МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
«МАКІЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ»
КУРС ЛЕКЦІЙ
З ДИСЦИПЛІНИ БІОЛОГІЯ
2013
Курс лекцій з дисципліни « Біологія».
Підготувала: Квасова Н.П. – викладач ДВНЗ «Макіївський політехнічний коледж» 2014р.
Викладено повний курс лекцій за навчальною програмою рівня «Стандарт»
Для викладачів вищих навчальних закладів I рівня акредитації.
Рецензент : голова регіонального методичного об’єднання викладачів природничих наук . викладач вищої катогії Харцизьського металургійного технікуму ДВНЗ «Дон НТУ» , С.В. Плахтій
Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії природничих дисциплін
( протокол №____ від ___20___р)
Голова циклової комісії_____________________________________Шуміліна І.А.
Перелік лекцій
Вступ. Система біологічних наук. Методи біологічних досліджень. Рівні організації життя. Основні властивості живого……………..4
Елементний склад організмів. Неорганічні речовини у життєдіяльності організмів. Біологічна роль іонів………………..21
Органічні речовини,їх різноманітність та значення в існуванні живих істот. Ліпіди,моносахариди,амінокислоти,нуклеотиди,їх будова та властивості………………………………………………..35
Макромолекули :полісахариди,білки………………………………52
Нуклеїнові кислоти,їх будова,властивості,роль в життєдіяльності організмів………………………………………………………….….62
Ферменти,вітаміни,гормони,фактори росту. Їх роль у життєдіяльності організмів……………………………………….…79
Історія вивчення клітини. Методи цитоплазматичних досліджень. Будова про - та еукаріотів. Клітинні мембрани:їх склад,будова та функції. Транспорт речовин………………………………………..89
Ядро. Будова та функції ядра клітин еукаріотів. Цитоплазма,органоїди,включення………………………………...113
Рибосоми,їххімічнийсклад,будова,функції.Біосинтезбілка….....129
Двомембранні органели:мітохондрії. Їх функції та будова. Клітинне дихання…………………………………………………...139
Пластиди,їх функції та будова. Фотосинтез. Значення фотосинтезу…………………………………………………………148
Поділ прокаріотичних клітин. Хромосоми. Каріотип. Клітинний цикл еукаріотичних клітин. Механізми відтворення і загибелі клітини. Мітоз………………………………………………………158
Мейоз. Обмін речовин і енергії в клітині-енергетичний та пластичний обміни………………………………………………….173
Сучасна клітинна теорія. Цитотехнології-можливості та перспективи використання. Клітина-елементарна цілісна жива система……………………………………………………..………..180
Стовбурові клітини. Взаємодія клітин……………………………190
Утворення тканин тварин,рослин.Гістотехнології-можливості та перспективи використання…………………………………………215
Неклітинні форми життя і одноклітинні організми………………229
Особливості організації і життєдіяльності багатоклітинних організмів……………………………………………………………242
Генетична термінологія і символіка. Методи генетичних досліджень. Моногібрідне схрещування………………….………250
Закони Г.Менделя. Їх статист стати характер і їх цитологічні основи……………………………………………………………..…273
Хромосомна теорія спадковості. Зчеплене успадковування….…304
Позаядерна спадковість. Комбінативна мінливість. Мутаційна мінливість. Види мутацій. Мутагени…………………………..…315
Модифікаційна мінливість…………………………………………330
Основні закономірності функціонування генів у про - та еукаріотів. Взаємодія генів. Роль генотипу і середовища у формуванні фенотипу. Генетика людини………………………………………338
Генетичні основи селекції. Досягнення селекції тварин, рослин. Основні напрями сучасної біотехнології…………………………357
Трансгенні організми. Проблеми , які пов’язані з генетично-модифікованими організмами і їх застосуванням………………386
Запліднення. Онтогенез. Ембріогенез та постембріональний розвиток. Механізми регенерації. Ріст організмів. Химерні організми………………………………………………………….…415
Екологічні чинники. Загальні закономірності їх впливу на організм. Середовища існування. Пристосування організмів до чинників існування………………………………………………………….…453
Популяція. Особливості характеристики популяції. Екосистеми. Кругообіг речовин і потік енергії в екосистемах…………………457
Загальна характеристика біосфери. Вплив живих істот на склад атмосфери.Екологічна криза сучасності………………………………………………………..…..493
Глобальні кліматичні зміни. Можливі шляхи подолання екологічної кризи. Альтернативні джерела енергії…………..…506
Природоохоронне законодавство України. Міжнародне співробітництво у справі охорони природи………………………526
Гіпотези виникнення життя на землі. Становлення еволюційних поглядів. Штучний добір. Природний добір. Рівні еволюції:мікро- та макроеволюція. Видоутворення…………………………….….559
Основи еволюційного вчення. Мікроеволюція. Природний добір. Адаптації……………………………………………………….……587
Різноманіття органічного світу. Система органічного світу як відображення його історичного розвитку. Поява основних груп організмів на Землі………………………………………………...616
Лекція
Вступ. Основні властивості організмів. Рівні організації життя.
План.
Вступ.
Коротка історія розвитку біології. Видатні вчені-біологи.
Методи біологічних досліджень.
Основні властивості організмів.
Рівні організації живої матерії.
Література.
Полянський Ю.И., Браун А.Д., Верзилин Н.М. и др. Загальна біологія. Підручник для 9–10 кл. ср. шк/ Под ред. Ю.И. Полянського. 17-е изд., перероб. – М.: Просвещение, 1987.
Т.В.Іванова, Г.С.Каликова, А.Н.Мягкова "Збірник завдань з загальної біології" Просвещение, М., 2002
"Біологія. Контрольні вимірювальні матеріали для подгот-ки к ЕГЭ, 2005" М.
В.В. Балабанова, Т.В. Максимцева Посібник “Біологія. Єкологія. Здоровий засіб життя” “Вчитель”, В.
А.П.Пуговкін, Н.А. Пуговкіна, В.С. Михеїв "Практикум по Общей биологии(10-11 кл)" Просвещение, М., 2002
А.В.Пименов, И.Н.Пименова "Дидактические материалы к разделу «Загальна біологія», 9-11 кл." М.: изд-во НЦ ЭНАС, 2004
Cправочник студента: Біологія. М.: Филологическое общество "Слово", 2001. 640 с.
Р.Г. Заяц, И.В. Рачковская, В.М. Стамбровская. Біологія для поступающих в вузи. Минск: "Вышэйшая школа", 2000. 524 с.
А.А.Каменський, Н.А.Соколова, С.А.Титів. 1000 вопросов и ответов. Біологія: Учебное пособие для поступающих в вузи. 2-е изд. М.: Книжний дім "Університет", 1999.
Геном, клонирование, происхождение человека.- Фрязино: Век «, 2004.- 224 с.: ил.- (Наука для всіх)
История жизни на Земле.- М.: Астрель: АСТ, 2001.- 96 с.: ил.- (Энциклопедия для юношества)
Мамонтов С. Г. и др. Основи биологии: Курс для самообразования.- М.: Просвещение, 1992.- 416 с.: ил.
Петросова Р.А. Обмін веществ и енергія в клетке и организме. – М.:Дрова, 2004.-80с.: ил. – (Теми шкільного курсу).
Соколовская Б. К. 120 задач по генетики (с решениями): Для школьников, лицеистов и гимназистов.- М.: Центр РСПТ, 1991.- 88 с
Вступ
Наша планета чудова тим, що на ній є життя. Земля заселена рослинами, тваринними, мікроорганізмами. Життя є в лісах і горах, морях і пустелях. Наука, вивчаюче життя, називається біологією.
Не на всіх планетах можливе життя. Для її виникнення необхідне поєднання певних умов: наявність вологи і атмосфери, відповідна температура на поверхні. Тому, наприклад, на Місяці життя неможливе: на цьому супутнику відсутня атмосфера, а температура може змінюватися на 300°. Та і на нашій планеті життя не завжди існувало: були потрібно мільярди літ, щоб на Землі склалися необхідні умови.
Що ж відрізняються населяючі Землю організми від так званої «неживої природи»? Живі організми на відміну від мертвої матерії народжуються, розмножуються і вмирають; але найголовніше – в них безперервно йде обмін речовин. Вони харчуються неорганічними речовинами або іншими організмами, переробляючи цю їжу в клітках свого тіла. З другого боку, органічні речовини розпадаються на більш прості, вивільняючи так необхідну тілу енергію.
В наші дні значення біології постійно зростає. Пізнання законів життя важливо для сільського господарства і космосу, медицини і екології. Не випадково деякі учені затверджують, що XXI вік – століття біології, яке приведе людство до управління основними законами життя.
Ви приступаєте до вивчення заключного розділу біології - загальної біології. Біологія як наука пізнає закономірності життя, всі форми її прояву від примітивних одноклітинних бактерій до складноорганізованих рослин, тваринних, включаючи і людину.
Різноманіття живого на Землі поставило учених перед необхідністю виділити в біології ряд областей: ботаніку, зоологію, мікробіологію, генетику, фізіологію, екологію, систематику і ін. Це дає можливість глибоко вивчити особливості будови, функціонування, розвитку кожного живого організму, кожної форми прояву життя, проникнути в єство що відбуваються в них процесів, встановити рівень їх організації, ієрархію.
З особливостями різних форм життя ви ознайомилися в основній школі при вивченні розділів "Рослини", "Бактерії", "Гриби", "Лишайники", "Тваринні", "Людина". Всі форми прояву життя мають багато загального, їх функціонування підкоряється єдиним закономірностям. Ці закономірності і загальні ознаки життя розкриваються в заключному розділі курсу біології, який вам належить вивчити.
Загальна біологія вивчає закономірності життя, що виявляються на різних рівнях її організації: клітинному, організмовому, популяція-видовому, біоценотичному, біосферному.
Основні ознаки біосистем: цілісність, ієрархічність, відвертість, функціональність, стійкість, пристосованість до навколишнього середовища.
Особливість біологічних об'єктів як ієрархічних систем зумовила виділення основних рівнів організації живої природи: клітинного, организменого, популяція-видового, біоценотического і біосферного. Від рівня до рівня спостерігається ускладнення біосистем, поява у них нових якостей.
Ви вивчатимете основні властивості біосистем різного рівня: клітку, організм, популяцію, вигляд, біоценоз, біосферу.
Багато проявів життя пов'язано з особливостями будови і функціонування клітки. Який будова клітки? Яка її молекулярна організація? Чому клітки розрізняються? Як з однієї клітки утворюється багатоклітинний організм? На ці питання відповідає наука про будову і функціонування клітки - цитологія.
Механізми зберігання, передачі і реалізації генетичної інформації вивчає молекулярна біологія.
Закономірності спадковості і мінливості, причини схожості і відмінностей організмів, появи спадкових хвороб вивчає наука генетика.
Взаємостосунки організмів між собою, їх взаємодія з середовищем незаселеного, пристосування до життя в природних співтовариствах вивчає екологія.
Перед ученими, що вивчають процес історичного розвитку - еволюцію, стоять питання: як і коли, виникло життя на Землі? Як утворюються нові види і які причини їх різноманіття? Який механізм еволюції живої природи?
Загальні закони живої природи людина широко використовує в своїй практичній діяльності при вирощуванні рослин і розведенні тварин, виведенні нових сортів і порід. Всі сучасні сорти рослин і породи тварин створені людиною завдяки селекції.
Селекція - це наука про створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин і порід тваринних.
Коротка історія розвитку біології. Видатні учені-біологи.
Біологія йде своїми коренями в глибоку старовину. Єгипетські і шумерські жерці, вчені Індії і Китаю накопичили чималий досвід в науці про життя. Що жив в V столітті до н.е. Гіппократ вперше поставив медицину на наукову основу, за що його цілком заслужено прозвали «батьком медицини». Через століття Аристотель узагальнив всі біологічні знання, ставши по праву засновником біології. В історії науки Аристотель першим розробив систематику тварин; він розділив їх на тваринах з кров'ю і безкровних. В II столітті н.е. Гален заклав фундамент анатомії.
Середньовіччя, пройшовши важким чоботом по всьому науковому життю Європи, істотно загальмувало і розвиток біології. Хранителями знань в ці похмурі століття сталі арабські учені. Тільки в XVI столітті з настанням епохи Відродження розвиток науки продовжився. На початку XVII століття Уїльям Гарвей відкрив кровообіг, а через 50 років за допомогою винайденого незадовго до цього мікроскопа Антоні Ван Левенгук відкрив двері в світ мікроорганізмів.
До XVIII століття зібралася величезна кількість описів різних тварин і рослин зі всього світла. Узагальнив і систематизував ці знання шведський учений Карл Лінней. Жан-Батист Ламарк запропонував першу теорію еволюції, а Жорж Кювье довів мінливість живого експериментально, створивши нову науку – палеонтологію.
XIX і XX століття сталі часом приголомшливих наукових відкриттів. Домінуючу майже століття теорію катастроф змінила теорія природного відбору Чарльза Дарвіна. Іван Павлов заклав основи сучасної фізіології, Володимир Вернадській став творцем вчення про біосферу. Луї Пастер і Олександр Флемінг істотно просунули вперед медицину. І з'явилася найбільш динамічна в сучасній біології наука – генетика.
Рис. 1- Місце біології серед інших наук
В даний час біологія умовно розділяється на дві великі групи наук. Біологія організмів сюди входить науки про рослини (ботаніка), тваринні (зоологія), грибах (мікологія), мікроорганізмах (мікробіологія) вивчає окремі групи живих організмів, їх внутрішню і зовнішню будову, спосіб життя, розмноження і розвиток. Загальна біологія вивчає життя на різних рівнях: молекулярному (молекулярна біологія, біохімія і молекулярна генетика), клітинному (цитологія), тканинному (гістологія), на рівні органів і їх систем (фізіологія, морфологія і анатомія), популяцій і природних співтовариств (екологія).
Біологія тісно пов'язана з іншими природними науками. Так, на стику між біологією і хімією з'явилися біохімія і молекулярна біологія, між біологією і фізикою – біофізика, між біологією і астрономією – космічна біологія. Екологія, що знаходиться на стику біології і географії, в даний час часто розглядається як самостійна наука.
Біологія досліджує також наслідки впливу діяльності людини на природу, прогнозує їх, розробляє шляхи збереження цілісності біосфери.
Важливість біологічних проблем очевидна. Від їх рішення багато в чому залежить існування людства на Землі. От чому абсолютно справедливо думка деяких учених, що вважають, що ми вступили в століття біології, в століття пізнання основних законів життя.
Систематика органічного миру
Систематика – це частина ботаніки і зоології, що вивчає різноманітність форм живого. Систематика дає наукові назви організмам, оцінює риси схожості і відмінності між ними. Важливою частиною систематики є таксономія, метою якої є розділення організмів на групи (таксони) і розташування цих груп в порядку, що відображає їх споріднені зв'язки і ієрархію. Існує декілька методів визначення відносного положення таксона в системі.
Основним таксонами є царство, тип (відділ), клас, загін (порядок), сімейство, рід, вигляд. Кожна попередня група в цьому списку об'єднує дещо подальших (так, сімейство об'єднує декілька пологів і, у свою чергу, належить до якого-небудь загону або порядку). У міру переходу від вищої ієрархічної групи до низької ступінь спорідненості зростає. Для більш детальної класифікації використовуються допоміжні одиниці, назви яких утворюються надбавкою до основних одиниць приставок «над - « і «під -», наприклад, надцарство, підвид. Тільки вигляду можна дати відносно строге визначення, вся решта таксономічних груп визначається достатньо довільно.
Спроби класифікації живої матерії робилися ученими неодноразово. Серед перших спроб можна пригадати праці Аристотеля по зоології і Теофраста по ботаніці. Початок сучасній систематиці поклала «Система природи» Карла Ліннея. Він розділив всіх тварин на шість класів: звіри, птахи, гади, риби, комахи і черв'яки, а всі рослини – на декілька класів по статевих ознаках. До середини XIX століття деякі учені (наприклад, Ернст Геккель) нарівні з тварин і рослин сталі виділяти нове царство протистів, до якого увійшли бактерії, водорості, гриби і одноклітинні тварини.
З розвитком мікробіології стало ясно, що однією з найважливіших характеристик організмів є їх клітинна будова. В результаті, в першій половині XX століття були виділені два надцарства – прокаріоти і єукаріоти. Надцарство прокаріот включило бактерії і синьо-зелені водорості, клітки яких не містять ядра. Решта клітинних організмів була віднесена до ядерних (эукаріотам).
Особливою формою, проміжною між живим і неживим станом, є віруси, відмінні від всієї решти організмів відсутністю найважливішої ознаки організації живої матерії – клітинної будови. Деякі дослідники, щоб показати відмінність вірусів від інших організмів, вводять новий таксон – імперію – і включають в одну з імперій віруси, а в іншу – всі клітинні організми.
В 90-х роках XX століття учені звернули пильну увагу на дуже стародавню і порівняно нечисленну групу архебактерий. З'ясувалося, що хоча клітка архебактерії і не містить ядра, вона разюче відрізняється за будовою і від клітки эукариот, і від клітки прокариот. В результаті архебактерії, що розглядалися раніше як один з класів бактерій, в даний час нерідко виділяються в окреме царство або навіть надцарство.
Отже, в основу розподілу організмів по надцарствам встановлена будова клітки. Що стосується розподілу эукаріот на царства, то точки зору, що встояла, поки що немає. Будь-які штучні розмежування порушують природні зв'язки між організмами. Дійсно, існує велика кількість відмітних ознак, по кожному з яких може бути проведений класифікація; серед них:
будова організму;
спосіб отримання органічних речовин;
здібність до пересування.
В радянських підручниках довгий час була поширена класифікація єукариот за способом живлення, мала на увазі розділення надцарства єукариот на три царства: рослини (фотосинтезуючі автотрофи), гриби (в основному, осмотрофні гетеротрофи) і тварини (в основному, голозойні гетеротрофи). Проте в цю схему достатньо складно укласти, наприклад, евгленові водорості, які можуть харчуватися як автотрофно, так і гетеротрофно.
В 1969 році Робертом Уїттекером була запропонована система п'яти царств, що завойовує зараз все більше і більше прихильників. Прокаріоти у нього як і раніше з'єднані в одне царство Monera. Примітивні эукаріоти, що не мають тканинної диференціації (найпростіші, водорості, слизовики), з'єднані в царство Protista. Все, що залишилося від рослин, (мохи, папороті і насінні рослини) склало царство Plantae, всі вищі класи грибів – царство Fungi, всі багатоклітинні тварини – царство Animalia.
Ця система, проте, теж має свої недоліки. Серед них:
систематичне положення оомицетів і слизовиків, що є проміжними формами між протистами і грибами, поки що не ясно;
самі гриби володіють багатьма ознаками, що зближують їх з протистами (такими, зокрема, є відсутність істинних тканин).
У викладі даного курсу ми ґрунтуватимемося на системі Уїттекера, виділяючи за наслідками новітніх досліджень додаткове шосте царство архебактерій.
Рис.
2- Система п'яти царств Уїттекера
Методи біологічних досліджень
Для вивчення живої природи біологи застосовують різні методи. Спостереження дозволяє виявити об'єкти і явища. Порівняння дає можливість встановити закономірності, загальні для різних явищ в живій природі. 8 експерименті або в досвіді створюється ситуація, що допомагає виявити ті або інші властивості біологічних об'єктів. Історичний метод дозволяє на основі даних про сучасний органічний світ і його минуле пізнавати процеси розвитку живої природи. Окрім цих основних методів застосовується багато інших.
При вивченні біологічних об'єктів використовується сама різна техніка: мікроскопи, ультрацентрифуги, різноманітні хімічні аналізатори, комп'ютери і безліч інших приладів, що дозволяють розкрити таємниці живої матерії. Свій внесок у вивчення біології вносять фахівці, здавалося б, далекі від біології: хіміки, фізики, математики, інженери і багато інших.
Значення біології. Біологічні знання лежать в основі медичних і сільськогосподарських наук. Біологія вирішує найважливіші практичні задачі. Одна з них — виробництво продовольства. Для того, щоб забезпечити живленням все населення нашої планети, що збільшується, необхідно мати високопродуктивні сорти сільськогосподарських рослин і породи тварин, а також досконалі методи їх вирощування. Ці проблеми не можна вирішити, не знаючи законів біології, перш за все законів спадковості, і не спираючись на них в агрономії і зоотехніці.
Дуже важлива задача розробки методів попередження і лікування хвороб людини, особливо таких важких, як серцево-судинні, рак, СПНД. Рішення цієї задачі вимагає глибокого дослідження життєвих процесів і механізмів, ними керівників, як в окремих клітках, так і в організмах і співтовариствах.
Найважливіша задача нашого часу, яка встала перед людством, — охорона природи і примноження її багатств.
Ця задача продиктована тим, що під впливом господарської діяльності людини йде процес забруднення навколишнього середовища, унаслідок чого відбувається скорочення чисельності і навіть загибель видів тварин і рослин. Забруднення навколишнього середовища негативно впливає на здоров'я людини.
Зупинити розвиток промисловості і зростання міст неможливо. Але абсолютно необхідно запобігти загрозі, яку несе цей процес природі і самій людині, що так же< вимагає глибокого знання законів загальної біології.
Прогрес біології в XX в., її збільшена роль серед других>. наук і для існування людства визначають і її значно більш високий рівень порівняно з тим, який вони мала 30—40 років тому. По рівню біологічних досліджень можна судити про матеріально-технічний розвиток суспільства, оскільки біологія стає реальною продуктивною силою, а також науковою основою раціональних відносин між людиною і природою.
Надважливі властивості організмів.
1. Одна з найпривітніших особливостей живих організмів — це їх складність і високий ступінь організації. Вони характеризуються ускладненою внутрішньою будовою і містять безліч різних складних молекул.
2. Будь-яка складова частина організму має спеціальне назначене і виконує певні функції. Це відноситься не тільки до органів (нирки, легкі, серце і т. д.) і кліток, але і до внутріклітинних структур і молекул.
3. Живі організми володіють здатністю витягувати, преобразовывать і використовувати енергію навколишнього середовища - або у формі органічних живильних речовин, або у виді енергії сонячного випромінювання. Завдяки цій енергії і речовинам, що поступають з навколишнього середовища, організми підтримують свою цілісність (впорядкованість) і здійснюють різні функції, повертають же в природу продукти розпаду перетворену енергію у вигляді тепла, тобто організми здібні до обміну речовиною і енергією.
4. Організми здатні специфічно реагувати на зміни навколишнього середовища. Здатність реагувати на зовнішнє роздратування — універсальна властивість живого.
5.Живые організми добре пристосовані до середовища незаселеного. Вони чудово відповідають своєму способу життя. Достатньо ознайомитися з будовою крота, риби, паразитичного черв'яка, щоб представити у загальних рисах, як вони живуть. Особливості будови, функцій і поведінки даного організму, відповідаючи його способу життя, називаються адоптаціями (пристосуваннями)
6. Сама вражаюча особливість живих організмів - здібність до самовідтворення, тобто розмноженню. Потомство завжди схоже з батьками. Існують механізми передачі інформації про ознаки, властивості і функції організмів з покоління в покоління. В цьому виявляється спадковість. Як встановлено, механізми зберігання і передачі спадкових властивостей однакові для всіх видів. Проте схожість батьків і нащадків ніколи не буває повною: нащадки, будучи схожі на батьків, завжди в чомусь відрізняються від них. В цьому полягає явище мінливості, основні закони якої також загальні для всіх видів. Таким чином, живим організмам властиві розмноження, спадковість і мінливість.
7. Для живого характерна здібність до історичного розвитку і зміни від простого до складного. Цей процес називають еволюцією. В результаті еволюції виникло все різноманіття живих організмів, пристосованих до певних умов існування
5. Рівні організації життя.
Для живої природи характерні різні рівні організації її структур, між якими існує складна супідрядність. Життя на кожному рівні вивчають відповідні розділи біології: молекулярна біологія, цитологія, генетика, анатомія, фізіологія, еволюційне навчання, екологія.
Самий нижній, найстародавніший рівень життя — це рівень молекулярних структур. Тут проходить межа між живим і неживим. Вище знаходиться клітинний рівень життя. І клітка, і ув'язнені в ній молекулярні структури в головних рисах будови у всіх організмів схожа.
Органно-тканинний рівень характерний тільки для багатоклітинних організмів, у яких клітки і утворені з них частини організму досягли високого ступеня структурної і функціональної спеціалізації.
Наступний рівень — це рівень цілісного організму. Як би ні розрізнялися організми між собою, їх об'єднує те, що вони всі складаються з кліток.
Вигляд, об'єднуючий схожі в основних рисах організми, складає складніший рівень організації життя. Тут діють свої закони —закони внутрішньовидових відносин організмів.
Нарешті, ще більш високим рівнем є рівень біоценозів, тобто співтовариств всіх видів, що населяють ту або іншу територію або акваторію. На цьому рівні діють закони міжвидових відносин.
Сукупність всього живого, населяючого Землю, складає біосферу. Це вищий рівень організації життя. Закони, характерні для більш високих рівнів організації живого миру, не виключають дії законів, властивих більш низьким рівням.
Питання до лекції.
1.Сформулируйте поняття «загальна біологія».
2. Які біологічні науки вам відомі?
3. Назвіть видатних учених-біологів і їх внесок в розвиток біологічної науки.
4. Які методи біологічних досліджень ви можете назвати?
5. Які основні властивості відрізняють живі організми від неживих?
6. Назвіть рівні організації життя.
Тестові завдання
1. Біологія – це наука про:
а) співтовариствах живих організмів, їх розповсюдженні, зв'язках один з одним;
б) живих організмах, їх будові і функціях;
в) різноманітті існуючих і вимерлих організмів;
г) життя як персоною формі матерії, закономірностях її існування і розвитку.
(Відповідь: в.)
2. Предметом вивчення біології є ...
(Всі прояви життя: будова і функції живих істот і їх природних співтовариств, розповсюдження, походження і розвиток, зв'язки один з одним і з неживою природою.)
3. Однією з властивостей, що відрізняють живі організми від неживих, є:
а) високовпорядкована будова;
б) зростання;
в) самовідтворення (розмноження);
г) отримання енергії ззовні і використовування її для підтримки впорядкованості.
(Відповідь: в.)
4. Які з наступних властивостей живих організмів виявляються в неживих системах:
а) отримання енергії ззовні і використовування її для підтримки впорядкованості;
б) самовідтворення;
в) активна реакція на оточуючу середовище;
г) саморегуляція?
(Відповідь: а, в, р.)
5. Під рівнем організації живої матерії розуміють:
а) складність і високовпорядкована будова біологічних систем;
б) певні біологічні системи, утворенням яких супроводився історичний розвиток живої природи;
в) місце, яке займає дана біологічна система в загальній системі організації миру;
г) ієрархічно супідрядні групи живих організмів.
(Відповідь: би.)
6. Розташуйте рівні організації життя в порядку їх ускладнення:
а) клітинний;
б) біосферний;
в) організмовий;
г) органо-тканинний;
д) молекулярний;
е) біоценотичний;ж) видовий.
(Відповідь: д,а,г,в,ж,е,б.)
7. Для яких рівнів організації життя (1 – молекулярний, 2 – клітинний, 3 – популяція-видовий, 4 – біогеоценотичний) характерні наступні ознаки?
А. Эволюційно просторово обмежена, тривало самопідтримувалася природна система взаємозв'язаного комплексу живих організмів і навколишнього середовища, що склалася.
Б. Структурною і функціональною одиницею живих організмів є клітка.
В. Сокупность організмів одного і того ж вигляду, з'єднана загальним житлом.
Г. Люба жива система складається з біологічних макромолекул: нуклеїнових кислот, білків, полисахаридів і інших органічних молекул. З цього рівня починаються основні процеси життєдіяльності (обмін речовин, енергії, передача спадкової інформації).
(Відповідь: 1 Г, 2 Би, 3 В, 4 А.)
8. До основних методів вивчення біології відносяться...
(Відповідь: спостереження, порівняння, експеримент, моделювання, інструментальний і історичний методи.)
9. Біологія служить теоретичною основою для...
(Відповідь: сільського, лісового, промислового господарства, медицини, генної інженерії і ін.)
Лекція.
Елементний склад організмів. Неорганічні речовини у життєдіяльності організмів. Біологічна роль іонів.
План.
Елементний склад.
Вода і її біологічна роль в організмі.
Мінеральні солі і їх значення.
Вуглеводи.
Ліпіди.
Література.
Полянський Ю.И., Браун А.Д., Верзилін Н.М. и др. Загальна біологія. Підручник для 9–10 кл. ср. шк/ Під ред. Ю.И. Полянського. 17-е вид., перероб. – М.: Просвещение, 1987.
Т.В.Іванова, г.С.Каликова, а.Н.Мягкова "Збірник завдань з загальної біології" Просвещение, м., 2002
"Біологія. Контрольні вимірювальні матеріали для підгот-ки к ЕГЭ, 2005" М.
В.В. Балабанова, Т.В. Максимцева Посібник “Біологія". Екологія. Здоровий засіб життя ” “Вчитель”, В.
А.П.Пуговкін, Н.А. Пуговкіна, В.С. Михеїв "Практикум по Загальній біології(10-11 кл)" Просвещение, М., 2002
А.В.Пименов, И.Н.Пименова "Дидактичні матеріали к розділу «Загальна біологія», 9-11 кл." М.: видавн.НЦ ЭНАС, 2004
Довідник студента: Біологія. М.: Филологическое общество "Слово", 2001. 640 с.
Р.Г. Заяц, И.В. Рачковская, В.М. Стамбровская. Біологія для поступающих в вузи. Минск: "Вышэйшая школа", 2000. 524 с.
А.А.Каменський, Н.А.Соколова, С.А.Титів. 1000 вопросов и ответов. Біологія: Учебное пособие для поступающих в вузи. 2-е изд. М.: Книжний дім "Університет", 1999.
Геном, клонування, похождення людини.- Фрязино: Век «, 2004.- 224 с.: ил.- (Наука для всіх)
Історія життя на Землі. - М.: Застрель: АСТ, 2001.- 96 с.: ил.- (Энциклопедия для юношества)
Мамонтов С. Г. и др. Основи биологии: Курс для самообразования.- М.: Просвещение, 1992.- 416 с.: ил.
Петросова Р.А. Обмін веществ и енергія в клетке и организме. – М.:Дрова, 2004.-80с.: ил. – (Теми шкільного курсу).
Соколовская Б. К. 120 задач по генетики (с решениями): Для школьников, лицеистов и гимназистов.- М.: Центр РСПТ, 1991.- 88 с
Елементний склад.
Рис.1-
Елементний склад.
В земній корі зустрічається близько сотні хімічних елементів. З них в організмах знайдено 60, але тільки 16 елементів є необхідними для життя. Більше 99 % органічної маси доводиться на частку чотирьох речовин – водню, вуглецю, кисню і азоту. Важливе значення також мають фосфор, сіра, натрій, магній, залізо, хлор, калій, кальцій, марганець, мідь, кобальт і цинк.
В земній корі зустрічається близько 100 хімічних елементів, але для життя необхідні тільки 16 з них (табл. 1). Найбільш поширено в живих організмах чотири елементи: водень, вуглець, кисень і азот. На їх частку доводиться більше 99% як маси, так і числа атомів, що входять до складу всіх живих організмів.
Які речовини рослин утворені цими елементами? Якнайбільше в рослинах міститься води H2O – від 60 до 95% загальної маси організму. Крім того, в рослинах є «будівельні блоки» – прості органічні сполуки, з яких будуються біомакромолекули (табл. 2).
Таким чином, з порівняно невеликого числа видів молекул виходять всі макромолекули і структури живих кліток.
Макромолекули є полімерами, побудованими з багатьох одиниць, що повторюються. Ланки, з яких складаються макромолекули, називають мономерами. Існує три типи макромолекул: полисахаріди, білки і нуклеїнові кислоти (мал. 1). Мономерами для них служать відповідно моносахариди, амінокислоти і нуклеотиди (табл. 3).
Мінеральні солі
Також в клітці міститься багато різних солей в диссоциїрованному стані. Для процесів життєдіяльності з що входять до складу солей катіонів найбільш важливі K+, Na+, Ca2+, Mg2+, з аніонів – HPO42–, H2PO4–, Cl–, HCO3–.
Вода
Від 60 % до 95 % загальної маси організму складає вода. Наявність води – обов'язкова умова життєвої активності клітки; всі фізіологічні процеси відбуваються тільки у водному середовищі. Для багатьох організмів вода є також середовищем незаселеного. Значення води визначається її незвичайними властивостями: малими розмірами молекул, їх полярністю і здатністю утворювати водневі зв'язки один з одним. Важливі властивості води:
вода є універсальним розчинником для полярних речовин. Ця властивість також означає, що вода служить середовищем для транспорту різних речовин усередині організму;
вода володіє великою теплоємністю; завдяки цьому біохімічні процеси йдуть в малому діапазоні температур;
вода має велику теплоту випаровування; це використовується при терморегуляції у тварин (випіт) і рослин (охолоджування листя);
у води велика теплота плавлення; це перешкоджає утворенню кристалів льоду в клітках при пониженні температури;
густина льоду менше густини води, тому він не тоне, і водоймища промерзають зверху вниз. В осоружному випадку річки і озера холодних і помірних поясів промерзли б за зиму наскрізь;
значне поверхневе натягнення грає важливу роль при русі води по капілярах організмів;
вода є необхідним компонентом метаболічних реакцій (наприклад, в процесі фотосинтезу).
Рис.2-
Вода – джерело життя на Землі.
Вуглеводи
Переходячи до розгляду органічних речовин, не можна не відзначити значення вуглецю для життя. Вступаючи в хімічні реакції, вуглець утворює міцні ковалентні зв'язки, обєднання чотири електрони. Атоми вуглецю, з'єднуючись між собою, здатні утворювати стабільні ланцюги і кільця, що служать скелетами макромолекул. Вуглець також може утворювати кратні ковалентні зв'язки з іншими вуглецевими атомами, а також з азотом і киснем. Всі ці властивості забезпечують унікальну різноманітність органічних молекул.
Макромолекули, що становлять близько 90 % маси обезводненої клітки, синтезуються з більш простих молекул, званих мономерами. Існують три основні типи макромолекул: полісахариди, білки і нуклеїнові кислоти; мономерами для них є, відповідно, моносахариди, амінокислоти і нуклеотіди.
Вуглеводами називають речовини із загальною формулою Cx(H2O)у, де x і у – натуральні числа. Назва «вуглеводи» говорить про те, що в їх молекулах водень і кисень знаходяться в тому ж відношенні, що і у воді.
В тваринних клітках міститься невелика кількість вуглеводів, а в рослинних – майже 70 % від загальної кількості органічних речовин.
Табл.1 Класифікація вуглеводів
Вуглеводи діляться на прості (моносахариди) і складні (дисахариди і полісахариди). Моносахариди мають загальну формулу (CH2O)n, де n змінюється від 3 до 9. Найпоширеніші моносахариди – глюкоза і фруктоза, що має формулу (CH2O)6. Всі моносахариди мають солодкий смак, кристалізуються і легко розчиняються у воді.
Моносахариди грають роль проміжних продуктів в процесах дихання і фотосинтезу, беруть участь в синтезі нуклеїнових кислот, коферментів, АТФ і полісахаридів, служать джерелами енергії, що вивільняється при окисленні в процесі дихання. Похідні моносахаридів – цукрові спирти, цукрові кислоти, дезоксісахара і аміноцукори – мають важливе значення в процесі дихання, а також використовуються при синтезі ліпідів, ДНК і інших макромолекул.
Дісахаріди утворюються в результаті реакції конденсації між двома моносахаридами. Іноді вони використовуються як запасні живильні речовини. Найпоширенішими з них є мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза) і сахароза (глюкоза + фруктоза). Лактоза міститься тільки в молоці. Сахароза (тростинний цукор) найбільш поширена в рослинах; це і є той самий «цукор», який ми звичайно вживаємо в їжу.
Мальтоза.
Лактоза.
Сахароза.
Полісахариди складаються з моносахаридів. Великі розміри роблять їх молекули практично нерозчинними у воді; вони не роблять вплив на клітку і тому зручні як запасні речовини. При необхідності вони можуть бути перетворений назад в цукру шляхом гідролізу.
Крохмаль (полімер глюкози) запасається в клітках у вигляді так званих крохмальних зерен. Еквівалентом крохмалю в тваринному організмі є глікоген (у хребетних він міститься в печінці і м'язах). Крохмаль і глікоген грають роль резерву їжі і енергії.
Рис.3-
Картопля
Особливо багато крохмалю в бульбах картоплі, а також в насінні бобів і злаків.
Целюлоза також є полімером глюкози. В ній укладено близько 50 % вуглецю, що міститься в рослинах. По загальній масі на Землі целюлоза займає перше місце серед органічних сполук. Форма молекули (довгі ланцюги з виступаючими назовні –OH-групами) забезпечує міцне зчеплення між сусідніми ланцюгами. При всій своїй міцності, макроволокнини, що складаються з таких ланцюгів, легко пропускають воду і розчинені в ній речовини і тому служать ідеальним будівельним матеріалом для стінок рослинної клітки. Целюлоза – цінне джерело глюкози, проте для її розщеплювання необхідний фермент целлюлоза,
порівняно рідко що зустрічається в природі. Тому в їжу целюлозу вживають тільки деякі тварини (наприклад, жуйні). Велике і промислове значення целюлози – з цієї речовини виготовляють бавовняні тканини і папір.
Целюлоза.
Ліпіди
Ліпідами звичайно називають нерозчинні у воді органічні речовини, що є складними ефірами жирних кислот і спиртів (наприклад, глицерола). Жирні кислоти мають загальну формулу R?COOH, де R – атом водню або радикал типу –CH3. В ліпідах радикал звичайно представлений довгим вуглеводневим ланцюгом; цей «хвіст» гідрофобен, що і визначає погану розчинність ліпідів у воді. Ліпіди, що утворюються з глице рола, називаються гліцеридами.
Рис.4.-Одним
з компонентів оливкового масла є
ненасичена жирна олеїнова кислота.
Рис.5-Стеарин
– основна складова свічок.
Тріацилгліцероли – найпоширеніші з природних ліпідів. Вони діляться на жири, що залишаються твердими при 20 °З, і масла, що знаходяться при цій температурі в рідкій фазі. Масла включають ненасичені жирні кислоти, що мають в своєму складі одну або декілька подвійних зв'язків C=C, жири – в основному насичені жирні кислоти (без подвійних зв'язків). Калорійність ліпідів вище калорійності вуглеводів, тому вони відкладаються в організмі тварин як запасна живильна речовина. Жир також служить для теплоізоляції і забезпечують плавучість. Одним з продуктів окислення жирів є вода; деякі пустинні тварини запасають жир в організмі саме для цієї мети. Масла частіше за все нагромаджуються в рослинах (насіння соняшнику, кокосової пальми і т. п.).
Фосфоліпіди – група глицеролов, що включає залишки жирних кислот і фосфорної кислоти. Завдяки наявності полярної фосфатної групи частина молекули придбаває здатність розчинятися у воді, інша ж частина молекули залишається нерозчинною. З фосфоліпідів будуються всі плазматичні мембрани живих кліток
Воску – складні ефіри жирних кислот і длинноцепочечних спиртів. Вони використовуються тваринами і рослинами як водовідштовхувальне покриття (бджолині стільники, покриття пер птахів, епідерміс деяких плодів і насіння).
Рис.6-Віск
використовуються бджолами як будівельний
матеріал для стільників.
Стероїди і терпени побудовані з п'ятиатомних вуглеводневих будівельних блоків C5H8. Зі всіх стероїдів в організмі людини в найбільшій кількості присутній холестерол – ключовий проміжний продукт синтезу стероїдів. Стероїдами також є статеві гормони (естроген, прогестерон, тестостерон), вітамін D. До терпенам відносяться ароматичні речовини (ментол, камфора), натуральний каучук.
З кров'ю і лімфою ліпіди переносяться у вигляді липопротеїнов – з'єднань ліпідів з білкам
Питання до лекції
1. З відомих нам 110 хімічних елементів до складу кліток живих організмів входять ... елемента.
(Відповідь: 24.)
2. Органогени (1), мікроелементи (2), ультрамікроелементи (3) складають від сирої маси клітки:
А. 0,1–0,01%.
В. < 0,01%.
З. 98%.
(Відповідь: 1 З, 2 А, 3 В.)
3. Хімічні елементи, переважаючі в живій природі:
а) З, H, Про, Fe;
б) З, Н, Про, N;
в) З, Н, Про, Si;
г) З, Про, N, Аl;
д) З, Н, Про, N, Mg.
(Відповідь: б.)
4. Набір хімічних елементів в клітці живих організмів обумовлений тим, що вони можуть утворювати:
а) газоподібні з'єднання;
б) нерозчинні у воді речовини;
в) легкорозчинні у воді речовини.
г) безліч складних і різноманітних з'єднань
(Відповідь: р.)
5. Елементарний хімічний склад тіл живої і неживої природи свідчить про:
а) зміні живої природи під впливом чинників неживої природи;
б) складнощі хімічного складу живої і неживої природи;
в) матеріальній єдності живої і неживої природи;
г) залежність живої природи від неживої.
(Відповідь: в.)
6. Вода в клітці виконує функції:
а) каталітичну, захисну, розчинника;
б) енергетичну, захисну, розчинника;
в) структурну, захисну, розчинника;
г) структурну, каталітичну, розчинника.
(Відповідь: б.)
7. Функції води в клітці обумовлені її властивостями:
а) теплоємністю, полярністю, здатністю диссоциїрувати на іони, здатністю знаходитися в трьох агрегатних станах;
б) теплопровідністю, здатністю знаходитися в трьох агрегатних станах, полярністю, теплоємністю;
в) теплопровідністю, теплоємністю, полярністю молекул, здатністю диссоциїрувати на іони.
(Відповідь: в.)
8. Солі в організмі переважно знаходяться у вигляді:
а) газоподібних з'єднань;
б) нерозчинних з'єднань;
в) іонних з'єднань.
(Відповідь: в.)
9. Солі беруть участь у виконанні функцій...
(Відповідь: опорної, регуляторної, ферментативний, транспортної.)
Біополімери. Вуглеводи. Ліпіди
1. Полімери – це...
(Відповідь: многозвіньйові ланцюги, в яких ланкою є яка-небудь відносно проста речовина – мономер.)
2. Вуглеводи утворені атомами:
а) вуглецю, водню, азоту;
б) вуглецю, кисню, азоту;
в) вуглецю, водню, кисню.
(Відповідь: в.
Лекція.
Органічні речовини. Їх різноманітність та значення в існуванні живих істот. Ліпіди, моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, їх будова та властивості.
План.
Ліпіди.
Моносахариди
Амінокислоти
Нуклеотиди.
Література