Первый вопрос. Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Готтфилдом Рейнхолдом Тревиранусом и Жаном Батистом Ламарком.

Биология совокупность наук о живой природе, изучающих огромное разнообразие форм и видов живых организмов на Земле. Биология изучает также строение, жизнедеятельность и среду обитания бактерий, грибов, растений, животных и человека. Ученые считают, что в данное время на нашей планете обитают около 500 тыс. видов растений, около 2 млн видов животных, около 100 тыс. видов грибов и более 40 тыс. видов микроорганизмов. Одна из важных проблем, рассматриваемых биологией, происхождение жизни на Земле и законы ее развития.

В зависимости от того, какие объекты живой природы изучает биология, она подразделяется на области науки. Так, особенности строения и жизнедеятельности бактерий изучает микробиология; ботаника исследует строение и физиологические свойства всех растений; зоология изучает царство животных, микология царство грибов; общая биология изучает общие принципы организации живых систем, закономерности развития живого (отдельных организмов и жизни в целом).

Вместе с тем отдельные области биологии изучают общие свойства живых организмов. Так, генетика изучает законы наследственности и изменчивости организмов;

Биохимия - структуру входящих в состав организмов химических веществ и процессы их превращения;

Экология - взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей средой;

Физиология - особенности функционирования целостного организма и его частей;

Анатомия - строение отдельных органов и организма в целом;

Цитология — строение, функции и свойства клетки как живой системы и т. Д

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения, зоология — животных, микробиология — одноклеточные микроорганизмы. Биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология — сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология — основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия — строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология — физические и химические функции органов и тканей, этология — поведение живых существ, экология — взаимозависимость различных организмов и их среды.

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы — палеобиология и эволюционная биология.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления, как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Биологические науки представляют собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства, а также всех тех отраслей производства, которые связаны с живыми организмами. Все биологические науки в той или иной мере являются базой для теоретической или практической медицины. Так, на основе морфологических наук развивается патологическая анатомия, на основе физиологии, биохимии и генетики – патологическая физиология. Гигиена тесно связана с физиологией, экологией и генетикой. Терапия и хирургия постоянно оперируют сведениями из области анатомии, физиологии, биохимии. Акушерство имеет тесную связь с эмбриологией. Эпидемиология опирается на достижения экологии, зоологии, паразитологии, бактериологии, вирусологии.

Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические закономерности.

Важность изучения биологии для медика определяется тем, что биология – это теоретическая основа медицины.. Достаточно привести несколько примеров из истории науки, чтобы убедиться в тесной связи успехов медицины с открытиями, сделанными, казалось бы, в чисто теоретических областях биологии.

Второй вопрос. Наука- система знаний, раскрывающая общие законы и закономерности. Система явилась следствием многочисленных попыток совместить понятия структура и функция. Это целостное обособленное образование, способное производить работу, представленную совокупностью элементов, находящихся в закономерном отношении друг с другом.

1. Исходным пунктом в понятии система является представление о ее целостности. ( относительно к клетке- ядро).

2. С понятие целостности неизбежно связаны и элементы системы (ядро, ЭПС, рибосомы, митохондрии).

3. Представление о целостности конкретизируется через понятие связь. Целостность системы означает, что все ее элементы, соединенные вместе образуют уникальное целое, обладающее новыми свойствами, главным из которых является способность воспроизводить работу.

4. Связи являются специфическими системами, если они отвечают главному условию: наличию двух или более типов связи. Например : структурная и функциональная связи. .1.Структура- Ядро- ЭПС- рибосомы- аппарат Гольджи. 2. Функциональные связи. Ядро- ДНК- и-РНК—Белки- Экспорт.

5. Система может осуществлять работу если имеет механизм перехода из одной энергии в другую.

По перечисленным характеристикам клетки и многоклеточные организмы отвечают понятию система.

Основные признаки живого. Каждый организм представляет собой совокупность упорядочение взаимодействующих структур, образующих единое целое, т. е. является системой. Живые организмы обладают признаками, которые отсутствуют у большинства неживых систем. Однако среди этих признаков нет ни одного такого, который был бы присущ только живому. Возможный способ описать жизнь — это перечислить основные свойства живых организмов.

А. Одна из наиболее примечательных особенностей живых

организмов — это их сложность и высокая степень организации.

Они характеризуются усложненным внутренним строением и со­

держат множество различных сложных молекул.

Б.Любая составная часть организма имеет специальное на­

значение и выполняет определенные функции. Это относится не

только к органам (почки, легкие, сердце и т. д.) и клеткам, но

и к внутриклеточным структурам и молекулам.

В.Живые организмы обладают способностью извлекать, пре­

образовывать и использовать энергию окружающей среды -

либо в форме органических питательных веществ, либо в виде

энергии солнечного излучения. Благодаря этой энергии и веще­

ствам, поступающим из окружающей среды, организмы поддер­

живают свою целостность (упорядоченность) и осуществляют раз­

личные функции, возвращают же в природу продукты распада

и преобразованную энергию в виде тепла, т. е. организмы спо­

собны к обмену веществом и энергией.

Г.Организмы способны специфически реагировать на изме­

нения окружающей среды. Способность реагировать на внешнее

раздражение — универсальное свойство живого.

Д. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обита­

ния. Они прекрасно соответствуют своему образу жизни.

Е. Живым организмам свойственны размножение, наследственность и изменчи­

вость. Для живого характерна способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному-эволюция. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования .

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.

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.

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

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.

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.

Уровни организации живой материи:

Молекулярный.

Начальный уровень организации живого. Предмет исследования - молекулы нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и других биологических молекул, т.е. молекул, находящихся в клетке. 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.Форма организации для этого уровня- доклеточные.Представители:1. Бактериофиги,вирусы.2.Бактерии.

Клеточный.

Изучение клеток, выступающих в роли самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и некоторые другие организмы) и клеток, составляющих многоклеточные организмы. Клетка- структурно-функциональная единица живого, функциональная единица, единица развития.

Тканевый.

Клетки, имеющие общее происхождение и выполняющие сходные функции, образуют ткани. Выделяют несколько типов животных и растительных тканей, обладающих различными свойствами.

Органный.

У организмов, начиная с кишечнополостных, формируются органы (системы органов), часто из тканей различных типов. Представители: Плоские черви, круглые черви.

Организменный.

Этот уровень представлен одноклеточными и многоклеточными организмами. Специфика этого уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущие особям данного вида.

Популяционно-видовой.

Организмы одного и того же вида, совместно обитающие в определенных ареалах, составляют популяцию. Сейчас на Земле насчитывают около 500 тыс. видов растений и около 1,5 млн. видов животных. На нем изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция) проблема сохранения видов.

Биогеоценотический.

Представлен совокупностью организмов разных видов, в той или иной степени зависящих друг от друга.

Биосферный.

Высшая форма организации живого. Включает все биогеоценозы, связанные общим обменом веществ и превращением энергии.

Клеток у человека 10 в 15 степени. В клетке есть механизм обеспечивающий работу при распаде белков, жиров, углеводов, химическая энергия освобождается и скапливается в виде АТФ.

В системе различают структуру системы и поведение системы. Для того что бы разрушить систему достаточно убрать один из ее элементов.

Жизнь- есть способ существования белковых тел (по Энгельсу).

Живых существ на земле 1200000 видов и 400000 растений.

Третий вопрос.

Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Во всем многообразии организмов можно выделить две резко различные группы – неклеточные и клеточные формы жизни. К неклеточным формам жизни относятся вирусы. Вирусы проявляют жизнедеятельность только в стадии внутриклеточного паразитизма. Благодаря своей незначительной величине вирусы могут проходить через любые фильтры, в том числе каолиновые, имеющие наиболее мелкие поры, поэтому первоначально они назывались фильтрующимися вирусами.

Впервые были открыты в 1852 году Ивановским.

Характеристика вирусов:

1. Неклеточные формы жизни, способные проникать в живые клетки и размножаться в них. Для вирусов, как живых форм жизни, характерны 2 свойства:

А. Наличие генетического материала

Б. Способность размножаться в клетке хозяина.

2. Вирусы- инфекционные частицы, т.е внутриклеточные паразиты на генетическом уровне, возбудители вирусных заболеваний.

- У человека: респираторные инфекции, грипп, оспа, полиомиелита.

- У животных: ящир, чумка.

- У растений: мозаичная болезнь табака, карликовость у преницы.

Вирус размножается в клетке-хозяине, используя его генетический механизм: только в ядре, только в цитоплазме, в ядре и цитоплазме.

2. Вирусы отражают молекулярный уровень жизни, т.к состоят из молекул ДНК или РНК, упакован в белковую оболочку- капсид ( образована капсомерами).

Вирусы делят на:

1. Простые или mini:

ДНК- белок --- ДНП (дезоксирибонуклеопротеид).

РНК- белок --- РНП ( рибонуклеопротеид).

Т.е простые вирусы состоят из 1 типа Н.К и белка.

2. Сложные вирусы кроме ДНП или РНП включают: липопротеиды, белки- ферменты, углеводы.

Характеристика Н.К вирусов :

ДНК ( одноцепочечные, двуцепочечные).

РНК ( одноцепочечные, двуцепочечные).

Капсомеры – молекулы белка.

Классификация вирусов, в зависимости от вида Н.К:

1.ДНК-содержащие ( аденовирусы, вирус оспы)

2.РНК- содержащие ( вирус гриппа, полиомиелита, СПИДа).

3. ДНК+РНК- содержащие ( некоторые онковирусы).

Особенности паразитирования вирусных частиц:

1. Вирус видоспецифичен ( вирусы гриппа и полиомиелита- в клетках человека, вирус табачной мозайки- в клетках листьев табака, вирус ящира- в клетках КРС).

2. Вирус тканеспецифичен (вирусы гриппа и простуды- в клетках эпителия верхних дыхательных путей, вирус гепатита- в клетках печени).

3. Вирус поражает ослабленные, старые, травмированные клетки, клетки с нарушенной клеточной мембраной.

Строение:

По лекции Оскольда:

Вирусы являются возбудителями: гриппа, оспы, кори, герпеса, бешенства, гепатита, более 1 тыс. заболеваний.

Грипп ( эпителий верхних дыхательных путей, клетки слизистой оболички и полости).

Оспа, корь ( клетки эпидермиса).

Бешенство ( клетки ЦНС)

Гепатит ( клетки печени).

Литический цикл :

1. Прикрепление или адсорбция. Бактериофаг прикрепляется к клетке-хозяину базальной пластиной.

2. Проникновение. ДНК бактериофага проникает в клетку-хозяина ( за счет сокращения полового стрежня бактериофага). Дезинтеграция- распыление фаговой ДНК.

3. Синтез ДНК и белка бактериофага.

4. Сборка новых фаговых частиц ( вокруг фаговой ДНК формируется белковая оболочка).

5. Выход новых фагов, лизис клетки хозяина.

Лизогенный жизненный цикл:

Фаговая ДНК проникает в клетку-хозяина, внедряется ее геном, но синтеза вирусспецифичных частиц не происходит. Такой бактериофаг называется умеренным фагом или профагом, а бактерия лизогенной.

1. Прикрепление к клетке и введение в нее ДНК

2. Образование кольцевой формы ДНК

3. Включение ДНК бактериофага в хромосому клетки-хозяина.

4. Клеточное деление.

Вирусные частицы проникают в клетку-хозяина и частично размножаются в ней. Инфицированная таким образом клетка ведет себя по разному:

А. никаких изменений в ней не происходит

Б. происходит перерождение клетки в опухолевую

В. Угнетается синтез клеточных макромолекул

Г. Активируются защитные реакции клетки

Клетки в период атаки вирусов выделяет интерферон (имеет белковую природу). Интерферон производят искусственно- профилактическое средство при заболевании гриппа.

Фаги, проникая в определенные виды бактерий, размножаются и вызывают растворение (лизис) бактериальной клетки. В связи с этим они используются с профилактической и лечебной целью, например, против возбудителей холеры, брюшного тифа и др. Иногда проникновение фагов в клетку не сопровождается лизисом бактерии, а ДНК фага включается в наследственные структуры бактерии и передается ее потомкам. Это может продолжаться на протяжении многих поколений потомков бактериальной клетки, воспринявшей фаг. Такие бактерии получили название лизогенных. Под влиянием внешних факторов, особенно лучистой энергии, фаг в лизогенных бактериях начинает проявлять себя, и бактерии подвергаются лизису. Эта особенность лизогенных бактерий сделала их обязательными «пассажирами» космических кораблей, где они служат индикатором проникновения космической радиации в кабину корабля. Их используют также для изучения явлений наследственности.

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.

Общая вирусология изучает природу вирусов, их строение, размножение, биохимию, генетику. Медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная вирусология исследует патогенные вирусы, их инфекционные свойства, разрабатывает меры предупреждения, диагностики и лечения вызываемых ими заболеваний. Раздел вирусологии, изучающий наследственные свойства вирусов, тесно связан с молекулярной генетикой.

Четвертый вопрос.

Все живые организмы состоят из клеток. Клетка - элементарная единица строения, функционирования и развития живых организмов. Существуют неклеточные формы жизни - вирусы, однако они проявляют свои свойства только в клетках живых организмов. Клеточные формы делятся на прокариот и эукариот.

Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р. Гуку, который, просматривая под микроскопом тонкий срез пробки, увидел структуры, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками. Позже одноклеточные организмы исследовал голландский ученый Антони ван Левенгук. Клеточную теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн в 1839 г.

Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом:

1.Клетка — элементарная структурная единица строения всех живых существ.

2.Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре.

Современная клеточная теория существенно дополнена Р. Биржевым и др.

Основные положения современной клеточной теории:

1.Клетка – элементарная единица живого.

Живому свойственен ряд совокупных признаков, таких, как способность к воспроизведению (репродукции), росту, использование и трансформация энергии, метаболизм (ассимиляция и диссимиляция), возбудимость, раздражимость, изменчивость и др. Такую совокупность признаков можно обнаружить на клеточном уровне. Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Можно выделить из клетки отдельные ее компоненты или молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями, но только клетка в целом является наименьшей единицей, обладающей всеми свойствами живого.

2.Клетки разных организмов гомологичны по своему строению.

Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом..

Различие клеток связано со специализацией их функций, с развитием особых клеточных аппаратов (например, фибриллярные компоненты в мышечных клетках, тигроид и отростки со специальными структурами передачи нервного импульса (синапс)).

3.Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки.

Формулировка этого положения связана с именем Р. Вирхова. Размножение клеток прокариотических и эукариотических организмов происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала (редупликация ДНК).

4.Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Действительно, клетка – это единица функционирования в многоклеточном организме. Но клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Специализация частей многоклеточного организма, расчлененность его функций, дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида.

5.В клетке содержится вся генетическая информация о строении и функциях организма.

Этот постулат появился после изучения строения и функций ДНК, которая является носителем генетической информациии клетки.

Выделяют два типа клеточной организации:

1) прокариотический.

2) эукариотический.

Выделяют прокариотический и эукариотичекий типы с подразделением второго на подтип клеток простейших организмов и подтип многоклеточных.

Клетки прокариотического типа имеют особенно малые размеры – не более 0,5-5,0 мкм в диаметре. Содержимое прокариотической клетки одето плазматической мембраной, играющей роль активного барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Обычно снаружи от плазматической мембраны расположена клеточная стенка или оболочка – продукт клеточной активности. У них нет морфологически обособленного ядра, так как ядерный материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. Генетический аппарат образован единственной кольцевой хромосомой, которая лишена основных белков – гистонов (нуклеоид). В клетке отсутствует развитая система мембран, хотя некоторые виды бактерий (например, фототрофные пурпурные бактерии) богаты внутриклеточными мембранными системами. Очень сильно цитоплазматические мембраны развиты у сине-зеленых водорослей. В основном веществе (или матриксе) цитоплазмы прокариотических клеток располагаются многочисленные рибосомы. У прокариот отсутствует клеточный центр. Для них не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской, сравнительно мало и исчисляется десятками минут. Прокариотические клетки не делятся митозом. К этому типу клеток относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами: клетки простейших и клетки многоклеточных организмов (растительные и животные). Особенностью организмов простейших является то, что они, исключая колониальные формы, в структурном отношении представляют собой клетку, а в физиологическом – целый организм. В связи с этим в клетках некоторых простейших имеются миниатюрные образования, выполняющие на клеточном уровне функции органов, аппаратов и систем органов многоклеточного организма (цитостом, цитофарингс, порошица, сократительные вакуоли, генеративное и вегетативные ядра инфузорий). Основным отличительным признаком эукариотических клеток является наличие морфологически выраженного ядра. Кроме того, в цитоплазме таких клеток существует целый набор специальных структур, органелл, выполняющих отдельные специфические функции. К числу органелл относят мембранные структуры: ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды (в клетках растений). Кроме того, для эукариотических клеток характерно наличие немембранных структур, таких, как центриоли (в клетках животных), рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и др. Эукариотические клетки обычно намного крупнее прокариотических.

К прокариотам относятся бактерии, к эукариотам — растения, грибы, животные. Организмы могут состоять из одной клетки (прокариоты и одноклеточные эукариоты) и из множества клеток (многоклеточные эукариоты). У многоклеточных происходит специализация и дифференциация клеток, а также образование тканей и органов.

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Размеры клеток	Диаметр 0,5 – 5 мкм	Диаметр примерно 40 мкм. Объем клетки в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот.
Ядро	нет	Есть
Ядерная мембрана	Нет	есть
Генетический аппарат	Одна кольцевая хромосома в зоне нуклеотида	Хромосомы
Система цитоплазматических мембран	нет	Есть
ЭПС	Нет	есть
Рибосомы	есть (70S типа)	Есть (80S типа)
Митохондрии	Нет	Есть
Комплекс Гольджи	Нет	Есть
Лизосомы	Нет	Есть
Клеточный центр	Нет	Есть
Микротрубочки	Нет	Есть
Внутриклеточное перемещение цитоплазмы	Нет	Есть
Органоиды движения	Жгутики. Жгутиковая нить состоит из белка флагеллина.	Реснички и жгутики включают в свой состав микротрубочки, построенные из белка тубулина.
Наружная клеточная мембрана	Есть	Есть
Клеточная стенка	Жесткая, содержит полисахариды, основной – муреин (пептидогликан)	У растений содержит целлюлозу, у насекомых и грибов – хитин, у животных отсутствует.
Деление	Прямое	Митоз, мейоз