiame sellele hõlpsasti koha konkreetses kapis ja vastaval riiulil ehk siis “süsteemis”.
Natalja Sergeevna Kurbatova, E. A. Kozlova
Üldbioloogia
1. Rakuteooria arengulugu
Rakuteooria loomise eelduseks olid mikroskoobi leiutamine ja täiustamine ning rakkude avastamine (1665, R. Hooke - korgipuu, leedri jm koore lõike uurimisel). Kuulsate mikroskoopide: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeki tööd võimaldasid näha taimeorganismide rakke. A. van Leeuwenhoek avastas veest üherakulised organismid. Kõigepealt uuriti raku tuuma. R. Brown kirjeldas taimeraku tuuma. Ya. E. Purkine tutvustas protoplasma mõistet – vedelat želatiinset rakusisu.
Saksa botaanik M. Schleiden jõudis esimesena järeldusele, et igal rakul on tuum. CT rajajaks on saksa bioloog T. Schwann (koos M. Schleideniga), kes avaldas 1839. aastal teose “Mikroskoopilised uuringud loomade ja taimede struktuuri ja kasvu vastavusest”. Tema sätted:
1) rakk - kõigi elusorganismide (nii loomade kui ka taimede) peamine struktuuriüksus;
2) kui mõnes mikroskoobi all nähtavas moodustises on tuum, siis võib seda lugeda rakuks;
3) uute rakkude tekkeprotsess määrab taime- ja loomarakkude kasvu, arengu, diferentseerumise.
Täiendusi rakuteooriasse tegi saksa teadlane R. Virchow, kes 1858. aastal avaldas oma töö "Cellular Pathology". Ta tõestas, et tütarrakud moodustuvad emarakkude jagunemisel: iga rakk rakust. XIX sajandi lõpus. taimerakkudest leiti mitokondrid, Golgi kompleks ja plastiidid. Kromosoomid tuvastati pärast jagunevate rakkude värvimist spetsiaalsete värvainetega. CT kaasaegsed sätted
1. Rakk - kõigi elusorganismide ehituse ja arengu põhiüksus, on elusate väikseim struktuuriüksus.
2. Kõigi organismide (nii ühe- kui ka hulkraksete) rakud on sarnased keemilise koostise, ehituse, ainevahetuse põhiilmingute ja elutegevuse poolest.
3. Rakkude paljunemine toimub nende jagunemise teel (iga uus rakk tekib emaraku jagunemise käigus); keerulistes hulkraksetes organismides on rakud erineva kujuga ja spetsialiseerunud vastavalt oma funktsioonidele. Sarnased rakud moodustavad kudesid; koed koosnevad elunditest, mis moodustavad organsüsteeme, need on omavahel tihedalt seotud ning alluvad närvi- ja humoraalsetele regulatsioonimehhanismidele (kõrgemates organismides).
Rakuteooria tähtsus
Selgus, et rakk on elusorganismide kõige olulisem komponent, nende peamine morfofüsioloogiline komponent. Rakk on mitmerakulise organismi alus, kehas toimuvate biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside koht. Rakutasandil toimuvad lõpuks kõik bioloogilised protsessid. Rakuteooria võimaldas teha järelduse kõigi rakkude keemilise koostise sarnasuse, nende ehituse üldplaani kohta, mis kinnitab kogu elusmaailma fülogeneetilist ühtsust.
2. Elu. Elusaine omadused
Elu on makromolekulaarne avatud süsteem, mida iseloomustab hierarhiline korraldus, enesepaljunemisvõime, enesesäilitamine ja -regulatsioon, ainevahetus, peenreguleeritud energiavoog.
Elustruktuuride omadused:
1) isevärskendus. Ainevahetuse aluseks on tasakaalustatud ja selgelt omavahel seotud assimilatsiooni (anabolism, süntees, uute ainete teke) ja dissimilatsiooni (katabolism, lagunemine) protsessid;
2) isepaljundamine. Sellega seoses reprodutseeritakse ja ajakohastatakse elustruktuure pidevalt, kaotamata sarnasust eelmiste põlvkondadega. Nukleiinhapped on võimelised talletama, edastama ja reprodutseerima pärilikku teavet, samuti realiseerima seda valgusünteesi kaudu. DNA-le salvestatud teave kantakse RNA molekulide abil üle valgumolekulile;
3) eneseregulatsioon. See põhineb aine-, energia- ja teabevoogude kogumil läbi elusorganismi;
4) ärrituvus. Seotud teabe edastamisega väljastpoolt mis tahes bioloogilisse süsteemi ja peegeldab selle süsteemi reaktsiooni välisele stiimulile. Tänu ärrituvusele suudavad elusorganismid valikuliselt reageerida keskkonnatingimustele ja ammutada sellest välja ainult nende olemasoluks vajalikku;
5) homöostaasi säilitamine - organismi sisekeskkonna suhteline dünaamiline püsivus, süsteemi olemasolu füüsikalis-keemilised parameetrid;
6) struktuurne korraldus - korrastatus, elusüsteemi, uuringus leitud - biogeotsenoosid;
7) kohanemine - elusorganismi võime pidevalt kohaneda keskkonna muutuvate eksisteerimistingimustega;
8) taastootmine (sigimine). Kuna elu eksisteerib eraldiseisvate elusüsteemide kujul ja iga sellise süsteemi olemasolu on ajaliselt rangelt piiratud, on elu säilimine Maal seotud elussüsteemide taastootmisega;
9) pärilikkus. Tagab järjepidevuse organismide põlvkondade vahel (põhineb infovoogudel). Pärilikkuse tõttu kanduvad põlvest põlve tunnused, mis tagavad keskkonnaga kohanemise;
10) muutlikkus - muutlikkuse tõttu omandab elav süsteem tunnused, mis olid tema jaoks varem ebatavalised. Esiteks on varieeruvus seotud vigadega sigimisel: nukleiinhapete struktuuri muutused toovad kaasa uue päriliku teabe tekkimise;
11) individuaalne areng (ontogeneesi protsess) - DNA molekulide struktuuri manustatud esialgse geneetilise teabe kehastus keha tööstruktuuridesse. Selle protsessi käigus avaldub selline omadus nagu kasvuvõime, mis väljendub kehakaalu ja suuruse suurenemises;
12) fülogeneetiline areng. Põhineb progressiivsel paljunemisel, pärilikkusel, olelusvõitlusel ja valikul. Evolutsiooni tulemusena tekkis tohutult palju liike;
13) diskreetsus (katkestus) ja samas terviklikkus. Elu esindab üksikute organismide ehk indiviidide kogum. Iga organism on omakorda ka diskreetne, kuna koosneb elundite, kudede ja rakkude kogumist.
3. Elukorralduse tasandid
Elav loodus on terviklik, kuid heterogeenne süsteem, mida iseloomustab hierarhiline korraldus. Hierarhiline süsteem on selline süsteem, milles osad (või terviku elemendid) on järjestatud kõrgeimast madalaimani.
Mikrosüsteemid (organismieelne staadium) hõlmavad molekulaarset (molekulaargeneetiline) ja subtsellulaarset taset.
Mesosüsteemide (organismi staadium) hulka kuuluvad raku-, koe-, elundi-, süsteemsed, organismi (organismi kui terviku) või ontogeneetilised tasemed.
Makrosüsteemid (organismiülene staadium) hõlmavad populatsiooniliike, biotsenootilist ja globaalset taset (biosfäär tervikuna). Igal tasandil võib välja tuua elementaarse üksuse ja nähtuse.
Elementaarüksus (EE) on struktuur (või objekt), mille korrapärased muutused (elementaarnähtused, EE) annavad oma panuse elu arengusse antud tasemel.
Hierarhilised tasemed:
1) molekulaargeneetiline tase. EE-d esindab genoom. Geen on osa DNA molekulist (ja mõnel viirusel ka RNA molekulist), mis vastutab mis tahes ühe tunnuse kujunemise eest;
2) rakualune tase. EE-d esindab mingi subtsellulaarne struktuur, st organell, mis täidab talle omaseid funktsioone ja aitab kaasa raku kui terviku tööle;
3) raku tase. EE on rakk, mis on isetoimiv elementaar
1. Rakuteooria (CT) Rakuteooria taust
Rakuteooria loomise eelduseks olid mikroskoobi leiutamine ja täiustamine ning rakkude avastamine (1665, R. Hooke - korgipuu, leedri jm koore lõike uurimisel). Kuulsate mikroskoopide: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeki tööd võimaldasid näha taimeorganismide rakke. A. van Leeuwenhoek avastas veest üherakulised organismid. Kõigepealt uuriti raku tuuma. R. Brown kirjeldas taimeraku tuuma. Ya. E. Purkine tutvustas protoplasma mõistet – vedelat želatiinset rakusisu.
Saksa botaanik M. Schleiden jõudis esimesena järeldusele, et igal rakul on tuum. CT rajajaks on saksa bioloog T. Schwann (koos M. Schleideniga), kes avaldas 1839. aastal teose “Mikroskoopilised uuringud loomade ja taimede struktuuri ja kasvu vastavusest”. Tema sätted:
1) rakk - kõigi elusorganismide (nii loomade kui ka taimede) peamine struktuuriüksus;
2) kui mõnes mikroskoobi all nähtavas moodustises on tuum, siis võib seda lugeda rakuks;
3) uute rakkude tekkeprotsess määrab taime- ja loomarakkude kasvu, arengu, diferentseerumise. Täiendusi rakuteooriasse tegi saksa teadlane R. Virchow, kes 1858. aastal avaldas oma töö "Cellular Pathology". Ta tõestas, et tütarrakud moodustuvad emarakkude jagunemisel: iga rakk rakust. XIX sajandi lõpus. taimerakkudest leiti mitokondrid, Golgi kompleks ja plastiidid. Kromosoomid tuvastati pärast jagunevate rakkude värvimist spetsiaalsete värvainetega. CT kaasaegsed sätted
1. Rakk - kõigi elusorganismide ehituse ja arengu põhiüksus, on elusate väikseim struktuuriüksus.
2. Kõigi organismide (nii ühe- kui ka hulkraksete) rakud on sarnased keemilise koostise, ehituse, ainevahetuse põhiilmingute ja elutegevuse poolest.
3. Rakkude paljunemine toimub nende jagunemise teel (iga uus rakk tekib emaraku jagunemise käigus); keerulistes hulkraksetes organismides on rakud erineva kujuga ja spetsialiseerunud vastavalt oma funktsioonidele. Sarnased rakud moodustavad kudesid; koed koosnevad elunditest, mis moodustavad organsüsteeme, need on omavahel tihedalt seotud ning alluvad närvi- ja humoraalsetele regulatsioonimehhanismidele (kõrgemates organismides).
Rakuteooria tähtsus
Selgus, et rakk on elusorganismide kõige olulisem komponent, nende peamine morfofüsioloogiline komponent. Rakk on mitmerakulise organismi alus, kehas toimuvate biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside koht. Rakutasandil toimuvad lõpuks kõik bioloogilised protsessid. Rakuteooria võimaldas teha järelduse kõigi rakkude keemilise koostise sarnasuse, nende ehituse üldplaani kohta, mis kinnitab kogu elusmaailma fülogeneetilist ühtsust.
2. Elu definitsioon teaduse praeguses arengujärgus
Elu mõiste täielikku ja ühemõttelist määratlust on üsna raske anda, arvestades selle ilmingute tohutut mitmekesisust.
Enamikus elu mõiste definitsioonides, mille on andnud paljud teadlased ja mõtlejad sajandite jooksul, võeti arvesse juhtivaid omadusi, mis eristavad elavaid elututest. Näiteks ütles Aristoteles, et elu on keha "toitumine, kasv ja kurnatus"; A. L. Lavoisier määratles elu kui "keemilist funktsiooni"; G. R. Treviranus uskus, et elu on "protsesside stabiilne ühtsus koos välismõjude erinevusega". On selge, et sellised määratlused ei suutnud teadlasi rahuldada, kuna need ei kajastanud (ja ei suutnud kajastada) kõiki elusaine omadusi. Lisaks näitavad vaatlused, et elavate omadused ei ole erakordsed ja ainulaadsed, nagu varem tundus, neid leidub elutute objektide hulgas eraldi. AI Oparin määratles elu kui "aine liikumise erilist, väga keerukat vormi". See määratlus peegeldab elu kvalitatiivset originaalsust, mida ei saa taandada lihtsatele keemilistele või füüsikalistele seadustele. Kuid ka sel juhul on definitsioon üldist laadi ega paljasta selle liikumise spetsiifilist eripära.
F. Engels "Looduse dialektikas" kirjutas: "Elu on valgukehade eksisteerimisviis, mille olemuslikuks punktiks on aine ja energia vahetus keskkonnaga."
Praktiliseks rakendamiseks on kasulikud need määratlused, mis sisaldavad põhiomadusi, mis on tingimata omased kõikidele eluvormidele. Siin on üks neist: elu on makromolekulaarne avatud süsteem, mida iseloomustab hierarhiline korraldus, enesepaljunemisvõime, enesesäilitus ja -regulatsioon, ainevahetus, peenreguleeritud energiavoog. Selle määratluse kohaselt on elu vähem korrastatud universumis leviva korra tuum.
Elu eksisteerib avatud süsteemide kujul. See tähendab, et iga eluvorm ei ole suletud ainult iseendas, vaid vahetab pidevalt ainet, energiat ja informatsiooni keskkonnaga.
3. Elusaine põhiomadused
Need omadused kompleksis iseloomustavad mis tahes elavat süsteemi ja elu üldiselt:
1) isevärskendus. Seotud aine ja energia vooluga. Ainevahetuse aluseks on tasakaalustatud ja omavahel selgelt seotud assimilatsiooni (anabolism, süntees, uute ainete teke) ja dissimilatsiooni (katabolism, lagunemine) protsessid. Assimilatsiooni tulemusena uuenevad kehastruktuurid ja moodustuvad uued osad (rakud, kuded, elundite osad). Dissimilatsioon määrab orgaaniliste ühendite lagunemise, varustab rakku plastilise aine ja energiaga. Uue moodustamiseks on vaja pidevat vajalike ainete sissevoolu väljastpoolt ning elutegevuse (ja eriti dissimilatsiooni) protsessis moodustuvad tooted, mis tuleb viia väliskeskkonda;
2) isepaljundamine. Tagab järjepidevuse bioloogiliste süsteemide järjestikuste põlvkondade vahel. See omadus on seotud nukleiinhapete struktuuris sisalduvate infovoogudega. Sellega seoses taastoodetakse ja uuendatakse elusstruktuure pidevalt, kaotamata sarnasust eelmiste põlvkondadega (hoolimata mateeria pidevast uuenemisest). Nukleiinhapped on võimelised talletama, edastama ja reprodutseerima pärilikku teavet, samuti realiseerima seda valgusünteesi kaudu. DNA-le salvestatud teave kantakse RNA molekulide abil üle valgumolekulile;
3) eneseregulatsioon. See põhineb aine-, energia- ja teabevoogude kogumil läbi elusorganismi;
4) ärrituvus. Seotud teabe edastamisega väljastpoolt mis tahes bioloogilisse süsteemi ja peegeldab selle süsteemi reaktsiooni välisele stiimulile. Tänu ärrituvusele suudavad elusorganismid valikuliselt reageerida keskkonnatingimustele ja ammutada sellest välja vaid nende olemasoluks vajalikku. Ärrituvus on seotud elussüsteemide eneseregulatsiooniga tagasiside põhimõttel: jääkained suudavad avaldada pärssivat või stimuleerivat toimet neile ensüümidele, mis olid pika keemiliste reaktsioonide ahela alguses;
5) homöostaasi säilitamine (gr. homoios - "sarnane, identne" ja staas - "liikumatus, olek") - keha sisekeskkonna suhteline dünaamiline püsivus, süsteemi olemasolu füüsikalis-keemilised parameetrid;
6) struktuurne korraldus - teatud korrastatus, elava süsteemi harmoonia. Seda leitakse mitte ainult üksikute elusorganismide, vaid ka nende keskkonnaga seotud agregaatide - biogeocenooside - uurimisel;
7) kohanemine - elusorganismi võime pidevalt kohaneda muutuvate keskkonnatingimustega. Selle aluseks on ärrituvus ja sellele iseloomulikud adekvaatsed reaktsioonid;
8) taastootmine (sigimine). Kuna elu eksisteerib eraldiseisvate (diskreetsete) elusüsteemide (näiteks rakkude) kujul ja iga sellise süsteemi olemasolu on ajaliselt rangelt piiratud, on elu säilimine Maal seotud elussüsteemide taastootmisega. Molekulaarsel tasandil toimub reprodutseerimine maatriksi sünteesi tõttu, uued molekulid moodustuvad vastavalt programmile, mis on ette nähtud olemasolevate molekulide struktuuris (maatriksis);
9) pärilikkus. Tagab järjepidevuse organismide põlvkondade vahel (põhineb infovoogudel).
See on tihedalt seotud elu autoreproduktsiooniga molekulaarsel, subtsellulaarsel ja rakulisel tasemel. Pärilikkuse tõttu kanduvad põlvest põlve tunnused, mis tagavad keskkonnaga kohanemise;
10) muutlikkus on pärilikkusele vastandlik omadus. Muutuvuse tõttu omandab elav süsteem tunnused, mis olid tema jaoks varem ebatavalised. Esiteks on varieeruvus seotud sigimise vigadega: nukleiinhapete struktuuri muutused toovad kaasa uue päriliku teabe tekkimise. Ilmuvad uued märgid ja omadused. Kui need on antud elupaigas organismile kasulikud, siis korjatakse ja fikseeritakse need loodusliku valiku teel. Tekib uusi vorme ja tüüpe. Seega loob varieeruvus eeldused spetsifikatsiooniks ja evolutsiooniks;
11) individuaalne areng (ontogeneesi protsess) - DNA molekulide struktuuris (st genotüübis) sisalduva esialgse geneetilise teabe kehastus keha tööstruktuuridesse. Selle protsessi käigus avaldub selline omadus nagu kasvuvõime, mis väljendub kehakaalu ja suuruse suurenemises. See protsess põhineb molekulide paljunemisel, rakkude ja muude struktuuride paljunemisel, kasvul ja diferentseerumisel jne;
12) fülogeneetiline areng (selle mustrid kehtestas C. R. Darwin). Põhineb progressiivsel paljunemisel, pärilikkusel, olelusvõitlusel ja valikul. Evolutsiooni tulemusena tekkis tohutult palju liike. Progressiivne areng on läbinud mitmeid etappe. Need on rakueelsed, üherakulised ja mitmerakulised organismid kuni inimeseni välja.
Samal ajal kordab inimese ontogenees fülogeneesi (st isendi areng läbib samu etappe, mis evolutsiooniprotsess);
13) diskreetsus (katkestus) ja samas terviklikkus. Elu esindab üksikute organismide ehk indiviidide kogum. Iga organism on omakorda ka diskreetne, kuna koosneb elundite, kudede ja rakkude kogumist. Iga rakk koosneb organellidest, kuid on samal ajal autonoomne. Pärilikku teavet kannavad edasi geenid, kuid mitte üks geen üksi ei saa määrata konkreetse tunnuse arengut.
4. Elukorralduse tasandid
Elav loodus on terviklik, kuid heterogeenne süsteem, mida iseloomustab hierarhiline korraldus. Hierarhiline süsteem on selline süsteem, milles osad (või terviku elemendid) on järjestatud kõrgeimast madalaimani. Organisatsiooni hierarhiline põhimõte võimaldab eluslooduses eristada eraldi tasandeid, mis on elu kui keeruka loodusnähtuse uurimisel väga mugav. Elus on kolm peamist etappi: mikrosüsteemid, mesosüsteemid ja makrosüsteemid.
Mikrosüsteemid (organismieelne staadium) hõlmavad molekulaarset (molekulaargeneetiline) ja subtsellulaarset taset.
Mesosüsteemide (organismi staadium) hulka kuuluvad raku-, koe-, elundi-, süsteemsed, organismi (organismi kui terviku) või ontogeneetilised tasemed.
Makrosüsteemid (organismiülene staadium) hõlmavad populatsiooniliike, biotsenootilist ja globaalset taset (biosfäär tervikuna). Igal tasandil võib välja tuua elementaarse üksuse ja nähtuse.
Elementaarüksus (EE) on struktuur (või objekt), mille korrapärased muutused (elementaarnähtused, EE) annavad oma panuse elu arengusse antud tasemel.
Hierarhilised tasemed:
1) molekulaargeneetiline tase. EE-d esindab genoom. Geen on osa DNA molekulist (ja mõnel viirusel ka RNA molekulist), mis vastutab mis tahes ühe tunnuse moodustumise eest. Nukleiinhapetesse manustatud teave realiseerub valkude maatrikssünteesi kaudu;
2) rakualune tase. EE-d esindab mingi subtsellulaarne struktuur, st organell, mis täidab talle omaseid funktsioone ja aitab kaasa raku kui terviku tööle;
3) raku tase. EE on rakk, mis on iseseisvalt toimiv elementaarne bioloogiline süsteem. Ainult sellel tasemel on võimalik geneetilise informatsiooni realiseerimine ja biosünteesi protsessid. Üherakuliste organismide puhul langeb see tase kokku organismi tasemega. EE on rakkude ainevahetuse reaktsioonid, mis on energia-, info- ja ainevoogude aluseks;
4) kudede tase. Sama tüüpi korraldusega rakkude kogum moodustab koe (EE). Tase tekkis enam-vähem diferentseerunud kudedega mitmerakuliste organismide tulekuga. Kude toimib tervikuna ja sellel on elusolendi omadused;
5) elunditasand. See moodustub koos erinevatesse kudedesse kuuluvate toimivate rakkudega (EE). Vaid neli põhikude on osa hulkraksete organismide elunditest, kuus põhikude moodustavad taimede elundid;
6) organismi (ontogeneetiline) tase. EE on indiviid oma arengus sünnihetkest kuni oma eksisteerimise kui elava süsteemi lõppemiseni. EI on regulaarsed muutused organismis individuaalse arengu (ontogeneesi) protsessis. Ontogeneesi käigus kehastub teatud keskkonnatingimustes pärilik informatsioon bioloogilistesse struktuuridesse, s.t isendi genotüübi alusel kujuneb välja tema fenotüüp;
7) populatsiooniliigi tase. EE on populatsioon, s.o sama liigi isendite (organismide) kogum, kes asustavad samal territooriumil ja ristuvad vabalt. Populatsioonil on genofond, st kõigi isendite genotüüpide kogum. Elementaarsete evolutsiooniliste tegurite (mutatsioonid, isendite arvu kõikumine, looduslik valik) mõju genofondile toob kaasa evolutsiooniliselt olulisi muutusi (ER);
8) biotsenootiline (ökosüsteemi) tase. EE - biotsenoos ehk ajalooliselt väljakujunenud stabiilne kooslus erinevate liikide populatsioonidest, mis on omavahel ja ümbritseva eluta loodusega ainete-, energia- ja infovahetuse (ringluse) kaudu seotud, mis esindavad EE-d;
9) biosfääri (globaalne) tase. EE - biosfäär (elu leviku piirkond Maal), st üks biogeotsenooside planeetide kompleks, mis erineb liigilise koostise ja abiootilise (elutu) osa omaduste poolest. Biogeotsenoosid määravad kõik biosfääris toimuvad protsessid;
10) nosfääriline tase. Selle uue kontseptsiooni sõnastas akadeemik V. I. Vernadsky. Ta pani aluse noosfääri kui vaimusfääri õpetusele. See on biosfääri lahutamatu osa, mis inimtegevuse tõttu muutub.
LOENG № 2. Elussüsteemide keemiline koostis. Valkude, polüsahhariidide, lipiidide ja ATP bioloogiline roll
1. Ülevaade raku keemilisest struktuurist
Kõik elussüsteemid sisaldavad erinevas vahekorras keemilisi elemente ja nendest ehitatud keemilisi ühendeid, nii orgaanilisi kui anorgaanilisi.
Kvantitatiivse sisalduse järgi rakus jagunevad kõik keemilised elemendid 3 rühma: makro-, mikro- ja ultramikroelemendid.
Makrotoitained moodustavad kuni 99% raku massist, millest kuni 98% moodustavad 4 elementi: hapnik, lämmastik, vesinik ja süsinik. Väiksemas koguses sisaldavad rakud kaaliumi, naatriumi, magneesiumi, kaltsiumi, väävlit, fosforit ja rauda.
Mikroelementideks on valdavalt metalliioonid (koobalt, vask, tsink jne) ja halogeenid (jood, broom jne). Neid sisaldub kogustes 0,001% kuni 0,000001%.
Ultramikroelemendid. Nende kontsentratsioon on alla 0,000001%. Nende hulka kuuluvad kuld, elavhõbe, seleen jne.
Keemiline ühend on aine, milles ühe või mitme keemilise elemendi aatomid on omavahel keemiliste sidemete kaudu seotud. Keemilised ühendid on anorgaanilised ja orgaanilised. Anorgaaniliste hulka kuuluvad vesi ja mineraalsoolad. Orgaanilised ühendid on süsiniku ühendid teiste elementidega.
Raku peamised orgaanilised ühendid on valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped.
2. Biopolümeerid Valgud
Need on polümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Need koosnevad peamiselt süsinikust, vesinikust, hapnikust ja lämmastikust. Valgu molekulil võib olla 4 struktuurikorralduse taset (esmane, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur).
Valkude funktsioonid:
1) kaitsev (viirusinfektsiooni ajal sünteesitakse organismis intensiivselt interferooni);
2) struktuurne (kollageen on kudede osa, osaleb armide tekkes);
3) motoorne (müosiin osaleb lihaste kontraktsioonis);
4) tagavara (munaalbumiinid);
5) transport (erütrotsüütide hemoglobiin kannab toitaineid ja ainevahetusprodukte);
6) retseptor (retseptorvalgud tagavad ainete ja teiste rakkude äratundmise raku poolt);
7) reguleeriv (regulatiivvalgud määravad geenide aktiivsuse);
8) hormoonvalgud osalevad humoraalses regulatsioonis (insuliin reguleerib veresuhkru taset);
9) ensüümvalgud katalüüsivad kõiki keemilisi reaktsioone organismis;
10) energia (1 g valgu lagunemisel vabaneb 17 kJ energiat).
Süsivesikud
Need on mono- ja polümeerid, mis sisaldavad süsinikku, vesinikku ja hapnikku vahekorras 1:2:1.
Süsivesikute funktsioonid:
1) energia (1 g süsivesikute lagundamisel vabaneb 17,6 kJ energiat);
2) struktuurne (tselluloos, mis on taimede rakuseina osa);
3) ladustamine (varustamine toitainetega tärklise kujul taimedes ja glükogeeni kujul loomadel).
Rasvad (lipiidid) võivad olla lihtsad või keerulised. Lihtsad lipiidimolekulid koosnevad kolmehüdroksüülsest alkoholiglütseroolist ja kolmest rasvhappejäägist. Komplekssed lipiidid on lihtsate lipiidide ühendid valkude ja süsivesikutega.
Lipiidide funktsioonid:
1) energia (1 g lipiidide lagunemisel tekib 38,9 kJ energiat);
2) struktuursed (rakumembraanide fosfolipiidid, mis moodustavad lipiidide kaksikkihi);
3) säilitamine (toitainetega varustamine nahaaluskoes ja teistes elundites);
4) kaitsev (nahaalune kude ja siseorganeid ümbritsev rasvakiht kaitsevad neid mehaaniliste kahjustuste eest);
5) reguleeriv (lipiide sisaldavad hormoonid ja vitamiinid reguleerivad ainevahetust);
6) soojust isoleeriv (nahaalune kude hoiab soojust). ATP
ATP (adenosiintrifosforhappe) molekul koosneb adeniini lämmastikalusest, riboosi viiest süsinikust koosnevast suhkrust ja kolmest makroergilise sidemega omavahel ühendatud fosforhappe jäägist. ATP-d toodetakse mitokondrites fosforüülimise teel. Selle hüdrolüüsi käigus vabaneb suur hulk energiat. ATP on raku peamine makroerg – energiaakumulaator kõrge energiaga keemiliste sidemete energia kujul.
LOENG № 3. Nukleiinhapped. Valkude biosüntees
Nukleiinhapped on fosforit sisaldavad biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Nukleiinhappeahelad sisaldavad mitukümmend kuni sadu miljoneid nukleotiide.
Nukleiinhappeid on kahte tüüpi - desoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA). DNA-d moodustavad nukleotiidid sisaldavad süsivesikuid, desoksüriboosi, samas kui RNA sisaldab riboosi.
1. DNA
Reeglina on DNA spiraal, mis koosneb kahest paremale keeratud komplementaarsest polünukleotiidahelast. DNA nukleotiidide koostis sisaldab: lämmastikku sisaldavat alust, desoksüriboosi ja fosforhappe jääki. Lämmastikku sisaldavad alused jagunevad puriinideks (adeniin ja guaniin) ja pürimidiiniks (tümiin ja tsütosiin). Kaks nukleotiidide ahelat on omavahel ühendatud lämmastikualuste kaudu komplementaarsuse põhimõttel: adeniini ja tümiini vahel tekib kaks vesiniksidet ning guaniini ja tsütosiini vahel kolm.
DNA funktsioonid:
1) tagab geneetilise informatsiooni säilimise ja edasikandumise rakust rakku ja organismist organismi, mis on seotud tema paljunemisvõimega;
2) kõigi rakus toimuvate protsesside reguleerimine, mis on tagatud transkriptsioonivõimega koos järgneva translatsiooniga.
DNA enesepaljunemise (autoreproduktsiooni) protsessi nimetatakse replikatsiooniks. Replikatsioon tagab geneetilise informatsiooni kopeerimise ja edasikandumise põlvest põlve, mitoosi tulemusena tekkinud tütarrakkude geneetilise identiteedi ning kromosoomide arvu püsivuse mitootilise raku jagunemise ajal.
Replikatsioon toimub mitoosi interfaasi sünteetilisel perioodil. Replikaasi ensüüm liigub DNA spiraali kahe ahela vahel ja katkestab vesiniksidemed lämmastiku aluste vahel. Seejärel komplekteeritakse iga ahela jaoks, kasutades DNA polümeraasi ensüümi, tütarahelate nukleotiidid vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. Replikatsiooni tulemusena moodustuvad kaks identset DNA molekuli. DNA hulk rakus kahekordistub. Seda DNA dubleerimise meetodit nimetatakse poolkonservatiivseks, kuna iga uus DNA molekul sisaldab ühte "vana" ja ühte äsja sünteesitud polünukleotiidahelat.
Õpik kajastab teaduse hetkeseisu maapealse elu tekke ja arengu üldiste mustrite kohta. Õpiku I osa sisaldab rubriike: "Sissejuhatus", "Elu kui loodusnähtus", "Raku bioloogia", "Organismide paljunemine", "Pärandusmaterjali korraldus", "Pärimise mustrid" ja "Muutlikkus".
Õpik on mõeldud ülikooli bioloogia-, meditsiini- ja põllumajanduserialadel õppivatele üliõpilastele.
elavate inimeste omadused.
Erinevalt eluta kehadest iseloomustavad elusorganisme mitmeid omadusi, mis on tegelikult elu atribuudid: korrastatus ja struktuuri spetsiifilisus, terviklikkus ja diskreetsus, iseregulatsioon ja homöostaas, isepaljunemine ja isetervenemine, pärilikkus ja muutlikkus, ainevahetus ja energia, kasv ja areng, ärrituvus, liikumine, eneseregulatsioon, spetsiifiline suhe keskkonnaga, vananemine ja surm, kaasatus elavate ajalooliste muutuste pidevasse protsessi (evolutsiooniprotsess). Need elu atribuudid on paljude sõltumatute bioloogiateaduste uurimisobjektid, mille tulemused on toodud allpool õpiku erinevates osades. Mõned neist on aga põhjendatult klassifitseeritud fundamentaalseteks ja nõuavad erilist tähelepanu juba üldbioloogia kursuse alguses.
Struktuuri korrastatus ja spetsiifilisus. Elusorganismid sisaldavad samu keemilisi elemente nagu eluslooduse objektid. Elusolendite rakkudes on need aga mitte ainult anorgaaniliste, vaid ka orgaaniliste ühendite kujul. Lisaks on elusolendite eksistentsivormil väga olulised eripärad, eelkõige keerukus ja korrastatus, mis eristavad nii molekulaarset kui ka supramolekulaarset organiseerituse taset. Korra loomine on elavate inimeste kõige olulisem omadus. Kordusega ruumis käib kaasas kord ajas.
Sisukord
SISSEJUHATUS 3
1. PEATÜKK. ELU KUI LOODUSNÄHTUS 9
1.1. Elu olemuse määratlemine 9
1.2. Elu substraat 10
1.3. Elamisomadused 11
1.4. Elu põhiomadused 12
1.5. Elukorralduse tasemed 13
2. PEATÜKK. RAKUBILOOGIA 16
2.1. Rakk on elementaarne struktuurilis-funktsionaalne ja geneetiline eluüksus 16
2.2. Rakuteooria peamised arenguetapid ja hetkeseis 16
2.3. Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude struktuurne korraldus 20
2.4. Pinnaelemendi aparaat 23
2.5. Raku tsütoplasmaatiline aparaat 30
2.5.1. Hüaloplasma 30
2.5.2. Rakuorganellid (organellid) 32
2.5.2.1. Membraani organellid (organellid) 34
2.5.2.2. Mittemembraansed organellid (organellid) 41
2.6. Raku tuumaaparaat 49
2.7. Raku elutsükkel 55
2.7.1. Raku elutsükli kontseptsioon 55
2.7.2. Interfaas 56
2.7.2.1. Postmitootiline periood 57
2.7.2.2. sünteetiline periood. DNA isepaljunemine 57
2.7.2.3. Premitootiline periood 64
2.7.2.4. Mitootiline periood 65
2.7.2.5. Rakkude uuenemine rakupopulatsioonides 69
2.7.2.6. Rakkude reaktsioon kahjulikele mõjudele 70
2.7.2.7. Raku düstroofia 70
3. PEATÜKK. ORGANISMIDE PALJUMINE 73
3.1. Paljunemine on elavate inimeste universaalne omadus. Paljunemise areng 73
3.2. Mittesuguline paljunemine 73
3.2.1. Monotsütogeenne mittesuguline paljunemine 73
3.2.2. Polütsütogeenne mittesuguline paljunemine 75
3.3. Seksuaalne paljunemine 76
3.3.1. Seksuaalse paljunemise areng 77
3.3.2. Gametogenees 82
3.3.3. Väetamine 91
3.4. Liikidevahelise bioloogilise teabe vahetamise viisid 92
3.5. Seksuaalse dimorfismi bioloogilised aspektid 95
PEATÜKK 4. PÄRIMISMATERJALI KORRALDUS 97
4.1. Geneetika õppeaine, ülesanded ja meetodid. Geneetika arenguetapid 97
4.2. Pärandmaterjali organiseerituse struktuursed ja funktsionaalsed tasemed 100
4.3. Geen kui pärilikkuse funktsionaalne üksus. Geenide klassifikatsioon, omadused ja lokaliseerimine 102
4.4. Pärilikkuse kromosoomiteooria põhisätted 108
PEATÜKK 5. PÄRIMISMULLID
5.1. Pärilikkus kui põlvkondadevahelise materiaalse järjepidevuse tagamise omadus 110
5.2. Pärimise tüübid ja mustrid 111
5.3. Fenotüüp genotüübi realiseerimise tulemusena teatud keskkonnatingimustes 117
5.4. Molekulaarbioloogilised ideed geenide struktuuri ja toimimise kohta. Geeniekspressioon ja selle regulatsioon 118
5.5. Geenide koostoime 122
5.5.1. Alleelsete geenide koostoime 122
5.5.2. Mittealleelsete geenide koostoime 125
5.6. Pleiotroopia 129
5.7. Mitmekordne alleelism 131
5.8. väljendusrikkus ja läbitungivus. Genokoopiad 133
5.9. Geenitehnoloogia 134
PEATÜKK 6. MUUTUVUS 137
6.1. Muutlikkus kui elavate universaalne omadus 137
6.2. Modifikatsiooni varieeruvus, selle kohanemisvõime, ontogeneesi ja evolutsiooni olulisus 138
6.3. Statistilised meetodid modifikatsiooni varieeruvuse uurimiseks 143
6.4. Genotüübi varieeruvus. Mehhanismid ja bioloogiline 146.
Laadige mugavas vormingus tasuta alla e-raamat, vaadake ja lugege:
Laadige kiiresti ja tasuta alla raamat Üldbioloogia, 1. osa, Sych VF, 2005 - fileskachat.com.
Rakuteooria loomise eelduseks olid mikroskoobi leiutamine ja täiustamine ning rakkude avastamine (1665, R. Hooke - korgipuu, leedri jm koore lõike uurimisel). Kuulsate mikroskoopide: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoeki tööd võimaldasid näha taimeorganismide rakke. A. van Leeuwenhoek avastas veest üherakulised organismid. Kõigepealt uuriti raku tuuma. R. Brown kirjeldas taimeraku tuuma. Ya. E. Purkine tutvustas protoplasma mõistet – vedelat želatiinset rakusisu.
Saksa botaanik M. Schleiden jõudis esimesena järeldusele, et igal rakul on tuum. CT rajajaks on saksa bioloog T. Schwann (koos M. Schleideniga), kes avaldas 1839. aastal teose “Mikroskoopilised uuringud loomade ja taimede struktuuri ja kasvu vastavusest”. Tema sätted:
1) rakk - kõigi elusorganismide (nii loomade kui ka taimede) peamine struktuuriüksus;
2) kui mõnes mikroskoobi all nähtavas moodustises on tuum, siis võib seda lugeda rakuks;
3) uute rakkude tekkeprotsess määrab taime- ja loomarakkude kasvu, arengu, diferentseerumise. Täiendusi rakuteooriasse tegi saksa teadlane R. Virchow, kes 1858. aastal avaldas oma töö "Cellular Pathology". Ta tõestas, et tütarrakud moodustuvad emarakkude jagunemisel: iga rakk rakust. XIX sajandi lõpus. taimerakkudest leiti mitokondrid, Golgi kompleks ja plastiidid. Kromosoomid tuvastati pärast jagunevate rakkude värvimist spetsiaalsete värvainetega. CT kaasaegsed sätted
1. Rakk - kõigi elusorganismide ehituse ja arengu põhiüksus, on elusate väikseim struktuuriüksus.
2. Kõigi organismide (nii ühe- kui ka hulkraksete) rakud on sarnased keemilise koostise, ehituse, ainevahetuse põhiilmingute ja elutegevuse poolest.
3. Rakkude paljunemine toimub nende jagunemise teel (iga uus rakk tekib emaraku jagunemise käigus); keerulistes hulkraksetes organismides on rakud erineva kujuga ja spetsialiseerunud vastavalt oma funktsioonidele. Sarnased rakud moodustavad kudesid; koed koosnevad elunditest, mis moodustavad organsüsteeme, need on omavahel tihedalt seotud ning alluvad närvi- ja humoraalsetele regulatsioonimehhanismidele (kõrgemates organismides).
Rakuteooria tähtsus
Selgus, et rakk on elusorganismide kõige olulisem komponent, nende peamine morfofüsioloogiline komponent. Rakk on mitmerakulise organismi alus, kehas toimuvate biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside koht. Rakutasandil toimuvad lõpuks kõik bioloogilised protsessid. Rakuteooria võimaldas teha järelduse kõigi rakkude keemilise koostise sarnasuse, nende ehituse üldplaani kohta, mis kinnitab kogu elusmaailma fülogeneetilist ühtsust.
2. Elu definitsioon teaduse praeguses arengujärgus
Elu mõiste täielikku ja ühemõttelist määratlust on üsna raske anda, arvestades selle ilmingute tohutut mitmekesisust. Enamikus elu mõiste definitsioonides, mille on andnud paljud teadlased ja mõtlejad sajandite jooksul, võeti arvesse juhtivaid omadusi, mis eristavad elavaid elututest. Näiteks ütles Aristoteles, et elu on keha "toitumine, kasv ja kurnatus"; A. L. Lavoisier määratles elu kui "keemilist funktsiooni"; G. R. Treviranus uskus, et elu on "protsesside stabiilne ühtsus koos välismõjude erinevusega". On selge, et sellised määratlused ei suutnud teadlasi rahuldada, kuna need ei kajastanud (ja ei suutnud kajastada) kõiki elusaine omadusi. Lisaks näitavad vaatlused, et elavate omadused ei ole erakordsed ja ainulaadsed, nagu varem tundus, neid leidub elutute objektide hulgas eraldi. AI Oparin määratles elu kui "aine liikumise erilist, väga keerukat vormi". See määratlus peegeldab elu kvalitatiivset originaalsust, mida ei saa taandada lihtsatele keemilistele või füüsikalistele seadustele. Kuid ka sel juhul on definitsioon üldist laadi ega paljasta selle liikumise spetsiifilist eripära.
F. Engels "Looduse dialektikas" kirjutas: "Elu on valgukehade eksisteerimisviis, mille olemuslikuks punktiks on aine ja energia vahetus keskkonnaga."
Praktiliseks rakendamiseks on kasulikud need määratlused, mis sisaldavad põhiomadusi, mis on tingimata omased kõikidele eluvormidele. Siin on üks neist: elu on makromolekulaarne avatud süsteem, mida iseloomustab hierarhiline korraldus, enesepaljunemisvõime, enesesäilitus ja -regulatsioon, ainevahetus, peenreguleeritud energiavoog. Selle määratluse kohaselt on elu vähem korrastatud universumis leviva korra tuum.
Elu eksisteerib avatud süsteemide kujul. See tähendab, et iga eluvorm ei ole suletud ainult iseendas, vaid vahetab pidevalt ainet, energiat ja informatsiooni keskkonnaga.
3. Elusaine põhiomadused
Need omadused kompleksis iseloomustavad mis tahes elavat süsteemi ja elu üldiselt:
1) isevärskendus. Seotud aine ja energia vooluga. Ainevahetuse aluseks on tasakaalustatud ja omavahel selgelt seotud assimilatsiooni (anabolism, süntees, uute ainete teke) ja dissimilatsiooni (katabolism, lagunemine) protsessid. Assimilatsiooni tulemusena uuenevad kehastruktuurid ja moodustuvad uued osad (rakud, kuded, elundite osad). Dissimilatsioon määrab orgaaniliste ühendite lagunemise, varustab rakku plastilise aine ja energiaga. Uue moodustamiseks on vaja pidevat vajalike ainete sissevoolu väljastpoolt ning elutegevuse (ja eriti dissimilatsiooni) protsessis moodustuvad tooted, mis tuleb viia väliskeskkonda;
2) isepaljundamine. Tagab järjepidevuse bioloogiliste süsteemide järjestikuste põlvkondade vahel. See omadus on seotud nukleiinhapete struktuuris sisalduvate infovoogudega. Sellega seoses taastoodetakse ja uuendatakse elusstruktuure pidevalt, kaotamata sarnasust eelmiste põlvkondadega (hoolimata mateeria pidevast uuenemisest). Nukleiinhapped on võimelised talletama, edastama ja reprodutseerima pärilikku teavet, samuti realiseerima seda valgusünteesi kaudu. DNA-le salvestatud teave kantakse RNA molekulide abil üle valgumolekulile;
3) eneseregulatsioon. See põhineb aine-, energia- ja teabevoogude kogumil läbi elusorganismi;
4) ärrituvus. Seotud teabe edastamisega väljastpoolt mis tahes bioloogilisse süsteemi ja peegeldab selle süsteemi reaktsiooni välisele stiimulile. Tänu ärrituvusele suudavad elusorganismid valikuliselt reageerida keskkonnatingimustele ja ammutada sellest välja vaid nende olemasoluks vajalikku. Ärrituvus on seotud elussüsteemide eneseregulatsiooniga tagasiside põhimõttel: jääkained suudavad avaldada pärssivat või stimuleerivat toimet neile ensüümidele, mis olid pika keemiliste reaktsioonide ahela alguses;
5) homöostaasi säilitamine (gr. homoios - "sarnane, identne" ja staas - "liikumatus, olek") - keha sisekeskkonna suhteline dünaamiline püsivus, süsteemi olemasolu füüsikalis-keemilised parameetrid;
6) struktuurne korraldus - teatud korrastatus, elava süsteemi harmoonia. Seda leitakse mitte ainult üksikute elusorganismide, vaid ka nende keskkonnaga seotud agregaatide - biogeocenooside - uurimisel;
7) kohanemine - elusorganismi võime pidevalt kohaneda muutuvate keskkonnatingimustega. Selle aluseks on ärrituvus ja sellele iseloomulikud adekvaatsed reaktsioonid;
- Kokkupuutel 0
- Google Plus 0
- Okei 0
- Facebook 0
