биология / bio

1.

Важность изучения биологии для медика определяется тем, что биология— это теоретическая основа медицины. Успехи медицины связаны с биологическими исследованиями, поэтому врач постоянно должен быть осведомлен о новейших достижениях биологии. Следует помнить, что ни сам патологический процесс, ни пути распространения болезней не могут быть поняты без знания природы человека. Возбудителями многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемиологического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо знание биологии болезнетворных организмов. В программу курса биологии включены многие вопросы, знание которых имеет прямое отношение к практической деятельности врача. Таковы, например, закономерности наследственности, индивидуального развития (онтогенеза), регенерации, биологии паразитов и переносчиков

возбудителей болезней и многое другое.

а)

Основными частными методами в биологии являются: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный(современный). Чтобы выяснить сущность явлений, необходимо прежде всего собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов было главным приемом исследования в ранний период развития биологии, однако он не утратил своего значения и в настоящее время.

Еще в XVIII веке получил распространение сравнительный метод, позволяющий путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей. Сравнительный метод перерос в исторический, но не потерял своего значения и сейчас.

Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем постановки опытов (экспериментов) в точно учитываемых условиях и путем изменения течения процессов в нужном исследователю направлении. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и добиваться повторяемости их при воспроизведении тех же условий. Эксперимент обеспечивает не только более глубокое, чем другие методы, проникновение в сущность явлений, но и непосредственное овладение ими. Высшей формой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Комплексное использование различных методов дает наиболее полное познание явлений и объектов природы.

Б)

Индуктивный метод от частного к общему. Данный метод используется естествоиспытателями. Дедуктивный метод – от общего к частному. Используется людьми самых разных профессий.

В)

Г)

Выделяются молекулярно-генетический, клеточный, (тканевой и органный) Организменный, или онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический уровни. Особенность данной классификации заключается в том, что отдельные уровни иерархической системы жизни определяются в ней на общей основе выделения для каждого уровня элементарной единицы и элементарного явления. Элементарная единица — это структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни. Соответствие выделяемых уровней узловым моментам эволюционного процесса, вне которого не стоит ни одно живое существо, делает их всеобщими, распространяющимися на всю область жизни, включая человека.

Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген — фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определенный в качественном и количественном отношении объем биологической (генетической) информации. Элементарное явление заключается прежде всего в процессе конвариантной редупликации, или самовоспроизведении, с возможностью некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации. клетка, служит элементарной структурой клеточного уровня. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации. Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которые используются (в соответствии с имеющейся генетической информацией) в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму. Таким образом, на клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи биологической информации и превращения веществ и энергии. Элементарное явление на этом уровне служит энергетической и вещественной основой жизни на всех других уровнях ее организации.

Элементарной единицей организменного уровня является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим. Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня. Эти изменения обеспечивают рост организма, дифференциацию его частей и одновременно интеграцию развития в единое целое, специализацию клеток, органов и тканей. В ходе онтогенеза в определенных условиях внешней среды происходит воплощение наследственной информации в биологические структуры и процессы, на основе генотипа формируется фенотип организмов данного вида.

Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида. Объединение особей в популяцию происходит благодаря общности генофонда, используемого в процессе полового размножения для создания генотипов особей следующего поколения. Популяция в силу возможности межпопуляционных скрещиваний представляет собой открытую генетическую систему. Действие на генофонд популяции элементарных эволюционных факторов, таких, как мутационный процесс, колебания численности особей, естественный отбор, приводит к эволюционно значимым изменениям генофонда, которые представляют элементарные явления на данном уровне.

Организмы одного вида населяют территорию с известными абиотическими показателями (климат, химизм почв, гидрологические условия) и взаимодействуют с организмами других видов. В процессе совместного исторического развития на определенной территории организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые во времени сообщества — биогеоценозы, которые служат элементарной единицей биогеоценотического (экосистемного) уровня. Элементарное явление на рассматриваемом уровне представлено потоками энергии и круговоротами веществ. Ведущая роль в этих круговоротах и потоках принадлежит живым организмам. Биогеоценоз — это открытая в вещественном и энергетическом плане система. Биогеоценозы, различаясь по видовому составу и характеристикам абиотической своей части, объединены на планете в единый комплекс — область распространения жизни, или биосферу.

Д)

2.

Познание сущности жизни — одна из основных задач общей биологии. Дать научное определение сущности жизни, указать принципиальное отличие живого от неживого очень сложно. Современное диалектико-материалистическое определение жизни подчеркивает, что жизнь — качественно особая форма существования материи, высшая по сравнению с физической и химической формами ее существования. Живые тела построены из тех же химических элементов, что и неживые, но форма существования материи, форма ее организации в живом иная, чем в неорганической природе. В живых телах протекают не только химические превращения и осуществляются сложные физические процессы, но имеют место также качественно новые биологические закономерности, отличающиеся от закономерностей неживой природы.

Определение сущности жизни по Энгельсу. Жизнь это способ существования белковых тел во взаимодействии с нуклеиновыми кислотами, существенным моментом, которого является постоянный обмен веществом и энергией, информацией с окружающей средой. Особенности обмена веществ: динамическая устойчивость обмена веществ (живая система должна постоянно обмениваться веществом, непрерывность обмена веществ),

ферментативность (скорость происходящих процессов должна быть высокой, для поддержания саморегуляции), особенность биоэнергетики (использование АТФ в качестве универсального источника энергии).

А)

Гомеостаз – сложившееся в процессе эволюции относительное динамическое постоянство, параметром жизнедеятельности на разных уровнях жизни.

Здоро́вье — состояние любого живого организма, при котором он в целом и все его органы способны полностью выполнять свои функции; отсутствие недуга, болезни.

Норма - эталон, стандарт — для сравнения с другими вариантами состояния живого объекта (объектов).

Б)

В)

Биоритмы - это регулярные количественные и связанные с ними качественные

изменения биологических процессов, происходящие на различных уровнях организации

живого.

Раскрытие механизмов гомеостаза невозможно без анализа общих принципов системной организации. К числу общих принципов организации живых систем относится временная организация. Ее важнейший показатель – амплитудно – фазовые характеристики его циркадианного ритма представляется в форме спирали с постепенно возрастающими ее оборотами и с последующим, на поздних этапах онтогенеза, сокращение оборотов спирали, а также идущими процессам сдвига акрофаз на другие часыстановление циркадианных ритмов на ранних этапах онтогенеза у млекопитающих, развитие их до максимума в молодом и зрелом возрасте и последующее поступательное угасание амплитуд с старости.

Г)

Хронобиология большинством своих направлений связанна с решением практически задач. Почти все области медицины находятся под корректирующим влиянием хронобиологии. С ее возникновением учет «фактора времени» в медицине и здравоохранении становится научно обоснованным. Хронотерапия (ритм чувствительности, симптомы наиболее выражены в определенное время, время принятия лекарственных препаратов). Хронопатология - изменения биологической временной структуры индивидуума предшествующие функциональным расстройствам или органическимим заболеваниям и зависящим от времени проявления болезни.

(изучает дизинхрозы, соответствие суточных и сезонных биоритмов временному фактору и условиям окружающей среды; степень нарушения и восстановления  суточного биоритма; оптимального время воздействия на организм различными лечебными факторами с учетом суточных и сезонных биоритмов, влияние на биоритмы  нарушений  экзогенных ритмов). Хронофармакология (научное обоснование дозировки лекарственных препаратов с учетом биологических ритмов).

Хроном - термин, обозначающий комплексную временную организацию живых систем, независимо от их уровня организации и сложности, происходит от трех корней (латин. chronos - время, nomos - правило и английского chromosome - хромосома), подчеркивается, что временная организация биологических систем закономерно организована во времени и генетически детерминирована, но находится под модифицирующим влиянием внешней среды. Хроном состоит из трех взаимосвязанных аспектов: ритмы разных частот, модулирующие друг друга, тренды, обуславливаемые возрастными изменениями, заболеваниями, лечение и выздоровлением и т.д., а также области шумов (хаотических изменений - недоступных описанию каких-либо закономерностей современными математическими средствами).

Классификация биоритмов по Ю. Ашоффу (1984 г.) подразделяется:

по их собственным характеристикам, таких как период;

по их биологической системе, например популяция;

по роду процесса, порождающего ритм;

по функции, которую выполняет ритм.

Классификация биологических ритмов.

1) Высокой частоты (период менее 0.5 ч.) (микроритмы)

Название ритмов: Специальных незваний нет.

Пример: Ритмы электроэнцгфаюфвимы (альфа-, бета и др.) Минутные волны. Секундные волны Период: От тысячной до сотой доли мкрсек. От 30 мс до 2 мс

Минутные волны: до 30 мин Секундные волны: от 1с до 1мин

Функции, которые присущи данным ритмам: осцилляции на молекулярном уровне, ЭЭГ, дыхание, перистальтика кишечника, ЭКГ

Класс ритмов: Средней частоты (0.5ч.-1 неделя (168 ч).- мезоритмы

Название ритмов: а) Ультрадианные, б) Циркадиаиные (околосуточные), в) Инфрадианные (циркасемисептанные, циркасемисептанные).

Период: а) 30 мин-20ч.. б) 20ч-28ч., в) более 28ч.: около 0,5 нед., около 1 нед.

Функции: Цикл сон-бодрствование, ритм температуры тела, артериального давления, митоза и др. Метаболические процессы, секреция некоторых гормонов, артериальное давление, и т.д.

Класс ритмов: Низкой частоты (макроритмы)

Название ритмов: а) циркатригинтанные, б) циркаинуальные, в) многолетние.

Период: а) 1 цикл в 3-4 нед.. б) 1 цикл в год, в) цикл в несколько лет

Функции: а) Эндокринные (менструальный цикл) и метаболические процессы,

б) метаболические, эндокринные процессы и другие функции организма.

Класс ритмов: Сверхмедленные

Название ритмов: Мегаритмы

Период: Циклы в десятки и сотни лет

Функции: Эпидемии и другие процессы

Эпифиз и его гуморальный агент - мелатонин, выделяющийся под воздействием темноты и разрушающийся на свету. Именно это свойство позволяет рассматривать мелатонин как основную сигнальную систему, доносящую до всех клеток организма информацию о времени дня и световой фазе суточного цикла.

Супрахиазматические ядра гипоталамуса (СХЯ), тесно связанный анатомически и функционально с эпифизом. Считается, что именно СХЯ принадлежит главенствующая роль в организации циркадианных биоритмов многих функций у млекопитающих.

Д)

Десинхроноз - заболевание (патологическое состояние), вызванное внешней и (или) внутренней десинхронизацией биологических ритмов.

Десинхронизация - состояние двух или более ранее синхронизированных ритмических переменных, переставших показывать те же частоты и (или) акрофазные взаимоотношения и демонстрирующие изменения временных взаимосвязей (явление или процесс изменения нормальных, естественных фазовых -взаимоотношений между двумя или более физиологическими показателями - может быть транзиторной или устойчивой (персистирующей)).

Болезнь (лат. morbus) — это возникающие в ответ на действие патогенных факторов нарушения нормальной жизнедеятельности, работоспособности, социально полезной деятельности, продолжительности жизни организма и его способности адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней сред при одновременной активизации защитно-компенсаторно-приспособительных реакций и механизмов.

Е)

Правило Ашоффа: свободно текущий циркадианный период есть видоспецифический и генетически обусловленный признак.

Ж)

В хронобиологическом смысле если здоровый человек - это система, насквозь пронизанная биоритмами, находящимися в гармонии, взаимной синхронизации между собой и условиями внешней среды, то первым признаком нарушения здоровья является дисгармония, десинхронизация биосистемы.

Сегодня запросами практики продиктованы исследования суточной ритмичности

биологических процессов в условиях космических и трансконтинентальных перелетов, приводящих к развитию временного состояния дисгармонии физиологических процессов в организме -десинхронозу. Исследования суточной ритмичности физиологических процессов необходимы для организации рационального труда и отдыха (хроногигиена), диагностика (хронодиагностика) и

лечения (хронотерапия) заболеваний, для научного обоснования дозировки лекарственных препаратов (хронофармакология, хронотоксикология), для организации рациональных режимов спортивных тренировок, для повышения дееспособности человека и предупреждения преждевременного старения.

Известно, что в процессе индивидуального развития (онтогенеза) так же как и в процессе эволюционного развития (филогенеза) образуются все новые

структуры, т.е. достигается состояние все более высокой упорядоченности, а значит, - уменьшается энтропия. Выход слаженной циркадианной ритмики биопроцессов при стрессовых состояниях, интоксикации (например, алкогольной или болезнях) в состояние неустойчивых колебаний (нерегулярные всплески или затухания цикличности), возрастание доли разных улырадианных ритмов, снижение амплитуд - это маркеры снижения количества здоровья. Восстановление исходной биоритмики - показатель восстановления начального уровня здоровья показывает, что скорость восстановления циркадианной временной структуры максимальна в молодом и зрелом возрасте, и замедлена в старческом. Даже в течение суток после однократной алкоголизации в старческом возрасте не восстанавливаются исходные биоритмы физиологических процессов. Биоритмологические карты здоровых людей должны составляться не только на основе учета возраста, но и климатогеографического региона проживания человека, поскольку комплекс гео- и гелиокосмических факторов способны оказывать корригирующее или деформирующее влияние на структуру ритмов.

3.

4.

Клеточная теория сформулирована немецким исследователем, зоологом Т. Шванном (1839). Поскольку при создании этой теории Шванн широко пользовался работами ботаника М. Шлейдена, последнего по праву считают соавтором клеточной теории. Исходя из предположения о схожести (гомологичности) растительных и животных клеток, доказываемой одинаковым механизмом их возникновения, Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории, согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых существ.

В конце XIX столетия немецкий патолог Р. Вирхов на основе новых фактов пересмотрел клеточную теорию. Ему принадлежит вывод о том, что клетка может возникнуть лишь из предсуществующей клетки. Им также создана вызвавшая критику концепция «клеточного государства», согласно которой многоклеточный организм состоит из относительно самостоятельных единиц (клеток), поставленных в своей жизнедеятельности в тесную зависимость друг от друга.

Клеточная теория в современном виде включает три главных положения.

Первое положение соотносит клетку с живой природой планеты в целом. Оно утверждает, что жизнь, какие бы сложные или простые (например, вирусы) формы она ни принимала, в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается в конечном итоге только клеткой. Выдающаяся роль клетки как первоисточника жизни обусловливается тем, что именно она является биологической единицей, с помощью которой происходит извлечение из внешней среды, превращение и использование организмами энергии и веществ. Непосредственно в клетке сохраняется и используется биологическая информация.

Второе положение указывает, что в настоящих условиях единственным способом возникновения новых клеток является деление предсуществующих клеток. В обосновании клеточной природы жизни на Земле тезису о единообразии путей возникновения клеток принадлежит особая роль. Именно этот тезис был использован М. Шлейденом и Т. Шванном для обоснования представления о гомологии разных типов клеток. Современная биология расширила круг доказательств этому. Независимо от индивидуальных структурно-функциональных особенностей все клетки одинаковым образом: а) хранят биологическую информацию, б) редуплицируют генетический материал с целью его передачи в ряду поколений, в) используют информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка, г) хранят и переносят энергию, д) превращают энергию в работу, е) регулируют обмен веществ.

Третье положение клеточной теории соотносит клетку с многоклеточными организмами, для которых характерен принцип целостности и системной организации. Для системы свойственно наличие новых качеств благодаря взаимному влиянию и взаимодействию единиц, составляющих эту систему. Структурно-функциональными единицами многоклеточных существ являются клетки. Вместе с тем многоклеточный организм характеризуется рядом особых свойств, которые нельзя свести к свойствам и качествам отдельных клеток. В третьем положении клеточной теории мы встречаемся с проблемой соотношения части и целого.

Системный подход как научное направление используется в биологических исследованиях с начала прошлого столетия. Системный характер организации и функционирования свойствен не только организму, но и другим главным биологическим образованиям — геному, клетке, популяции, биогеоценозу, биосфере.

5.

Ассимиляция (пластический обмен, анаболизм) – процессы синтеза вещества, с затратами энергии. Эндотермический процесс. Источником энергии являются ранее синтезированные вещества, находящиеся в клетке.

А)

1. Пища содержит белки, жиры и углеводы, которые не способны к всасыванию в кровь и лимфу, из-за большого размера молекул. Химическая переработка пищи в ЖКТ - это ферментативный ступенчатый гидролитический процесс, т.е. происходит расщепление белков, жиров и углеводов до более мелких молекул под действием ферментов.

Углеводы. Начинают перевариваться в ротовой полости (альфа-амилаза), желудок под действием ферментов образуются дисахариды, под действием мальтозы, лактозы, сахарозы – в моносахариды, потом поступают в печень и всасываются в кровь. Некоторые легко всасываются путем простой диффузии. Всасывание большинства происходит за счет активного транспорта.

Белки. В желудке расщепляется под действием соляной кислоты, трипсина, пепсина, химотрипсина до пептидов. В кишечнике до аминокислот.

Липиды. Начинают расщепляться в кишечнике под действием желчи, которая эмульгирует жиры. Липаза – до жирных кислот и глицерина

2. транспорт веществ в клетку.

Пассивный транспорт. Облегченная диффузия – по осмотическому градиенту поступают в клетку, где концентрация меньше.

Активный транспорт. При помощи энергии и с затратами АТФ, против градиента.

Эндоцитоз.

3. синтез веществ в клетке.

Белки на рибосомах или на рибосомальной ЭПС. Липиды и углеводы на гладкой ЭПС и в аппарате Гольджи.

Б)

Выяснено, что практически все немакромолекулярные органические и неорганические вещества способны проникать в клетку и покидать ее. Использование радиоактивных изотопов позволило установить, что, если даже концентрация веществ в клетке и окружающей среде одинакова,

все-таки происходит непрерывный обмен ионов между клеткой и средой. При этом ряд веществ проникает путем диффузии через клеточную мембрану (пассивный перенос). К числу, таких веществ относятся органические молекулы, обладающие хорошей способностью растворяться в жирах; чем растворимость выше, тем проникновение происходит быстрее. Молекулы воды и ионы низкомолекулярных неэлектролитов, плохо растворимых в жирах, проникают в клетку через специальные участки клеточной мембраны— поры. Проникновение в клетку аминокислот и Сахаров осуществляется вследствие соединения их с компонентами мембраны, называемыми переносчиками.

Только диффузией невозможно объяснить гетерогенность химического состава протоплазмы и окружающей среды. Несомненно, должен существовать активный перенос ионов н других веществ, поступающих в клетку и удаляющихся из нее. Активный перенос связан с затратой энергии, источником которой является АТФ. Один из способов активного переноса веществ, возможно, заключается в том, что ферменты, входящие в состав мембраны, присоединяют определенные вещества и «пере­носят» их на противоположную сторону мембраны. На проницаемость веществ в клетку оказывает влияние состояние протоплазмы. Поступление аминокислот, Сахаров, липидов связано с быстротой их использования в клетке. Проникновение ряда веществ зависит от способности протоплазмы удерживать их в адсорбированном или химически связанном состоянии. Возбуждение или повреждение клетки изменяет ее проницаемость в десятки и сотни раз. В результате активной функции мембраны в клетку могут проникать частицы веществ, состоящие из нескольких, иногда многих молекул. Эти явления получили название фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитоз (от греч. phagos — пожирающий и cytos — клетка) — процесс захватывания твердых частиц одноклеточными организмами (например, амебами) или особыми клетками многоклеточных животных. Последние называются фагоцитами, или клетками-пожирателями. иях иммунитета и метаморфоза. В процессе фагоцитоза можно выделить четыре последовательные фазы. В первой (факультативной) фазе фагоцит сближается с объектом поглощения. Здесь существенное значение имеет положительная реакция фагоцита на химическое раздражение — хемотаксис (см. главу V). Во второй фазе наблюдается адсорбция поглощаемой частицы на поверхности фагоцита. Третья фаза — собственное проникновение частицы в клетку. Эта фаза связана с изменением поверхностного натяжения в наружном слое клетки. В четвертой фазе заглоченные объекты разрушаются и перевариваются внутри фагоцита. Разумеется, что эти стадии не отграничены, а незаметно переходят одна в другую. Клетки могут аналогичным способом поглощать также жидкости и крупномолекулярные соединения. Это явление получило название пиноцитоза (от греч. рупо — пить и cytos — клетка). Пиноцитоз сопровождается энергичным движением цитоплазмы в поверхностном слое, приводящим к образованию впячивания клеточной мембраны, идущей от поверхности в виде канальца внутрь клетки. На конце канальца образуются вакуоли, которые отрываются и переходят в цитоплазму. Пиноцитоз наиболее активен в клетках с интенсивным обменом веществ, в частности в клетках лимфатической системы, злокачественных опухолей и др. Многие растворы поступают в клетку осмотически. Осмосом (от греч. osmos— давление) называется одностороннее проникновение воды через полупроницаемую оболочку. Его можно наблюдать, если два раствора "различной концентрации разъединить полупроницаемой перегородкой, доступной для воды, но не пропускающей растворенного вещества. Вода с.определенной силой, зависящей от разности концентраций, станет притягиваться более насыщенным раствором из более разбавленного. Возникающее давление на полупроницаемую мембрану получило название осмотического давления.

В)

Г)

Общий план строения эукариотической животной клетки:

Всякая эукариотическая клетка кроме ядра имеет в своем составе определенный набор обязательных составных элементов (органоиды общего назначения) органоидам общего назначения относят:

1) Ядро

Общие принципы строения: Органоид, впервые описанный р. Брауном. Ядро ограничено от основной цитоплазмы двойной мембраной, которой находится собственная цитоплазма ядра (кариоплазма); по химическому составу несколько отличающаяся от цитоплазмы. Основной элемент ядра хромосомы. Хромосомы являются хранителями наследственной информации. Помимо первичной перетяжки - центромеры, ряд хромосом имеет вторичную перетяжку имеющую "липкие" участки, которые принимают участие в образовании ядрышка. Основные функции: хранение, реализация и передача наследственной информации, ядрышко является местом образования иРНК и рибосом.

2) Митохондрии

Общие принципы строения: имеют двойную мембрану, наружная - гладкая, а внутренняя образует складки - кристы. Складки образовались с целью увеличения площади на поверхности которой происходит тканевое дыхание- Тканевое дыхание служит основным источником образования энергии в клетке. Митохондрии имеют собственную ДНК. Функционируют в среднем 10 суток, после чего обновляются автономным делением.