62. Структурные уровни организации живой материи.

В медико-биологической науке широко используется классификация уровней в соответствие с важнейшими чертами, структурами и компонентами организма. Объектами служат организм, органы, ткани. Клетки, внутриклеточные структуры, молекулы.

1.Молекулярно-генетический.

На этом уровне изучаются физико-химические процессы, происходящие в организме – синтез и разложение белков, липидов, нуклеиновых кислот, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген, в котором записан объем биологической наследственной информации.

Элементарное явление на этом уровне – редупликация(самовоспроизведение ДНК). В процессе которой могут возникать нарушения, изменяющие смысл генетической информации, проводящие к изменчивости.

2.Клеточный.

Элементарная структурная функциональная единица - клетка. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации, Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию. На клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи биологической информации и превращения веществ и энергии. Элементарное явление на этом уровне служит энергетической и вещественной основой жизни на всех других уровнях ее организации.

3. Организменный.

Элементарной единицей организменного уровня является особь ( организм) в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим.

Закономерность изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня.

4.Популяционно - видовой.

Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида. Объединение особей в популяцию происходит благодаря общности генофонда, используемого в процессе полового размножения для создания генотипов особей следующего поколения.

5.Биогеоценотический и биосферный.

В процессе совместного исторического развития на определенной территории организмов разных систематических групп образуется динамичные, устойчивые во времени общества- биогеоценозы, которые служат элементарной единицей биогеоценотического (экосистемного) уровня. Элементарное явление на этом уровне представлено потоком энергии и круговоротами веществ. Ведущая роль в этих потоках принадлежит живым организмам.

Биогеоценоз – это открытая в вещественном и энергетическом плане система. Биогеоценозы различаясь по видимому составу и характеристикам абиотической своей части, объединены на планете в единый комплекс – область распространения жизни, или биосферу. Биосфера – это совокупность всех биогеоценозов, образующих единый комплекс, охватывающий все явления жизни на планете.

63.Биологическое обновление.

64. Почему живые организмы можно считать открытой термодинамической сисетмой?

т.к человек (имеет)

Гомеостазис. В целом регулирование направлено на поддержание гомеостазиса – относительно динамического постоянства характеристик внутренней среды организма.

Гомеостазис обусловлен способностью живых систем вырабатывать реакции в ответ на изменение параметров внешней среды, которые исключают или сводят к минимуму последствия этих изменений (ср. с рассмотренным ранее принципом Ле-Шателье).

Задачи управления в живой системе, таким образом, состоят в том, чтобы как можно эффективнее отвечать на изменения, происходящие во внешней и внутренней ее среде, то есть нейтрализовать возмущающие воздействия на систему

управление в живых системах является самоуправлением, процессы регулирования – процессами саморегулирования, а сами живые системы являются самоорганизующимися системами.

Самоорганизация – процесс, в ходе которого создается, поддерживается или совершенствуется организация сложной системы. Свойства самоорганизации присущи всем живым системам: клеткам, организмам, популяциям, биогеоценозам.

Уровни управления. В организме существует несколько уровней управления.

Внутриклеточный механизм регуляции осуществляет биохимическую регуляцию в соответствии с генетической информацией, которая содержится на молекулярном уровне.

Механизм тканевой регуляции. Ткани взаимодействуют в рамках организма путем обмена определенными химическими веществами. Регулирует это взаимодействие еще один, более высокий уровень – железы внутренней секреции. Они вырабатывают гормоны, циркулирующие в крови, которые управляют организмом как целым.

Высший уровень регуляции – центральная нервная система, которая присутствует у всех много клеточных организмов. Она воздействует на все другие уровни регуляции.

Управление организмом имеет многоуровневый «иерархический» характер. На каждом уровне управление направлено на решение задач, присущих этому уровню. Чем выше уровень, тем более общие для системы задачи на нем решаются. Главная же цель, общая для живой системы в целом ставится и решается на высшем уровне управления. Цели и задачи нижележащих уровней носят вспомогательную роль по отношению к общей цели.

65.Поведение энтропии в живой системе. Еще в 1945 г. один из отцов-основателей квантовой физики Э. Шредингер.. Основная идея Шредингера заключалась в том, что «живая материя уклоняется от деградации к равновесию». Но равновесие в изолированной, замкнутой системе характеризуется в рамках классической термодинамики максимумом энтропии. Значит, если система «уклоняется» от равновесия, то она должна постоянно компенсировать производство энтропии какой-то энергией, с точки зрения физики - своей свободной энергией:

,

где F - свободная энергия, S - энтропия, U - внутренняя энергия системы, TS - связанная энергия. Из (2.1.1) следует, что энергия состоит из свободной и связанной энергии.

Свободная энергия - часть внутренней энергии, за счет которой может совершаться работа, а связанная энергия через первое начало термодинамики   определяется теплотой   и не может быть превращена в полезную работу  . Связанная энергия, которая рассеивается в окружающее пространство, как раз и характеризуется энтропией S.

Кстати, из формулы следует, что Шредингер неявно, но предполагал, что живой организм - это открытая система, обменивающаяся с окружающей средой, как мы теперь уже знаем, энергией, материей и информацией.

уменьшение энтропии (возникновение отрицательной энтропии - негэнтропии, по Шредингеру) в живом организме при взаимодействии его с окружающей средой связано с ростом свободной энергии. А термодинамика («властная тетка!») говорит, что увеличение свободной энергии происходит с упорядочением системы, ее усложнением и отклонением от равновесия.

Сам Э. Шредингер считал, что живые организмы «извлекают упорядоченность из окружающей среды», питаются структурированной, упорядоченной пищей, а отдают природе менее структурированные «отходы производства» своей жизнедеятельности. Сначала поступающая пища расщепляется до низкомолекулярных веществ: аминокислот, углеводов, сахаров и т.д., общих для всей живой природы, а затем за счет поглощения энергии извне из «элементарных кирпичиков» жизни организмы строят присущие лишь им белки. Поэтому каждому организму и характерна неповторимая, именно ему присущая комбинация белковых молекул, своя специфичная упорядоченность.

Таким образом, живая природа избегает повышения энтропии и повышает ее в окружающей среде при общении живого организма с ней. Энтропия - «омертвленная» энергия, которую нельзя превратить в работу.