1. Биология как наука. Её задачи, объекты, методы исследования.

Биология как наука изучает все проявления жизни. Термин был введён в начале 19в. Ламарком и Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. Биология это совокупность наук о живой природе. Задачи: Изучение процессов происхождения и развития жизни. Объекты: все живые организмы. Методы:

Наблюдение,

Описание и сбор сведений и описание биообъектов и явлений природы,

Сравнение метод сопоставления различных организмов между собой,

Исторический автором метода является Дарвин. С помощью этого метода можно изучать организмы которые жили ранее, Экспериментальный на животных, растениях, микроорганизмах ставятся различные опыты с целью выявить законы биологии

2. Сущность жизни, уровни организации живого. Фундаментальные свойства живого, клетка - элементарная биологическая единица.

Сущность жизни Живая материя качественно отличается от неживой огромной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью . Живая и неживая материя сходны на элементарном химическом уровне, т. е. состоят из одних химических элементов

Уровни организации живого;

Жизнь на Земле представлена организмами своеобразного строения, принадлежащими к определенным систематическим группам (вид), а такжесообществам разной сложности (биогеоценоз, биосфера)

1.      Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

2.      Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.

3.      Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии - от момента зарождения до прекращения существования - как живая система. На этом уровне возникают системы органов, специализированных для выполнения различных функций.

4.      Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, в которой создается популяция - надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования - процесс микроэволгоции.

5.      Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов 'и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.

6.      Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.

Для всех уровней организации живых систем характерны свойства, отличающие живую материю от неживой. К числу основных, фундаментальных свойств живого относятся:

1.      Потребление из окружающей среды и превращение питательных веществ (подсистем) с низкой энтропией (метаболизм). Это необходимо для поддержания структурной целостности биосистемы, её роста и размножения.

2.      Обмен веществом и энергией с окружающей средой. Таким путем обеспечивается приток необходимых для жизнедеятельности структурных элементов живого, их превращение, утилизация, выделение продуктов с высокой энтропией и тепловой энергии.

3.      Регуляция. Поддержание структурно-функциональной организации биологической системы требует упорядоченности течения обменных процессов. Для этого у высокоорганизованных организмов формируются специальные механизмы регуляции, модулирующие активность отдельных органов и систем, интенсивность протекающих в них процессов. Механизмы регуляции обеспечивают адаптацию системы к изменяющимся условиям среды.

4.      Раздражимость и реактивность. Различные химические и физические факторы окружающей среды являются своеобразными сигналами или источниками информации, на которые живой организм реагирует в той или иной форме. Структуры, предназначенные для восприятия и переработки соответствующей информации, используют поступающее раздражение, что позволяет организму адекватно на него реагировать.

5.      Репродукция. Это свойство обеспечивает поддержание или увеличение численности биологических объектов всех видов и типов. В основе репродукции лежит процесс клеточного деления. В ходе клеточного деления осуществляется перенос ДНК (генетического материала) материнских клеток к дочерним клеткам и за счет этого обеспечивается в последующем репродукция и всех остальных компонентов живого. Сохранение информации о свойствах предшествующих поколений, зашифрованных в молекулах ДНК (генах), передающихся из поколения в поколение - суть наследственности.

6.      Гомеостаз. Это самовозобновление и самоподдержание внутренней среды организма.

Фундаментальные свойства живого - тесно связанные, неотделимые друг от друга феномены. Тем не менее, первичные эффекты высокотоксичных соединений порой связаны с избирательным нарушением отдельных фундаментальных свойств живого - метаболизма, пластического обмена, энергетического обмена, регуляции, раздражимости, репродукции, гомеостаза. Чем более токсично соединение, тем более выражена эта избирательность.

1. Клетка как элементарная биологическая система

Все живые организмы построены из клеток. Одноклеточные организмы (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы) состоят из одной клетки, многоклеточные (большинство растений и животных) – обычно из них многих тысяч клеток.

Клетка – элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клеточные структуры лежат в основе строения растений и животных. Каким бы многообразным ни представлялось строение организмов, в основе его лежат сходные структуры – клетки. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществом и энергией, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешний сигналы (раздражители), способна передвигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами, наименьшей структурной и функциональной единицей живого. Она может жить и отдельно – изолированные клетки многоклеточных организмов продолжают жить и размножаться в питательной среде. Функции в клетке распределены между различными органеллами, такими как клеточное ядро, митохондрии и т. д.

3. Клеточная теория: основные этапы развития.

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. (Вне клетки жизни нет).

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной клетки.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани, из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клеточная теория была сформулирована в 1839 г. немецким зоологам и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение. Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма — клетки. Как и всякое крупное научное обобщение, клеточная теория не возникла внезапно: ей предшествовали отдельные открытия различных исследователей. 

4. Типы клеточной организации. Про - и эукариотические клетки, особенности строения и жизнедеятельности

В природе существует значительное разнообразие клеток, различающихся по размерам, форме, химическим особенностям. Число же главных типов клеточной организации ограничено двумя. Выделяют прокариотический и эукариотический типы.

Эукариоты появились среди обитателей планеты около 1, 5 млрд. лет назад. Отличаясь от прокариот более сложной организацией, они используют в своей жизнедеятельности больший объем наследственной информации. Так, общая длина молекул ДНК в ядре клетки млекопитающего составляет примерно 2-5·10⁹пар нуклеотидов, т.е. в 1000 раз превосходит длину молекулы ДНК бактерии. 

Клеткам прокариотичечкого типа свойственны малые размеры (неболее 0,5—3,0 мкм в диаметре или по длине), отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков - гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). Благодаря значительному количеству диаминокислот аргинина и лизина гистоны имеют щелочной характер.

Различия прокариотических и эукариотических клеток по наличию гистонов указывают на разные механизмы регуляции функции генетического материала. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр. Не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской (время генерации), сравнительно мало и исчисляется десятками минут. К прокариотическому типу клеток относятся бактерии и синезеленые водоросли.

5. .Вирусы: строение, организация генетического материала, медицинское значение

Вирусы состоят из следующих основных компонентов:

1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет информацию о нескольких типах белков, необходимых для образования нового вируса.

2. Белковая оболочка, которую называют капсидом (от латинского капса - ящик). Она часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии.

3. Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).

Капсид и дополнительная оболочка несут защитные функции, как бы оберегая нуклеиновую кислоту. Кроме того, они способствуют проникновению вируса в клетку. Полностью сформированный вирус называет

Организация генетического материала .

 У известных вирусов геном представлен одним из множества типов (однонитчатой, двунитчатой, линейной, циркулярной, сегментарной) ДНК или РНК. Среди вирусов человека и животных преобладают РНК-содержащис: из 17 семейств лишь 6 представлены ДНК-содержащими. Полагают, что РНК-содержащие вирусы представляют пример самостоятельного направления эволюции ся вирионом.

Значение вирусов для медицины

Вирусы являются возбудителями многих опасных заболеваний человека, животных и растений. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»). Они передаются при непосредственном физическом контакте, воздушно-капельным, половым путем и другими способами. Вирусы могут также переноситься и другими организмами (переносчиками): так вирус бешенства переносится собакой или летучей мышью.

Более десяти групп вирусов патогенны для человека. Среди них имеются как ДНК-вирусы (вирус оспы, группа герпеса, аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), паповавирусы (бородавки), гепаднавирусы (гепатит В)), так и РНК-вирусы (пикорнавирусы (гепатит А, полиомиелит, ОРЗ), миксовирусы (грипп, корь, свинка), арбовирусы (энцефалит, желтая лихорадка)). К вирусным заболеваниям относится и обнаруженный в 1981 году вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.

Из-за высокой мутабельности лечение вирусных заболеваний довольно сложно. Гораздо успешнее применять вакцинацию, заключающуюся во введении аттенуированных (ослабленных) микроорганизмов или умеренных (близкородственных, но не патогенных) штаммов. В 1796 году Эдуард Дженнер изобрел оспопрививание (сейчас вирус оспы остался только в нескольких научных лабораториях), а в 1885 году Луи Пастер сделал первую прививку от бешенства, также практикуют пассивную иммунизацию, то есть введение готовых антител из крови животных. Борьба с вирусными заболеваниями человека и животных ведется также с использованием неспецифических препаратов (например, интерферона), специфических сывороток и препаратов, подавляющих репродукцию вирусов.

Попытки использовать вирусы на пользу человечеству довольно немногочисленны. Так, в середине ХХ века вирус кроличьего миксоматоза использовали в Австралии, чтобы уменьшить поголовье этих чрезвычайно расплодившихся животных.

Вирусы широко используются как объекты молекулярно-генетических исследований. В генной инженерии вирусы применяются для переноса генетического материала.

Благодаря успехам генетики в будущем, возможно, искусственные вирусы смогут уничтожать больные клетки, не затрагивая при этом здоровые, или излечивать их, добавляя необходимый ген.

Некоторые вирусы могут нарушать нормальное функционирование генетического аппарата клетки хозяина, что приводит к развитию онкологических заболеваний.

6. .Клетка как открытая система: Потоки вещества, энергии и информации в клетке

4Клетка как открытая живая система: потоки вещества, энергии и информации в клетке

Любая живая система является открытой к внешнему миру обменивая вещество, энергию и информацию. Обмен веществ клетки нужен для постоянного самообновления ее белков и структурных компонентов, клетка получает из окружающей среды пластический материал из которого строится тело или производится определенная работа. Для процесса самообновления и совершения работы нужна энергия, универсальным источником энергии является АТФ. Поток веществ и энергии тесно связаны между собой в единый процесс внутриклеточного метаболизма. Метаболизм представлен 2 каскадами: анаболизм и катаболизм. Анаболизм- каскад реакций биологического превращения веществ. Катаболизм – каскад реакций биологического превращения энергии.

Строение биологической мембраны – бислой липидов головками внутрь клетки, а концами обращены друг другу. Пронизывают белки на различной глубине. Липидный слой обладает 3 свойствами 1) способность к самосборки, основанное на способность липидов к растеканию. 2 свойство полупроницаемости 3) является диэлектриком наружный заряд + а внутренний минус Функции клеточной мембраны 1) защитная, барьерная - защита от повреждения и проницаемости вредных веществ 2) адгезивная – межклеточные контакты 3) антигенная – клетки иммунной системы могут различать чужие белки. 4) рецепторная- сигналы опознавания 5) ферментотивная 6) биоэлектрическая – на свойствах билипидного слоя нести разлиные заряды при действие раздрожителя. 7) транспортная.

Мембранный транспорт – лежит в основе потока веществ и энергии. Виды транспорта- пассивный и активный, экзо- и эндо- цитоз Пассивный транспорт без затраты энергии по градиенту концентрации. Способы 1)простая диффузия через поры 2. облегченная диффузия- белки переносчики 3. осмос Активный транспорт с затратой энергии калий натриевый насос.

Поток информации- клетки сохраняет и передат потомству. Сохраняет свою видо спцефичность. Белковые молекулы не способны к самовоспроизведению, необходима матрица т.е носитель информации – молекула нуклеиновых кислот (ДНК). У эукариот основная часть ДНК находится в ядре в составе хромосом, откуда она некогда не выходит. Синтез белков происходит на рибосомах клетки ДНКтранскрипция и-РНКтранцляция белок - у прокариот. У эукариот ДНКтранскрипция про-иРНК процессинг сплайсинг «зрелая» и-РНК трансляция белок.