Лекция 1 Тема: Человек в системе природы

План лекции

1. Определение понятия жизнь.

2. Свойства и признаки живого.

3. Уровни организации живого.

4. Предмет биологии. Значение биологии для медицины.

5. Положение человека в системе животного мира.

6. Человек как биологическое и социальное существо.

Определение понятия «жизнь»

Жизнь - одна из высших форм движения и организации материи. В основе теории о естественном происхождении жизни лежат философские работы Ф.Энгельса, который писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой». Американский исследователь Дж. Бернал определил жизнь «как функцию белков и нуклеиновых кислот». Любая живая система постоянно обменивается с окружающей средой энергией, веществами и информацией. С потоком веществ и энергии связано обновление живых систем; размножение обеспечивает связь между поколениями на основе потока информации; три потока - веществ, энергии и информации - принимают участие в регуляции всех процессов, протекающих в живой системе.

Свойства и признаки живого

Жизнь характеризуется тремя фундаментальными свойствами - самообновлением, самовоспроизведением и саморегуляцией. Эти свойства определяют признаки живого:

1. обмен веществ и энергии;

2. наследственность и изменчивость;

3. размножение (репродукция);

4. индивидуальное и историческое развитие (онтогенез и филогенез);

5. раздражимость;

6. гомеостаз;

7. дискретность и целостность.

Обмен веществ и энергии с окружающей средой для живых систем - необходимое условие существования, которое обеспечивает все процессы жизнедеятельности, восстановление разрушенных компонентов, замену их новыми структурами. Протекание этих процессов обеспечивают каталитическая активность белков и наследственная информация, записанная в нуклеиновых кислотах.

Наследственность обеспечивает передачу признаков при репродукции из поколения в поколение, информация о которых содержится и хранится в нуклеиновых кислотах. Изменчивость, в отличие от наследственности, приводит к появлению новых признаков при изменении условий среды. Эти признаки могут быть неблагоприятными для организма и вызывать его гибель. Если измененная информация будет полезной, новый признак закрепляется естественным отбором.

Поддержание жизни на любом уровне биологических систем связано с репродукцией (размножением), так как существование организмов ограничено во времени. Благодаря репродукции не прекращается жизнь, и сохраняются виды.

Каждый организм при размножении получает наследственную информацию о признаках, которые проявляются (формируются) в процессе индивидуального развития. Онтогенез, или индивидуальное развитие, - это развитие организма от образования зиготы и до смерти (появление и развитие различных систем органов, усложнение их функций, увеличение размеров тела).

Филогенетическое развитие, или филогенез, - это историческое развитие видов. Основные его закономерности были установлены Ч. Дарвином

• от одноклеточных организмов к сложным многоклеточным организмам.

Раздражимость - свойство, характерное для всего живого. Это реакция организма, органа, клетки на действие факторов окружающей среды. Ответная реакция одноклеточных подвижных организмов называется таксис. Прикрепленные организмы - растения - отвечают движениями частей тела. Такие реакции называются тропизмы. И таксисы, и тропизмы - это двигательные реакции в сторону раздражителя или от него. Например, движение эвглены в освещенную часть водоема - положительный фототаксис, движение инфузорий от капли химических веществ - отрицательный хемотаксис. У растений корень имеет отрицательный фототропизм, стебель - положительный. Ответная реакция на факторы внешней среды организмов, имеющих нервную систему, проявляется в форме рефлексов - защитный рефлекс, рефлекс заботы о потомстве и другие.

Получение информации из окружающей среды необходимо для саморегуляции в биологических системах, которая осуществляется по принципу обратной связи. Так регулируются процессы обмена веществ, считывание генетической информации, работа всех систем органов многоклеточного организма. Свойство организма поддерживать постоянство внутренней среды и структурной организации называется гомеостаз. Гомеостаз поддерживается и в надорганизменных системах - популяционно­видовой, биоценотический и биосферный гомеостаз.

Жизнь одновременно характеризуется целостностью и дискретностью. Все звенья органического мира взаимосвязаны и взаимозависимы в своем существовании и развитии. Например, зеленые растения в процессе фотосинтеза выделяют кислород, необходимый аэробным организмам для дыхания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ, который растения используют для синтеза органических веществ. Органический мир составляют отдельные организмы, или особи. Каждый организм имеет органы и ткани, которые состоят из клеток. Это и есть дискретность живого (лат. discretus - прерывистый).

Уровни организации живого

На основе дискретности выделяют уровни организации живого.

Молекулярно-генетический уровень. Элементарной единицей на этом уровне является ген. Это участок молекулы нуклеиновой кислоты, который несет определенную генетическую информацию. Информация о полипептидах, признаках сохраняется и передается благодаря свойству ДНК, которое называется репликация или самовоспроизведение. Белки всех живых организмов содержат комбинации одних и тех же 20 аминокислот, а молекулы ДНК и РНК всех организмов состоят из 5-ти типов нуклеотидов. Сходство в составе имеют также липиды и углеводы. У всех организмов биологическая энергия запасается в молекулах АТФ, а генетическая информация «записана» в молекулах нуклеиновых кислот.

Клеточный уровень. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка является структурно-функциональной и генетической единицей живого. В ней содержится генетическая информация о развитии целого организма, и проходят все процессы жизнедеятельности.

Тканевый уровень. Группа клеток одинаковой структуры, выполняющих одинаковые функции, составляет ткань. Животные организмы имеют 4 вида тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.

Организменный уровень. Организм - элементарная единица жизни. На Земле существует огромное разнообразие организмов разных видов (только животных насчитывают около 2 млн. видов). Организменный уровень характеризуется процессами онтогенеза (индивидуального развития) и нервной и гуморальной его регуляцией.

Популяционно-видовой уровень. Группа особей одного вида, длительно занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других групп особей того же вида, составляет популяцию. На уровне популяций начинаются процессы видообразования. Популяция является элементарной единицей эволюции.

Биосферно-биогеоценотический уровень. Биогеоценоз - это группа популяций организмов разных видов, исторически связанных между собой и с определенной территорией проживания. Между популяциями и окружающей средой идет постоянный обмен веществами, энергией и информацией. В сумме биогеоценозы составляют биосферу - область планеты, которую занимают живые организмы.

Предмет биологии. Значение биологии для медицины

Биология (греч.bios - жизнь, живой; logos - учение, наука) изучает жизнь как особую форму движения материи. Предмет ее изучения - все живые организмы - от одноклеточных до многоклеточных, включая и человека, - все уровни организации живого. Современная биология является комплексной наукой. По объектам изучения она подразделяется на микробиологию (изучает бактерии), ботанику (изучает растения), зоологию (изучает животных), биологию человека. В частных разделах этих наук выделяют анатомию, морфологию и физиологию. К числу наиболее крупных направлений биологии относятся такие дисциплины как генетика, паразитология, экология. По уровням организации живого выделяют молекулярную биологию, цитологию (наука о клетке), гистологию (наука о тканях), популяционную биологию.

Изучение биологии имеет важное значение для подготовки врача любой специальности. Знания паразитологии, генетики, цитологии и молекулярной биологии часто помогают диагностировать болезнь и оказать эффективную помощь больному. Развитие и достижения генной инженерии обеспечивают получение ряда лекарственных препаратов (антибиотики, витамины, гормоны). Изучение паразитологии необходимо для лечения инфекционных и инвазионных болезней и для разработки методов их профилактики.

Положение человека в системе животного мира

Как биологический вид человек относится к типу Хордовые, подтипу Позвоночные, классу Млекопитающие, подклассу Плацентарные, отряду Приматы, подотряду Человекообразные (узконосые обезьяны), семейству Гоминиды (люди), роду Homo (человек), виду Homo sapiens (человек разумный).

Человек как биологическое и социальное существо

В человеке объединяются признаки как биологического, так и социального существа. Как для всех хордовых, для человека в эмбриональном периоде характерна закладка осевых органов: хорда, над ней - нервная трубка, под хордой - пищеварительная трубка, под ней, на брюшной стороне - сердце. У всех представителей подтипа позвоночных, в том числе и человека, хорда преобразуется в позвоночник, имеется расположенное на брюшной стороне сердце и 2 пары конечностей. Как для представителя класса млекопитающих, для человека характерны: четырехкамерное сердце, теплокровность, сильно развитая кора головного мозга, млечные железы, наличие волос на кожных покровах. Развитие плода человека в теле матери и питание его через плаценту

• признаки, характерные для плацентарных животных. Родственные связи человека с приматами отражают следующие признаки: большой палец на верхних конечностях противопоставлен остальным, ногти на пальцах, одна пара молочных желез, хорошо развитые ключицы, зубы трех типов и замена молочных зубов на постоянные, рождение в большинстве случаев одного детеныша.

Доказательствами животного происхождения человека является также наличие у него рудиментов и атавизмов. Рудименты - органы, которые подвергаются обратному развитию, из-за того, что они не функционируют (например: червеобразный отросток, третье веко). Атавизмы - это признаки возврата к предкам (например: наличие хвоста у детей - при увеличении числа хвостовых позвонков; сплошной волосяной покров верхней части тела - "львиные мальчики", наличие нескольких пар молочных желез).

Только для вида Homo sapiens характерны следующие признаки: прямохождение, подвижная кисть руки, позвоночник с четырьмя изгибами, большой объем головного мозга с развитой корой, более крупные размеры мозгового черепа по сравнению с лицевым, абстрактное мышление, наличие второй сигнальной системы, изготовление орудий труда.

Прогресс человечества подчиняется социальным законам - законам общества. Жизнь человека вне общества невозможна. Появление членораздельной речи было связано с необходимостью общения во время совместной охоты и защиты от врагов. Появление огня и употребление термически обработанной пищи привело к уменьшению жевательного аппарата и лицевого отдела черепа и к увеличению головного мозга. Развитие общественных отношений шло на основе изготовления орудий труда и охоты. Развивался головной мозг, мышление, сознание. Совершенствовались речь и трудовая деятельность. В развитии человека большую роль стали играть социальные факторы. Знания, умения и духовные ценности передаются в человеческом обществе посредством обучения и воспитания молодого поколения.

Лекция 2 Тема: Клетка. Клеточная теория.

Организация потоков веществ и энергии в клетке

План лекции

1. Клетка - элементарная единица живого.

2. Клеточная теория; современное ее состояние.

3. Основные формы клеточной организации.

4. Строение, свойства и функции элементарной мембраны.

5. Организация потока веществ в клетке.

6. Организация потока энергии в клетке.

В 1665 году английский физик Р.Гук, изучая срез пробки дерева, описал ячейки, которые назвал «cellula» (лат.) - ячейка, клетка. Изучение клетки шло параллельно с развитием микроскопической техники. Голландец А.ван Левенгук обнаружил в воде одноклеточные организмы. В 1825 году чешский ученый Я.Пуркине описал полужидкое, студенистое содержимое клетки и назвал его «протоплазма» (греч. protos - первый, plasma - образование). В 1831г. английский ботаник Р.Броун обнаружил в клетке ядро.

В 1838-1839 гг. немецкие исследователи Т.Шванн (зоолог) и М.Шлейден (ботаник) объединили полученные данные и сформулировали клеточную теорию. Ее основные положения: 1) клетка - основная структурная единица животных и растений; 2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку тканей растений и животных.

В 1858 году была опубликована работа немецкого патологоанатома Р.Вирхова «Целлюлярная патология», в которой было два важных положения: 1) каждая клетка происходит от клетки в результате деления, 2) основой всех болезней организма являются изменения структуры и функций клеток.

Основные положения современной клеточной теории:

1. Клетка - элементарная структурно-функциональная и генетическая

2. единица всего живого, открытая саморегулирующаяся система, через которую постоянно идут потоки веществ, энергии и информации.

3. Клетки всех организмов имеют сходное строение, химический состав и процессы жизнедеятельности.

4. Клетки многоклеточного организма выполняют разные функции и образуют ткани.

5. Новые клетки образуются при делении материнской клетки.

Строение, химический состав, размножение и развитие, взаимодействие

Бактериофаги (паразиты бактерий)

клеток в многоклеточном организме изучает цитология (лат. cytos - клетка, logos

• наука).

Неклеточные формы жизни:

Вирусы (возбудители болезней человека, животных и растений)

Вирус от латинского слова «vira» - яд. Были открыты в 1892 году Д.И. Ивановским. Широко распространены в природе. Размеры вирусов от 20 до 300 нм (видны только в электронном микроскопе).

Вирус герпеса

ВИЧ Вирус гриппа

Фаг Т₂

Фаг X

Рис. 1. Строение вирусов и бактериофагов

Вирусы - внутриклеточные паразиты. Свойства живого - обмен веществ, размножение, - проявляют только в клетке хозяина. Покоящаяся форма вируса, которая переходит из клетки в клетку, называется вирион.

Генетический аппарат вируса (молекула ДНК или РНК) находится в его головке, которая покрыта «белковым чехлом». Хвост вируса имеет полую сердцевину, спиральный белок снаружи и хвостовые нити на конце (рис.1).

Описано более 3 000 вирусов, которые вызывают болезни человека (грипп, гепатит, энцефалит, ВИЧ и др.), животных (лейкоз, бруцеллез и др.) и растений (табачная мозаика, карликовость и др.). У человека и животных вирусы поражают лимфатическую, кровеносную и нервную системы.

Прокариоты не имеют оформленного ядра. Их генетический аппарат - кольцевая нить ДНК, не связанная с белками - гистонами, называется нуклеоид.

Наиболее примитивными из прокариот являются микоплазмы. Их возраст

• 3 млрд. лет. Диаметр 0,1 - 0,25 мкм. Большинство из них симбионты и факультативные паразиты млекопитающих, насекомых и растений. В отличие от вирусов они способны к самовоспроизведению, в отличие от бактерий - не имеют клеточной стенки. Поражение плодов человека микоплазмами приводит к заболеваниям - микоплазмозам. Они поражают легкие и ЦНС. Способны оказывать тератогенное действие, вызывая хромосомные нарушения. У взрослых отмечаются микоплазмозы легких, дыхательных и мочеполовых путей.

Основные формы клеточной организации

Прокариоты (доядерные)

Эукариоты (ядерные)

одноклеточные организмы (протисты)

микоплазмы

клетки многоклеточных

организмов

бактерии

цианобактерии

Эукариоты имеют оформленное ядро, окруженное ядерной мембраной. Генетический аппарат - сложного строения ДНК, связанная с белками - гистонами (рис.2).

Различия клеток прокариот и эукариот

Прокариоты	Эукариоты
Нет ядра, есть нуклеоид	Есть оформленное ядро
ДНК не связана с белками-гистонами	ДНК связана с белками- гистонами
* Нет мембранных структур и органоидов , митотического деления. *(их функции выполняют мезосомы - впячивания клеточной мембраны)	Есть мембранные структуры и органоиды, митотическое деление

Рис. 2. Строение прокариотической (А) и эукариотической (Б) клеток.

Б

А

1 - нуклеоид, 2 - плазмалемма, 3 - рибосомы, 4 - мезосома, 5 - цитоплазма, 6 - жгутик, 7 - клеточная стенка, 8 - клеточный центр, 9 - митохондрия, 10 - гранулярная ЭПС, 11 - ядрышко, 12 - ядро, 13 - комплекс Гольджи, 14 - гладкая ЭПС

Внутреннее содержимое клетки - протоплазма - состоит из цитоплазмы и кариоплазмы (ядра). В цитоплазме различают гиалоплазму (цитоплазматический матрикс), органоиды и включения. Снаружи клетка покрыта оболочкой, основным компонентом которой является элементарная (биологическая) мембрана.

Строение, свойства и функции элементарной мембраны

Первую модель элементарной мембраны предложили в 1943г. Н.Даусон и Р.Даниелли. Это была модель «сэндвича» - бутербродная модель: (рис. 3)

Между двумя слоями белковых молекул расположены два слоя молекул липидов. Каждая молекула липида имеет два конца - гидрофильный (водорастворимый) и гидрофобный (водонерастворимый). Гидрофобные части молекул направлены друг к другу, гидрофильные части направлены в сторону белковых молекул.

Более совершенная модель - жидкостно-мозаичная, - отвечающая свойствам и функциям элементарной мембраны предложена, С. Сингером и Г.Николсоном в 1972г. (рис. 3).

1. 

   А

   - сплошные слои белка, 2 - билипидный слой, 3 - гидрофильные головки фосфолипидов, 4 - гид­рофобные хвостики фосфолипидов, 5 - олигосаха- ридная цепь гликолипида, 6 - олигосахаридная цепь гликопротеина, 7 - молекула холестерола, 8 - полуинтегральный белок, 9 - интегральный белок

Рис. 3. Схема моделей элементарной мембраны: А - сэндвича (бутербродная), Б - жидкостно-мозаичная.

Б

Основные компоненты мембраны - липиды - составляют от 20 до 80% их массы. Это - фосфолипиды, лецитин, холестерин. Молекулы белков находятся в двойном слое липидных молекул, которые образуют «липидное море». Молекулы белков, которые проходят через два слоя липидных молекул, называются интегральными. Те молекулы, часть которых находится в билипидном слое,

называются полуинтегральными. На поверхности липидов лежат периферические белки. Третий компонент элементарной мембраны - это гликопротеины, образующие на ее поверхности рецепторный аппарат (гликокаликс).

Свойства элементарной мембраны:

• пластичность (быстро восстанавливается после повреждения, а также растягивается и сжимается при клеточных движениях);

• полупроницаемость (избирательно пропускает определенные молекулы);

• способность самозамыкаться (образование фагосом и вакуолей при питании амебы).

Функции элементарной мембраны:

• структурная (суть мембранного принципа структуры органоидов в том, что в состав всех клеточных органоидов, кроме рибосом и центросомы, входят мембраны);

• барьерная (защищает клетку от внешних воздействий и поддерживает ее состав);

• участие в процессах обмена веществ клетки (многие биохимические реакции протекают на мембранах);

• рецепторная (получение и распознавание сигналов, узнавание веществ).