концепции современного естествознания / лекция 5

ЛЕКЦИЯ №5

самовоспроизводство жизни на земле

ПЛАН

1. Клетка – основная форма организации живых систем

2. Воспроизводство клеток

3. Механизм передачи наследственности

1. Клетка – основная форма организации живых систем

Все живые организмы на земле состоят из однородных структур – клеток. Современная биология рассматривает клетку как наименьшую элементарную единицу живой системы.

Элементарной единицей она названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки живого.

Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться, т.е. на уровне клетки происходят все физиологические и биохимические процессы в организме. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами.

Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением выполняет плазматическая мембрана, т.е. оболочка. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии, рибосомы и т.д. Клетки существуют и как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие, водоросли) так и в составе многоклеточных организмов. Клетки различаются по строению и форме клетки одного типа образуют ткани, входящие в состав органов.

Каждая живая клетка обладает сложными механизмами для преобразования энергии, которую она использует для протекания жизненных процессов.

Главным источником на Земле является энергия солнечного света. Эту энергию преобразуют зеленые растения в химическую в форме определенных молекулах (глюкозу).

Следующий этап преобразования энергии на нашей планете совершает во всех клетках растений и животных при дыхании. В процессе дыхания химическая энергия углеводов и др. молекул в результате окисления преобразуется в биологически полезную энергию в форме АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

На 3-ем этапе энергия в виде АТФ используется клетками для совершения разнообразных видов работ для мышечного сокращения, для синтеза сложных макромолекул, для передачи нервных импульсов и для множества других жизненных функций.

В конечном итоге при осуществлении всех биологических функций остаток энергии бесполезной для организмов рассеивается в окружающей среде в форме тепла.

Клетки состоят, как из органических, так и неорганических соединений. Неорганическими являются вода и минеральные вещества. К органическим соединениям относятся белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. В клетках тела человека белки составляют 10-20%, нуклеиновые кислоты – 1-2%, липиды 1-5%, углеводы 0,2-0,3%, минеральные вещества 3-5 % и вода 75-85%.

2. Воспроизводство клеток

Развитие, рост и становление типичной структуры организма осуществляется благодаря одной или группы исходных клеток. В процессе жизнедеятельности часть клеток изнашивается, стареет и погибает. Для поддержания структуры и нормального функционирования организм должен производить новые клетки на смену старым. Единственным способом образования новых клеток является их размножение. Размножение происходит путем деления клеток, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Одноклеточные организмы размножаются простым делением надвое, множественным делением путем образования спор или почкованием. Большинство многоклеточных организмов состоит из двух видов клеток – половых и соматических, следовательно, существует и два способа деления клеток митоз и мейоз.

Соматические клетки размножаются путем простого деления, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения, и в результате образуются две дочерние клетки, идентичные с материнской, имеющий диплоидный набор хромосом за счет этого происходит рост (в молодом возрасте) и обновление клеток в течении всей жизни. Считается, что клеточное обновление организма человека происходит примерно каждые 7 лет. В разных тканях процесс обновления происходит с разной скоростью. Наиболее интенсивно обновление происходит кровяных клеток, клеток стенок желудка и кишечника.

Половые клетки (гаметы) делятся путем сложного деления мейоза, в результате чего из одной клетки получается 4 дочерних, каждая из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходные, т.е. гаплоидный набор. Следовательно, клетка переходит из диплоидного состояния в гаплоидное.

3. Механизм передачи наследственности

Воспроизводство всех живых организмов на Земле осуществляется путем передачи наследственных признаков своему потомству. Передача наследственной информации осуществляется через половые клетки (а при бесполом размножении через соматические). Генетическая информация закодирована в молекулах ДНК. ДНК содержится в ядре клеток в виде хромосом. Хромосомы состоят из двух нитей или цепей, закрученных одна вокруг другой по спирали. В хромосомах расположены гены. Гены являются единицей наследственности. Число генов очень велико, у человека их десятки тысяч. Гены отвечают за развитие отдельного элементарного признака у всех организмов одного и того вида. Каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы. Каждая клетка человека тела содержит 46 хромосом. Почти все хромосомы в наборе представлены парами, в каждую из 22-х пар входят одинаковые идентичные хромосомы, а 23-я пара является половыми хромосомами: у женщин она состоит из одинаковых хромосом ХХ, а у мужчин – YX. В гаплоидном наборе хромосомы имеется только один ген., ответственный за развитие данного признака. В диплоидном наборе хромосом (в соматических клетках) содержатся две гомологичные хромосомы и соответственного два гена, определяющие развитие одного какого-то признака.

Информацию о том, каким должен быть организм в целом и в деталях, какие белки должны вырабатываться при построении организма, несут гены. Белки производятся в специальных клеточных структурах – рибосомах. Белки строятся из аминокислот, находящихся в цитоплазме. Аминокислоты приносят в рибосомы специальные молекулы – транспортные РНК. Структура белка определяется порядком расположения аминокислот. Инструкцию о том, как расположится аминокислотам, поставляет в рибосомы из клеточного ядра матричная РНК. Молекула матричной РНК проникает через мембрану ядра рибосомы. Там, в рибосомах, происходит расшифровка кода с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Из рибосомы выходит цепочка аминокислот, образующая соответствующий белок, а от того, такие белки синтезируют в клетке, зависят и все ее структурные и функциональные особенности. Таким образом, молекулы РНК являются посредниками при передаче информации от ДНК к месту синтеза белка. Наследственность, как следует из принципа передачи генетической информации, имеет вполне определенный механизм. Процесс передачи наследственной информации состоит из 3-х этапов: репликация, транскрипция и трансляция.

Репликация – это удвоение (деление) хромосом, т.е. раскручивание на 2 цепи, предшествующее делению клеток.

Транскрипция – это процесс синтеза на одной из раскрученных цепей молекулы ДНК – молекулы матричной информационной РНК, на которой формируется генетическая информация о составе белка данного организма.

Трансляция – это доставка определенных аминокислот в особые органоиды клетки – рибосомы, в которых на основе генетического кода информационной РНК происходит синтез белка, свойственного только данному организму.

Структура макромолекул ДНК дает основу для практически бесконечного количества комбинаций, контролирующих включения аминокислот в белковую молекулу. На основе такого разнообразия комбинаций может возникать, практически бесконечное число наследственных изменений что обеспечивает эволюцию и разнообразие органического мира. Наследственность обеспечивает преемственность живого на Земле, а изменчивость - многообразие форм жизни. И то и другое связаны неразрывно.