1. Teatud üksik keemiline koostis. Elusorganismid koosnevad samadest ainetest kui elutud objektid,
kuid nende elementide suhe on erinev.
Elusolendite põhielemendid on C(süsinik), O(hapnik), N(lämmastik) ja H(vesinik).
2. Ainevahetus ja energiasõltuvus. Elusorganismid on avatud süsteemid
need sõltuvad keskkonnast saadavast ainete ja energiast.
3. Enesepaljundamine. Elusorganismid on võimelised paljunema – paljunema omalaadseid.
4. Pärilikkus. Võimalus edastada tunnuseid ja omadusi (pärilikku teavet) põlvest põlve kasutades DNA ja RNA molekule.
5. Muutlikkus. Võimalus omandada uusi funktsioone ja omadusi.
6. Kasvamis- ja arenemisvõime.
a) ontogenees. Individuaalne areng sünnist kuni elu lõpuni
(surm või uus jagunemine), millega kaasneb kasv, on igale indiviidile omane.
b) fülogeneesia. Evolutsiooniline areng seisneb ajaloolises arengus
elu Maal selle algusest kuni tänapäevani.
7. Ärrituvus. Elusorganismid on võimelised reageerima teatud välismõjudele (muutustele keskkonnas) spetsiifiliste reaktsioonidega.
8. Ausus ja diskreetsus. Kogu mateeria on terviklik, teatud viisil organiseeritud ja allub tavaseadusele,
aga see koosneb ka eraldiseisvatest, ehkki omavahel seotud elementidest.
Eneseregulatsioon. Homöostaasi säilitamise võime on selle keemilise koostise püsivus.
Kohanemine. Organismide võime kohaneda oma keskkonnaga.
Rütm. Erilise elurütmi ilming (igapäevane, hooajaline jne)
Hierarhia. Leides kogu elava aine üksteisele erilises alluvuses,
milles vähem keeruka tasemega bioloogilised süsteemid võimaldavad eksisteerida keerukamaid süsteeme.
Kõigil elusorganismidel on rakuline struktuur, välja arvatud viirused.
14. Teaduslikud uurimismeetodid
kaks peamist teaduslike teadmiste taset: empiiriline ja teoreetiline
Empiiriline teadmiste tase hõlmab
nähtuste vaatlemine
Faktide kogumine ja valik
Nendevaheliste sidemete loomine.
Empiiriline tasand on sotsiaalsete ja loodusobjektide kohta andmete (faktide) kogumise etapp
Teadmiste teoreetiline tase on seotud vaimse tegevuse ülekaaluga, empiirilise materjali mõistmisega, selle töötlemisega. Peal teoreetiline tase paljastatud
Süsteemide ja nähtuste sisemine struktuur ja arengumustrid
Nende koostoime ja tinglikkus.
Üldised teaduslikud meetodid jagunevad tavaliselt kahte suurde rühma:
empiirilise uurimistöö meetodid (vaatlus, võrdlus, mõõtmine, eksperiment);
teoreetilise uurimistöö meetodid (abstraheerimine, analüüs ja süntees, idealiseerimine, induktsioon ja deduktsioon, mentaalne modelleerimine, tõus abstraktsest konkreetsesse jne).
Empiirilise uurimistöö meetodid
jälgimine,
võrdlus,
mõõtmine,
katse
materjali modelleerimine
Vaatlus
Uurimistöö teoreetilisel tasemel kasutatavad meetodid
Selliseid meetodeid kaalutakse
abstraktsioon,
aksiomaatiline,
analüüs ja süntees,
idealiseerimine,
induktsioon ja deduktsioon
vaimne modelleerimine,
tõustes abstraktsest konkreetsesse
12. Elusaine põhiomadused
Bioloogia kui teadus ja selle koht kaasaegses loodusteaduses
Bioloogia eesmärk on teadmine elust – nähtusest, millel on maailmapildis eriline koht. Bioloogia on tänapäeval teadusharude kompleks, mis uurib elusorganisme, nende ehitust, talitlust, levikut, päritolu ja arengut, aga ka organismide looduslikke kooslusi, nende suhet omavahel, elutu looduse ja inimesega. Koos astronoomia, füüsika, keemia, geoloogia ja teiste loodust uurivate teadustega on bioloogia üks loodusteadusi.
Elu looduse olemasolu ja arengu määravad keerulised füüsikalised ja keemilised protsessid, mis on ka eluslooduse jaoks fundamentaalsed. Elusorganismide tulekuga (oma omaduste poolest põhimõtteliselt erinevad eluslooduse kehadest) hakkavad aga toimuma bioloogilised protsessid, millel on spetsiifiline iseloom ja mis alluvad uutele seadustele - bioloogilistele. Seega on eluslooduse füüsikalised ja keemilised protsessid fundamentaalsed, esmased ja nende alusel tekkivad bioloogilised protsessid on tuletised, sekundaarsed. Inimene on eriti keeruline nähtus – selles on ühendatud bioloogiline ja sotsiaalne olemus. Omades erinevalt kõigist teistest elusorganismidest mõistust, keelt, loomingulise tegevuse võimet, sügavat sotsiaalsust, allub inimene nii füüsikalis-keemilistele kui ka bioloogilistele ja sotsiaalsetele seadustele.
Selliste bioloogiateaduste nagu biokeemia, biofüüsika, geneetika, molekulaarbioloogia, ökoloogia kiire areng ja grandioossed saavutused 20. sajandil tõid kaasa meie arusaamade olulise laienemise ja süvenemise materiaalse maailma ühtsusest, keerukate suhete olemasolust elutu, elav loodus ja inimkond. Seega näitas biosfääri, ökoloogia kui terviku õpetuse areng, et elusorganismid (vastavalt "elusaine") on planeedi mastaabis võimas geoloogiline tegur; et praegu on inimkond veelgi võimsam keskkonnategur, mis mõjutab nii Maa elutut kui ka elusat olemust.
Määrates kindlaks bioloogia koha ja rolli kaasaegses loodusteaduses, on vaja märkida selle tähtsust selliste uute teadussuundade nagu küberneetika, sünergia ja üldine süsteemiteooria väljakujunemisel. Tõepoolest, elussüsteemid pole midagi muud kui avatud hajutavad süsteemid, mida uurib sünergia. Küberneetilist lähenemist elussüsteemide uurimisele kasutatakse bioloogias laialdaselt ja viljakalt ning “tagasiside põhimõttel” aitab bioloogia kaasa selle suuna arendamisele teaduses. Lõpuks põhitõed üldine teooria süsteemid panid paika bioloog L. Bertalanffy tööd, kes otsis aktiivselt uusi elu mõistmise viise.
Kõik eelnev selgitab vajadust moodustada, raames kaasaegne loodusteadus, terviklik vaade materiaalsele maailmale, mille lahutamatuks komponendiks on inimühiskond mis määrab tänapäeval suuresti selle maailma edasise olemasolu ja arengu.
Elu substraat
Erinevus elusa ja eluta looduse vahel avaldub selgelt juba nende keemilise koostise tasandil. Kui Maakoor 90% koosneb O-st, Si-st, Al-st ja Na-st, siis elusorganismides on umbes 95% C, H, O, N. Lisaks kuulub sellesse rühma (makroelemendid) veel kaheksa elementi - Na, Cl, S, P , Ca , K, Mg, Fe, mille sisaldus on arvutatud protsendi murdosades. Väiksemas koguses leidub eluks ühtviisi vajalikke mikroelemente - Cu, Mn, Zn, Mo, Co, F, I, Se, B. Teadaolevalt täidavad organismides teatud funktsioone vaid 27 elementi. Pole juhus, et elusorganismide alus koosneb keemilistest elementidest (nn organogeenid) - vesinik, süsinik, hapnik ja lämmastik, mis koosnevad peamiselt orgaanilistest ainetest (valgud, süsivesikud, rasvad jne). Organogeenide seas kuulub esikoht kahtlemata süsinikule. Seda keemilist elementi iseloomustab võime moodustada tugevaid (ja seega energiamahukaid) ja labiilseid sidemeid. See on suuremal määral kui kõik teised elemendid Maal võimeline moodustama suuri molekule, võib ühineda teiste süsinikuaatomitega ahelates ja rõngastes. Tulemuseks on tohutu suurusega keerulised molekulid, mida iseloomustab "lõpmatu" mitmekesisus. Süsinikuaatomid samas ühendis on võimelised täitma nii elektroni aktseptori kui ka elektronidoonori rolli; võib moodustada peaaegu kõiki keemiale teadaolevaid sidemeid. Hapniku ja vesiniku kõrge sisaldus elusorganismides on vaieldamatult seotud vastavalt oksüdeerivate ja redutseerivate omaduste olemasoluga. Lämmastik sisaldub orgaaniline aine, mis on eluprotsesside jaoks ülitähtsad – valgud ja nukleiinhapped. Väävlit, fosforit ja muid elemente, nagu süsinik, iseloomustab labiilsus ning nende koosmõju loob erakordselt rikkalikult keemilisi sidemeid.
Molekulaarsel tasemel elumärk on äärmiselt mitmekesine orgaanilised ühendid. Nad on nii organismide struktuursed kui ka funktsionaalsed komponendid, mängides olulist rolli ainevahetuse ja energia protsessides. Elamise alus ehk teisisõnu elu substraat on valgud ja nukleiinhapped – biopolümeerid, mis on tihedas vastasmõjus ja vastastikuses sõltuvuses. Valgud pole mitte ainult elusolendite ehitusmaterjal, vaid ka mängivad oluline roll kõigis elutähtsates funktsioonides (sh nukleiinhapete sünteesi protsessis), toimides biokatalüsaatoritena (valgud - ensüümid). Nukleiinhapped omakorda määravad ette kõigi organismis sünteesitavate valkude struktuuri. Pealegi on kõigil Maal elavatel organismidel universaalne geneetiline kood - iga kahekümnest aminohappest, mis moodustavad kõik keha valgud, vastab polünukleotiidahelas teatud kolmest nukleotiidist koosnevale järjestusele.
Seega on elu aluspinna iseloomulikuks tunnuseks selle struktuurne korraldus. Samast ehitatud elusaine keemilised elemendid, mis on elutu, iseloomustab äärmine keerukus keemilised ühendid teatud järjestuse tõttu molekulaarsel tasandil. Korrapärasusega ruumis kaasneb korrastatus ajas, mis tagab elussüsteemides toimuvate protsesside range jada.
Kaasaegsed ideed elu olemuse kohta
Klassikaline elu definitsioon oli F. Engelsi sõnastus: „Elu on valgukehade eksistentsi viis, mille olemuslikuks punktiks on pidev ainete vahetus neid ümbritseva välise loodusega ning selle ainevahetuse lakkamisega ka elu peatub, mis viib valkude lagunemiseni”, Ja edasi : "... ainevahetus seisneb keemilise koostise muutumise ainete imendumises, mille organism omastab ja mille jäänused väljutatakse koos lagunemissaadustega. organismi enda poolt eluprotsessi käigus tekkinud." Seda teesi täiendab F. Engelsi enda väga tähenduslik märkus: „Ka anorgaanilistes kehades võib toimuda sarnane ainevahetus, mis edasi minema aja jooksul kõikjal, sest keemilised toimingud toimuvad kõikjal, isegi kui väga aeglaselt. Erinevus seisneb aga selles, et anorgaaniliste kehade puhul hävitab ainevahetus neid, orgaaniliste kehade puhul on see aga nende olemasolu vajalik tingimus. Engels oli oma ajast kaugel ees ja võib vaid imestada, kuidas ta suutis tolleaegses teaduse seisus näha peamist ja välja tuua kõige põhilisema elava olemuse iseloomustamisel.
Silmapaistev biokeemik, akadeemik märkis, et „elusolendite võime luua korda molekulide kaootilisest soojusliikumisest on kõige sügavam ja põhimõttelisem erinevus elava ja elutu vahel. Kalduvus korrale, kaosest korda luua pole midagi muud kui vastandus entroopiale. Piltlikult öeldes sellest silmapaistev füüsik XX sajand E. Schrödinger: „Elav organism saab vältida maksimaalse entroopia seisundit, milleks on surm, ainult siis, kui ammutab pidevalt oma keskkonnast negatiivset entroopiat. Negatiivne entroopia on see, millest organism toitub. Või vähem paradoksaalselt öeldes on ainevahetuses oluline see, et organism suudab vabaneda kogu positiivsest entroopiast, mida ta peab elus olles tootma.
Võttes kokku kaasaegse loodusteaduse saavutused avatud hajuvate süsteemide teooria vallas, määratles kuulus biofüüsik Maal eksisteerivaid eluskehi kui "avatud isereguleeruvaid ja ise taastootvaid süsteeme, mis koosnevad biopolümeeridest: valkudest ja nukleiinhapetest".
Vaatamata elu fenomeni puudutavate väidete rohkusele näib elu lühidalt ja ühemõttelist määratlust anda tänapäeval väga raske. väljakutseid pakkuv ülesanne. "Elu" ei eksisteeri iseenesest – see on ainult konkreetne omadus teatud süsteemid nimetatakse "elusaks" või "bioloogiliseks". Elu selle spetsiifilistes ilmingutes Maal esindavad mitmesugused organismid. Kaasaegse bioloogia saavutuste põhjal on võimalik välja tuua kogum omadusi, mis on ühised kõigile elusolenditele ja eristada neid elutu looduse kehadest. Seega jõuame mõiste "elu" juurde, mõistes elusorganismide spetsiifilisi omadusi.
Elukorralduse tasemed
Käesoleva sajandi 60. aastateks oli ettekujutus elavate organisatsioonide tasemetest kui hierarhilise korra konkreetsest väljendusest. Elu Maal esindavad kindla struktuuriga organismid, mis kuuluvad teatud süstemaatilisse rühma (populatsioon, liigid), aga ka erineva keerukusega kooslused (biogeotsenoosid, biosfäär). Organisme omakorda iseloomustab molekulaarne, rakuline, koe-, elundistruktuur. Iga organism koosneb ühelt poolt talle alluvatest organisatsioonitasandite üksustest (elundid, koed jne), teisalt on ta ise üksus supraorganismiliste bioloogiliste süsteemide (populatsioonid, liigid, biogeotsenoosid) koostises. , biosfäär tervikuna).
Elu olemasolu kõigil tasanditel määrab madalama taseme struktuur. Näiteks rakulise organiseerituse olemuse määrab molekulaarne ja subtsellulaarne tase; organismiline - rakk, kude, elund; populatsioonispetsiifiline – organismiline jne. Tuleb märkida diskreetsete üksuste suurt sarnasust madalamatel tasanditel ja üha suurenevat erinevust kõrgematel tasanditel.
Bioloogiliste süsteemide uurimise käsitluse järgi eristatakse järgmisi elusaine organiseerituse tasemeid erinevatel viisidel koostisosade struktuurne ja funktsionaalne seos:
Tabel 12.2
Definitsioon ja lühikirjeldus |
|
Molekulaarne | 20 aminohapet ja 4 lämmastikualust, millest moodustuvad nukleiinhappemolekulid |
Mobiilne | Rakk on põhiline iseseisvalt toimiv elementaarne bioloogiline üksus, mis on iseloomulik kõigile organismidele. Biosüntees ja realiseerimine on võimalik ainult raku tasandil pärilikku teavet. Üherakulistel organismidel langeb see tase organismiga kokku |
Kude-organ | Sama tüüpi korraldusega rakkude kogum moodustab koe. Erinevatesse kudedesse kuuluvad ühiselt funktsioneerivad rakud moodustavad elundeid. Ainult 5 peamist kude on osa kõigi mitmerakuliste loomade elunditest ja 6 peamist kude moodustavad taimede organid |
Organism või ontogeneetiline | Seda iseloomustab kujuteldamatu vormide mitmekesisus. Praegu elab Maal üle miljoni loomaliigi ja umbes poole miljoni liigi kõrgemaid taimi. Organism kui tervik (indiviid) on elu elementaarne üksus. Väljaspool üksikisikuid elu ei eksisteeri. Sellel tasemel toimuvad ontogeneesi protsessid. |
Rahvastik- | Teatud territooriumil asustavate, omavahel vabalt ristuvate sama liigi organismide (isendite) kogum moodustab populatsiooni. Rahvastik on evolutsiooniprotsessi elementaarüksus; see alustab spetsifikatsiooni protsessi |
Biotsenootiline | Biotsenoosid on ajalooliselt väljakujunenud stabiilsed populatsioonide kooslused erinevad tüübid, mis on omavahel ja ümbritseva eluta loodusega seotud ainete, energia ja infovahetuse kaudu. Need on elementaarsed süsteemid, milles toimub organismide elulise aktiivsuse tõttu materjali-energia tsükkel |
biosfääriline | Biosfäär - aktiivse elu piirkond, mis hõlmab atmosfääri alumist osa, hüdrosfääri ja litosfääri ülemist osa, kus elusorganismid (elusaine) ja nende elupaik on orgaaniliselt ühendatud ja üksteisega interakteeruvad, moodustades tervikliku osa. dünaamiline süsteem |
Elusaine põhiomadused
Ainevahetus (ainevahetus)
Ainevahetus (ainevahetus) - elussüsteemides toimuvate keemiliste transformatsioonide kogum, mis tagab nende elulise aktiivsuse, kasvu, paljunemise, arengu, enesesäilitamise, pideva kontakti keskkonnaga, kohanemisvõime sellega ja selle muutustega. Ainevahetuse protsessis toimub rakke moodustavate molekulide lõhenemine ja süntees; rakustruktuuride ja rakkudevahelise aine moodustumine, hävitamine ja uuenemine. Ainevahetus põhineb omavahel seotud assimilatsiooni (anabolism) ja dissimilatsiooni (katabolism) protsessidel. Assimilatsioon - keerukate molekulide sünteesi protsessid lihtsatest molekulidest koos dissimilatsiooni ajal salvestatud energia kulutamisega (samuti energia kogunemine sünteesitud ainete ladestamisel reservi). Dissimilatsioon - komplekssete orgaaniliste ühendite (anaeroobsete või aeroobsete) lõhenemisprotsessid, mis kaasnevad organismi elutähtsa aktiivsuse elluviimiseks vajaliku energia vabanemisega.
Erinevalt eluta looduse kehadest on elusorganismide vahetus keskkonnaga nende olemasolu tingimuseks. Sel juhul taastatakse hävinud (“kasutatud”) komponendid, need asendatakse uute, identsete vastu, st toimub iseseisev uuenemine. Siin on mõned näited: kõik inimese maksa- ja verevalgud uuenevad iga 20 päeva järel; kõik koevalgud - iga 160 päeva jooksul; kõik sooleepiteeli rakud uuendatakse nädala jooksul.
Keha sees toimuvad metaboolsed protsessid ühendatakse metaboolseteks kaskaadideks ja tsükliteks. keemilised reaktsioonid, mis on ajas ja ruumis rangelt järjestatud. Inimese rakkude arvutused on soovituslikud – nende ainevahetusaparaat sisaldab enam kui 10 000 reaktsiooni. Suure hulga reaktsioonide koordineeritud voog väikeses mahus saavutatakse üksikute metaboolsete sidemete järjestatud jaotusega rakus (lahterdamise põhimõte). Ainevahetusprotsesse reguleeritakse biokatalüsaatorite – spetsiaalsete valkude-ensüümide – abil. Igal ensüümil on substraadi spetsiifilisus, et katalüüsida ainult ühe substraadi konversiooni. See spetsiifilisus põhineb substraadi omapärasel "äratundmisel" ensüümi poolt. Ensümaatiline katalüüs erineb mittebioloogilisest oma ülikõrge efektiivsuse poolest, mille tulemusena suureneb vastava reaktsiooni kiirus 1 korda. Iga ensüümi molekul on võimeline sooritama mitu tuhat kuni mitu miljonit operatsiooni minutis, ilma et see reaktsioonides osalemise protsessis häviks. Nii näiteks lõikab üks katalaasi ensüümi molekul ühe minuti jooksul 5 miljonit substraadi (H2O2) molekuli. Võrdluseks võib tuua, et H2O2 võib laguneda Fe aatomite juuresolekul, kuid aeglaselt – kuluks 300 aastat, et üks rauaaatom saaks lõhustada sama palju H2O2 molekule, kui üks katalaasi molekul ühe sekundi jooksul. Teine iseloomulik erinevus ensüümide ja mittebioloogiliste katalüsaatorite vahel on see, et ensüümid on võimelised reaktsioone kiirendama normaalsetes tingimustes(atmosfäärirõhk, keha kehatemperatuur jne).
Kõik elusorganismid võib jagada kahte rühma - autotroofid ja heterotroofid, mis erinevad energiaallikate ja eluks vajalike ainete poolest.
Autotroofid - organismid, mis sünteesivad anorgaanilistest ainetest orgaanilisi ühendeid, kasutades päikesevalguse energiat (fotosünteesid - rohelised taimed, vetikad, mõned bakterid) või anorgaanilise substraadi oksüdeerimisel saadavat energiat (kemosünteesid - väävel, rauabakterid ja mõned teised), autotroofsed organismid on võimelised sünteesima kõiki raku komponente. Fotosünteetiliste autotroofide roll looduses on määrav - olles orgaanilise aine esmatootja biosfääris, tagavad nad kõigi teiste organismide olemasolu ja biogeokeemiliste tsüklite kulgemise ainete ringluses Maal (vt ptk 14).
Heterotroofid (kõik loomad, seened, enamik baktereid, mõned klorofüllivabad taimed) on organismid, mis vajavad oma eksisteerimiseks valmis orgaanilisi aineid, mis toiduna toimides on nii energiaallikaks kui ka vajalikuks. ehitusmaterjal». iseloomulik tunnus heterotroofid on amfibolismi olemasolu neis, st väikeste moodustumise protsess orgaanilised molekulid(monomeerid), mis tekivad toidu seedimisel (keeruliste substraatide lagunemise protsess). Selliseid molekule - monomeere kasutatakse omaenda keeruliste orgaaniliste ühendite kokkupanemiseks. Näiteks kui toiduvalgud lagundatakse soolestikus aminohapeteks, siis viimased sisenevad keharakkudesse ja seal “kokku” (sünteesivad) sellele organismile omased valgud.
Enesepaljundamine (paljundamine)
Elu eksisteerib diskreetsete bioloogiliste süsteemide (rakud, organismid jne) kujul ja iga üksiku bioloogilise süsteemi olemasolu on ajaliselt piiratud. Seetõttu on elu säilitamine igal organisatsiooni tasandil seotud paljunemisega.
Paljunemisvõime (omalaadne taastootmine, isepaljunemine) viitab elusorganismide ühele põhiomadusele. Paljunemine on vajalik liikide eksisteerimise järjepidevuse tagamiseks, kuna üksikorganismi eluiga on piiratud. Paljunemine enam kui kompenseerib isendite loomulikust väljasuremisest põhjustatud kahjud ja hoiab seega liikide säilimist mitmes isendite põlvkonnas. Elusorganismide evolutsiooni käigus toimus paljunemismeetodite areng. Seetõttu leiame praegu eksisteerivate arvukate ja mitmekesiste elusorganismide liikide hulgas erinevaid paljunemisvorme. Paljud organismitüübid ühendavad mitut paljunemismeetodit. On vaja eristada kahte põhimõtteliselt erinevat organismide paljunemise tüüpi - aseksuaalset (esmane ja iidsem paljunemisviis) ja seksuaalset.
Mittesugulise paljunemise käigus moodustub emaorganismi ühest või rakkude rühmast (mitmerakulises) uus isend. Kõikide mittesugulise paljunemise vormide puhul on järglastel genotüüp (geenide komplekt) identne ema omaga. Järelikult osutuvad kõik ühe emaorganismi järglased geneetiliselt homogeenseks ja tütarisenditel on samad tunnused.
Sugulisel paljunemisel areneb uus isend kahe vanemorganismi poolt toodetud kahe spetsialiseeritud suguraku ühinemisel (viljastamisprotsess) moodustunud sügootist. Sügootis olev tuum sisaldab hübriidset kromosoomikomplekti, mis moodustub sulandunud sugurakkude tuumade kromosoomikomplektide liitumise tulemusena. Sügootide tuumas tekib seega uus kombinatsioon pärilikest kalduvustest (geenidest), mille toovad võrdselt mõlemad vanemad. Ja sügoodist arenev tütarorganism saab uue omaduste kombinatsiooni. Teisisõnu, sugulisel paljunemisel kombineeritud vormi rakendamine pärilik varieeruvus organismid, mis tagavad liikide kohanemise muutuvate keskkonnatingimustega ja on evolutsiooni oluline tegur. See on sugulise paljunemise oluline eelis mittesugulise paljunemise ees.
Elusorganismide võime ennast taastoota põhineb nukleiinhapete ainulaadsel omadusel paljuneda ja nähtusel maatriksi süntees, mis on nukleiinhappemolekulide ja valkude moodustumise aluseks. Enesepaljunemine molekulaarsel tasandil määrab nii ainevahetuse teostamise rakkudes kui ka rakkude eneste paljunemise. Rakkude jagunemine (rakkude isepaljunemine) on mitmerakuliste organismide individuaalse arengu ja kõigi organismide paljunemise aluseks. Organismide paljunemine tagab kõigi Maal asustavate liikide isepaljunemise, mis omakorda määrab biogeotsenooside ja biosfääri olemasolu.
Pärilikkus ja muutlikkus
Pärilikkus tagab materiaalse järjepidevuse (voolu geneetiline teave) organismide põlvkondade vahel. See on tihedalt seotud paljunemisega molekulaarsel, subtsellulaarsel ja rakulisel tasemel. Pärilike tunnuste mitmekesisust määrav geneetiline informatsioon on krüpteeritud DNA molekulaarstruktuuris (mõnede viiruste puhul RNA-s). DNA polünukleotiidahelad jagunevad spetsiaalseteks funktsionaalseteks üksusteks (geenideks), mis on geneetilise (päriliku) teabe ühikud. Geenid kodeerivad teavet sünteesitud valkude ensümaatilise ja struktuurse struktuuri kohta. Geneetiline kood on sünteesitud valkude aminohapete järjestuse teabe "salvestamise" süsteem, kasutades DNA molekuli nukleotiidide järjestust.
Kõikide organismis leiduvate geenide kogumit nimetatakse genotüüp ja funktsioonide komplekt - fenotüüp. Fenotüüp sõltub nii genotüübist kui ka sise- ja väliskeskkonna teguritest, mis mõjutavad geenide aktiivsust ja määravad regulaarseid protsesse. Päriliku teabe salvestamine ja edastamine toimub kõigis organismides nukleiinhapete abil, geneetiline kood on kõigil Maa elusolenditel sama, see tähendab universaalne. Pärilikkuse tõttu kanduvad põlvest põlve tunnused, mis tagavad organismide kohanemisvõime keskkonnaga.
Kui organismide paljunemisel avalduks vaid olemasolevate märkide ja omaduste järjepidevus, siis muutuvate keskkonnatingimuste taustal oleks organismide olemasolu võimatu, kuna organismide eluks vajalik tingimus on nende kohanemisvõime keskkonnatingimustega. "Kõva" pärilikkusega ei saanud ka evolutsiooniprotsessi läbi viia. Kuid elusorganisme iseloomustab muutlikkus, mille all mõistetakse elavate omadust omandada uusi tunnuseid ja kaotada vanu. Samasse liiki kuuluvate organismide mitmekesisuses on varieeruvus. Muutlikkus võib realiseeruda üksikutes organismides nende individuaalse arengu käigus või organismide rühmas põlvkondade sees paljunemise ajal.
On kaks peamist varieeruvuse vormi, mis erinevad esinemismehhanismide, tunnuste muutumise olemuse ja lõpuks nende tähtsuse poolest elusorganismide olemasolule - genotüübiline (pärilik) ja modifikatsioon (mittepärilik).
Genotüübi varieeruvus on seotud genotüübi muutumisega ja viib fenotüübi muutumiseni. Genotüübi varieeruvuse aluseks võivad olla mutatsioonid (mutatsiooniline varieeruvus) või uued geenikombinatsioonid, mis tekivad sugulisel paljunemisel viljastamise protsessis. Mutatsioonilises vormis on muutused seotud eelkõige vigadega nukleiinhapete replikatsioonis. Seega uute geenide tekkimine, mis kannavad uut geneetilist informatsiooni; ilmuvad uued märgid. Ja kui äsja esilekerkivad märgid on konkreetsetes tingimustes organismile kasulikud, siis loodusliku valiku abil "kinnitatakse" ja "kinnitatakse" need. Seega põhineb organismide kohanemisvõime keskkonnatingimustega, organismide mitmekesisus pärilikul (genotüübilisel) muutlikkusel ning luuakse eeldused positiivseks evolutsiooniks.
Mittepäriliku (modifikatsiooni) varieeruvuse korral toimuvad fenotüübi muutused keskkonnategurite mõjul ega ole seotud genotüübi muutumisega. Modifikatsioonid (muutused tunnustes koos modifikatsiooni varieeruvusega) toimuvad reaktsiooni normaalses vahemikus, mis on genotüübi kontrolli all. Modifikatsioonid ei kandu edasi järgmistele põlvkondadele, s.t. indiviidi elu jooksul omandatud omadused ei ole päritud. Modifikatsiooni varieeruvuse väärtus seisneb selles, et see tagab organismi kohanemisvõime keskkonnateguritega elu jooksul.
Organismide individuaalne areng
Kõiki elusorganisme iseloomustab isendiarengu protsess – ontogenees. Traditsiooniliselt mõistetakse ontogeneesi all mitmerakulise organismi (moodustunud sugulise paljunemise tulemusena) individuaalse arengu protsessi alates sügoodi moodustumise hetkest kuni isendi loomuliku surmani. Sügootide jagunemise ja järgnevate rakkude põlvkondade tõttu moodustub mitmerakuline organism, mis koosneb tohutul hulgal erinevat tüüpi rakkudest, erinevatest kudedest ja organitest. Organismi areng põhineb "geneetilisel programmil" (mis on põimitud sigooti kromosoomide geenidesse) ja see toimub spetsiifilistes keskkonnatingimustes, mis mõjutavad oluliselt geneetilise teabe rakendamise protsessi indiviidi individuaalse eksisteerimise ajal. Individuaalse arengu varases staadiumis toimub intensiivne kasv (massi ja suuruse suurenemine), mis on tingitud molekulide, rakkude ja muude struktuuride paljunemisest ning diferentseerumisest, st struktuurierinevuste ilmnemisest ja funktsioonide komplikatsioonist.
Ilmselgelt on "ontogeneesi" mõiste rakendatav ainuraksete organismide puhul. Samuti on õigustatud rääkida aseksuaalsel paljunemisel tekkivast ühe- ja mitmerakuliste organismide individuaalsest arengust. Tõepoolest, näiteks ripslaste jagunemisel tekivad tütarrakud, mis erinevad oluliselt emarakust. Need on väiksemad, ilma mitmete organellideta, mis moodustuvad ainult aja jooksul tütarindiviidide individuaalse eksisteerimise protsessis. Jõudnud “küpsesse” olekusse, toovad tütarorganismid (mis on omakorda läbinud jagunemise) uue ripslaste põlvkonna. Ja kuigi sellise põlvkondade vahetuse korral ei toimu indiviidide loomulikku surma, võime rääkida nende ontogeneesist (nende ainuraksete organismide jagunemisest jagunemiseni). Teine näide on mitmerakuliste organismide mittesuguline paljunemine. Näiteks pungumine hüdras. Siin kulgeb ontogeneesi protsess alates hetkest, kui neer ilmub ema organismile (ja tütarindiviidi eraldumisest selle teatud arenguetapis) kuni tütarindiviidi loomuliku surmani.
Ontogeneesi kõigil etappidel on erinevatel keskkonnateguritel (temperatuur, gravitatsioon, rõhk, toidu koostis keemiliste elementide ja vitamiinide sisalduse osas, erinevad füüsikalised ja keemilised mõjurid) organismi arengule oluline reguleeriv mõju. Nende tegurite rolli uurimine loomade ja inimeste individuaalse arengu protsessis omab suurt praktilist tähtsust, mis suureneb koos inimtekkelise mõju tugevnemisega loodusele. IN erinevaid valdkondi bioloogias, meditsiinis, veterinaarias ja teistes teadustes tehakse laialdaselt uuringuid organismide normaalse ja patoloogilise arengu protsesside uurimiseks, ontogeneesi mustrite väljaselgitamiseks. IN viimastel aastakümnetel moodustas iseseisva biomeditsiini sektsiooni - teratoloogia. See suund on pühendatud organismide deformatsioonide ja väärarengute uurimisele, nende väljanägemise põhjuste ja erinevate keskkonnategurite rolli selgitamisele. Paljud tuvastatud teratogeenid (tegurid, mis põhjustavad deformatsioonide ja väärarengute ilmnemist) osutusid erinevateks kemikaalid kellega inimene puutub sageli kokku, Igapäevane elu- nikotiin, alkohol, mitmesugused sünteetilised ained, mõned ravimid. Näidatud teratogeenset toimet ja palju füüsilisi tegurid - mitmesugused kiirguse tüüp, ultraheli, vibratsioon, elektromagnetväli jne.
Organismide evolutsioon
Organismide evolutsioon on elusolendite ajaloolise arengu pöördumatu protsess. Evolutsiooni käigus ( fülogeneetiline areng) toimub järjestikuste liikide muutumine uute organismiliikide tekkimise protsessi tulemusena. Oma olemuselt on evolutsioon progresseeruv, sest elusorganismide organiseerumine on evolutsiooni käigus läbinud mitmeid etappe - rakueelsed vormid, ainuraksed organismid, järjest keerulisemaks muutuvad hulkraksed organismid kuni inimeseni välja (vt täpsemalt järgmisest peatükist) . Inimese tulekuga uus vorm mateeria olemasolu – sotsiaalne, bioloogilisest kõrgem ja sellele mitte taandatav. Seetõttu on inimene erinevalt kõigist teistest organismitüüpidest biosotsiaalne olend (vt täpsemalt ptk 14).
Ärrituvus
Organismide ja kõigi elussüsteemide lahutamatu omadus on ärrituvus – võime tajuda väliseid või sisemisi stiimuleid (lööke) ja neile adekvaatselt reageerida. Organismides kaasneb ärrituvusega muutuste kompleks, mis väljendub nihketes ainevahetuses, rakumembraanide elektrilises potentsiaalis, rakkude tsütoplasma füüsikalis-keemilistes parameetrites, motoorsetes reaktsioonides ning kõrgelt organiseeritud loomi iseloomustavad muutused nende käitumises.
Loomadel, kellel ei ole närvisüsteem, üherakulised organismid ja mõned mitmerakuliste organismide rakud (näiteks vere fagotsüüdid), ärritusreaktsioonid väljenduvad eelkõige motoorsete reaktsioonide kujul - taksod, ruumilised liikumised. Sõltuvalt ärrituse olemusest eristatakse järgmisi taksosid: fototaksis, kemotaksis, termotaksis, geotaksis jne. Fotosünteetilistel organismidel avaldub tavaliselt positiivne fototaksis (liikudes kõige valgustatud tsooni), heterotroofseid organisme iseloomustab kõige sagedamini negatiivne. fototaksis (valgustatud tsoonide vältimine) . Tänu kemotakssele kogunevad vere fagotsüüdid näiteks kehasse sattunud bakterite ümber, mis täidavad oma ülesannet – bakterite fagotsütoosi (“õgimist”).
Taimed on vähem liikuvad kui loomad. Enamik taimede liikumisi tekib vastusena valguse, temperatuuri, gravitatsiooni ja keemiliste tegurite ärritusele. Taimedel on kahte tüüpi aktiivseid liikumisi: kasv ja kokkutõmbumine. Esimesed liigutused on aeglasemad ja teised kiiremad. Kasvuliikumised on seotud ühes suunas toimiva teguri mõjuga taimele. See põhjustab ühepoolset kasvu ja selle tagajärjel tekib painutus. Selliseid taimeorganite painutusi nimetatakse tropismid. Igasugune tropism võib olla positiivne või negatiivne. Positiivseks nimetatakse seda, kui taim paindub stiimuli poole, ja negatiivseks, kui taim paindub stiimulile vastupidises suunas. Seega, kui panna taime istikud aknale, siis kasvavad taimed painduvad ühes suunas, valguse poole. Seda nähtust nimetatakse positiivseks fototropismiks. Taim paindub, kuna kasvab sellistes tingimustes ebaühtlaselt. Taime valgusepoolne külg kasvab aeglasemalt kui vastaskülg. Taimede kokkutõmbumisliigutused hõlmavad lehtede kiiret liikumist mimoosidel, oksaalidel, putuktoidulistel taimedel (nt päikesekaste) puudutamisel - nastia. Mimoosil on sulgjate lehtede ja üksikute lehtede varredel spetsiaalsed spetsiaalsete rakkudega alad. Ärritamisel (puudutamisel, lükkamisel, raputamisel) kaotavad rakud kiiresti vett, rakusisene rõhk langeb järsult ja lehed lähevad kokku. Praegu on oletatud, et kiirete liigutuste mehhanism on seotud ka spetsiaalsete kontraktiilsete valkude olemasoluga.
Mitmerakulistel loomadel pakuvad närvi- ja lihassüsteemid motoorseid reaktsioone; stiimuliga vahendatud reaktiivse suhtluse vormid arenevad kõrgema närvitegevuse ja teadvuse kaudu. Ärrituvusest tingituna saavutatakse organismide tasakaal väliskeskkonnaga: organismid reageerivad adekvaatselt oma keskkonnatingimuste muutustele bioloogilise süsteemi vastavate elementide ja süsteemi enda kui terviku funktsioneerimise muutustega.
Ärrituse fenomen on bioloogiliste süsteemide iseregulatsiooni aluseks ning eneseregulatsiooni olemasolu tulemusena säilib süsteemides homöostaas. homöostaas- see on süsteemi võime muutustele vastu seista ja säilitada oma koostise ja omaduste suhtelist püsivust (teatud kehatemperatuuri säilitamine, püsivus täisliikmelisus, osmootne rõhk jne).
Selle aluseks on ärrituvuse fenomen kohandused. Kohanemise (adaptatsiooni) all mõistetakse organismi kohanemist pidevalt muutuvate keskkonnatingimustega. Tõstes esile ärrituvust kui elusorganismide spetsiifilist omadust, juhinduvad nad järgmistest kaalutlustest. Elutud kehad (süsteemid) reageerivad reeglina sellele välismõjud otseselt, st sõltumata selle varasemast ajaloost. Elusorganismid ei reageeri välismõjudele mitte ainult otseselt, vaid ka nende sünnipärase (geneetilise) või eluaegse (individuaalse) "mälu" põhjal kogu varasemast välismõjudele reageerimise kogemusest. Mõistlikel olenditel on võime muutuvates keskkonnatingimustes ette tegutseda, reageerides välismõjudele mitte ainult vahetult või olemasolevat ja kogutud informatsiooni arvesse võttes, vaid seda aktiivselt sisuliselt uueks infoks töödeldes.
Elusorganismide omaduste analüüsile pühendatud osa lõpetuseks võib välja tuua fundamentaalsed ja spetsiifilised omadused, millede tervik iseloomustab elavat: eneseuuenemine, -paljunemine ja -regulatsioon, mis põhineb ainevoogudel. , energia ja teave. Elussüsteemide ja elutute süsteemide erinevus ei seisne mitte mingite tabamatute metafüüsiliste omaduste olemasolus – kõik füüsika ja keemia seadused kehtivad ka elusolendite kohta –, vaid elussüsteemide suures struktuurses ja funktsionaalses keerukuses. See omadus hõlmab kõiki ülalpool käsitletud elusorganismide tunnuseid ja omadusi ning muudab elu oleku aine kvalitatiivselt uueks omaduseks.
Küsimused enesekontrolliks:
1. Millised põhiomadused eristavad elusainet eluta ainest?
2. Mis on elu substraat?
3. Kuidas saab defineerida elu fenomeni?
4. Mis on ainevahetus ja millist rolli see elu dünaamikas mängib?
5. Millised hierarhilised organiseerituse tasemed on elusainele omased?
Elu fenomenoloogia
Elusaine struktuurihierarhia.
M.V. Wolkenstein pakkus välja järgmise elu definitsiooni: "Maal eksisteerivad eluskehad on avatud, isereguleeruvad ja isepaljunevad süsteemid, mis on ehitatud biopolümeeridest – valkudest ja nukleiinhapetest." Mõiste "elu" range ja selge definitsioon puudub, kuid on võimalik loetleda ja kirjeldada neid elusaine tunnuseid, mis eristavad seda elutust ainest.
1. teatud keemiline koostis. Elusorganismide koostis sisaldab samu keemilisi elemente, mis elututes objektides, kuid nende vahekord on erinev. Peamised toitained on makrotoitained H, C, O, N(98% elusorganismide massist). Lisaks neile oluline mikroelemendid Na, Mg, Cl, P, S, Fe, Ca Lisaks on kõik elusorganismid üles ehitatud neljast orgaaniliste ainete põhirühmast: nukleiinhapped, valgud, süsivesikud Ja lipiidid.
2. Raku struktuur. Kõigil elusorganismidel on teatud organisatsioon, mille struktuurne ja funktsionaalne üksus on kõigi organismide (v.a viirused) jaoks. kamber.
3. Ainevahetus ja energiasõltuvus. Organismid - avatud süsteemid, mis on stabiilsed ainult pideva juurdepääsuga ainetele ja energiale väljastpoolt. Kus elav süsteem on pidevalt dünaamilises tasakaalus.
4. Eneseregulatsioon. Elusorganismidel on võime säilitada oma keemiline püsivus. ainevahetusprotsesside koostis ja intensiivsus.
5. Ärrituvus- keha võime reageerida teatud mõjudele spetsiifiliste reaktsioonidega. Ärrituse ilmingu kõige silmatorkavam vorm on liikumine. Taimedes see tropismid, kasvuliigutused, primitiivsetel loomadel - taksod. Mitmerakulised reaktsioonid ärritusele viiakse läbi närvisüsteemi abil ja neid nimetatakse refleksid.
6. Pärilikkus. Elusorganisme iseloomustab võime DNA infokandjate abil põlvest põlve muutumatul kujul üle kanda märke ja omadusi.
7. Muutlikkus- organismide võime omandada uusi tunnuseid ja omadusi; loob loodusliku valiku jaoks mitmesuguseid materjale.
8. paljunemine- elusolendite võime paljuneda oma liiki. Tänu paljunemisele toimub põlvkondade vahetumine ja järjepidevus. Aretustüübid: aseksuaalne(viivad läbi mittesoolised, somaatilised rakud) Ja seksuaalne(viivad läbi sugurakud).
mittesuguline paljunemine kõige laiemalt levinud prokarüootide, seente ja taimede seas, kuid leidub ka aastal mitmesugused loomad. Peamised mittesugulise paljunemise vormid on lõhustumine, eoste teke, pungumine, killustumine, vegetatiivne paljunemine ja kloonimine ( kloon – ühe isendi geneetiline koopia).
seksuaalne paljunemine iseloomulik valdavale osale elusorganismidele ja on suure bioloogilise tähtsusega. Kogu seksuaalse paljunemisega seotud nähtuste kogum koosneb neljast põhiprotsessist: 1) gametogenees- sugurakkude (sugurakkude) moodustumine; 2) väetamine(süngaamia – sugurakkude ja nende tuumade sulandumine) ja sügoodi teke; 3) embiogenees(sügoodi purustamine ja embrüo moodustumine); 4) organismi edasine kasv ja areng embrüojärgsel (postembrüonaalsel) perioodil.
Sugulise paljunemise bioloogiline tähtsus ei seisne ainult isendite paljunemises, vaid ka liikide bioloogilise mitmekesisuse, nende kohanemisvõime ja evolutsiooniliste väljavaadete tagamises. See võimaldab meil pidada seksuaalset paljunemist bioloogiliselt progressiivsemaks kui aseksuaalseks.
Mõnele organismirühmale on iseloomulikud ebaregulaarsed sugulise paljunemise tüübid - partenogenees – embrüo areng viljastamata munarakust(mesilased, sipelgad, termiidid, lehetäid, dafnia), tagab see liikide arvu kiire kasvu.
9. Ontogenees on individuaalne areng. Uus organism tekib enamikul juhtudel sugurakkude (gameetide) ühinemise tulemusena. Kasvu- ja arenguprotsessis tekib järk-järgult indiviidi spetsiifiline organisatsioon. Inimeste eluiga piirab vananemisprotsess, mis lõpuks viib surmani.
10. Fülogenees on evolutsiooniline areng. Kõik elusorganismid eksisteerivad mitte ainult ruumis, vaid ka ajas. Fülogenees on eluslooduse pöördumatu ja suunatud areng, millega kaasneb uute liikide ilmumine ja elu progresseeruv tüsistus.
11. terviklikkus ja diskreetsus.Ühest küljest on elusaine terviklik, teatud viisil organiseeritud ja allub mitmetele erilistele, ainult talle iseloomulikele seaduspärasustele. Teisest küljest on see diskreetne (jagatav), sest mis tahes biol. Süsteem koosneb eraldiseisvatest, kuigi omavahel tihedalt seotud elementidest.
12. Negentrory. Vastavalt Termodünaamika II seadus kõik isoleeritud süsteemides spontaanselt toimuvad protsessid arenevad järjest kahanemise suunas, s.t. entroopia suurenemine. Samal ajal, kui elusorganismid kasvavad ja arenevad, muutuvad nad vastupidi keerukamaks, mis näib olevat vastuolus teise seadusega. Tegelikult on see näiline vastuolu. Fakt on see, et elusorganismid on avatud süsteemid. Organismid toituvad, neelates energiat väljastpoolt, vabastades selle sisse keskkond soojus ja jääkained lõpuks surevad ja lagunevad. E. Schrödingeri kujundliku väljendi järgi: “organism toitub negatiivsest entroopiast”; paranedes ja muutudes keerukamaks, toovad organismid ümbritsevasse maailma kaose.
Lisaks loetletutele eristatakse mõnikord elusolenditele omaseid füsioloogilisi omadusi - kasvu, arengut, eritumist jne.
Diskreetsuse printsiip oli elusaine organiseerituse tasandite ideede aluseks.
Elusaine organiseerituse tasemed
Organisatsiooni tase- teatud keerukusastmega bioloogilise struktuuri funktsionaalne koht. Eristatakse järgmisi elusaine organiseerituse tasemeid.
Molekulaarne(molekulaargeneetiline) – hõlmab keeruliste informatiivsete orgaaniliste molekulide, kõrgmolekulaarsete orgaaniliste ühendite nagu valgud, viirused, plasmiidid, nukleiinhapped jne olemasolu ja isepaljunemise viisi.
subtsellulaarne(supramolekulaarne) - Elav loodus organiseeritud organellideks: kromosoomid, rakumembraan, endoplasmaatiline retikulum, mitokondrid, Golgi kompleks, lüsosoomid, ribosoomid ja muud subtsellulaarsed struktuurid.
Mobiilside – elusloodust esindavad rakud, st. Elu elementaarne struktuurne ja funktsionaalne üksus.
Orgaaniline kude- elusloodus on organiseeritud kudedeks ja organiteks. Tekstiil- struktuurilt ja funktsioonilt sarnaste rakkude kogum, samuti nendega seotud rakkudevahelised ained. Organ Mitmerakulise organismi osa, mis täidab teatud funktsiooni või funktsioone.
Organism(ontogeneetiline) - elusloodust esindavad organismid. organism(indiviid, indiviid) on jagamatu eluüksus, selle tegelik kandja, mida iseloomustavad kõik selle tunnused.
populatsioon-liik- elusloodus on organiseeritud populatsioonideks. elanikkonnast- sama liigi isendite kogum, mis moodustab eraldiseisva geneetilise süsteemi, mis eksisteerib pikka aega levila teatud osas suhteliselt eraldi sama liigi teistest kogumitest. Vaade- isendite (populatsioonide) kogum, mis on võimeline ristuma viljakate järglaste moodustamisega ja hõivama looduses teatud ala (leviala).
Biotsenootiline- eluslooduse vormid biotsenoosid- teatud piirkonnas elavate erinevate liikide populatsioonide kogum.
Biogeotsenootiline- elusloodus moodustab biogeotsenoosid - biotsenoosi ja abiootiliste keskkonnategurite (kliima, pinnas) kombinatsioon.
biosfääriline- eluslooduse vormid biosfäär- Maa kest, mis on muutunud elusorganismide tegevusega.
Iga järgmise taseme omaduste ennustamine eelmiste tasemete omaduste põhjal on sama võimatu kui vee omaduste ennustamine hapniku ja vesiniku omaduste põhjal. Seda nähtust nimetatakse " tekkimine”, st. süsteemil on erilised, kvalitatiivselt uued omadused, mis ei ole omased selle üksikute elementide omaduste summale. Teisest küljest hõlbustab teadmine süsteemi üksikute komponentide omadustest oluliselt selle uurimist.
1. Elusaine eripärad.
1. Keeruline struktuur suhteliselt väikese arvu biomolekulidega (valgud, rasvad, süsivesikud, lipiidid, polüsahhariidid, nukleiinhapped)
2. Bioloogiliste objektide kõrge struktuurse ja funktsionaalse korralduse tase, millel on elusorganismi iga komponendi rangelt määratletud eesmärk.
3. Elusorganismi võime säilitada elutähtsat aktiivsust aine- ja energiavahetuse kaudu keskkonnaga.
4. Biokeemiliste reaktsioonide iseregulatsioon
5. Päriliku teabe enesepaljunemine ja edasiandmine igat liiki elusorganismides
2. Biomolekulid (lihtsad ja keerulised); biopolümeerid. Raku struktuurne korraldus
Lihtne: α-aminohapped, mononukleotiidid, monosahhariidid, lipiidid, mononukleoproteiinid
Kompleks: valgud, polüsahhariidid, DNA, RNA (nukleiinhapped), polünukleotiidid.
Biopolümeerid-lipiidid, polüsahhariidid, nukleiinhapped (DNA, RNA), lipiidid, valgud.
Suhkrute üldvalem on C(H 2 O) n, kus P - täisarv (3 kuni 7), Kõik suhkrud sisaldavad hüdroksüülrühma, samuti kas aldehüüd- või ketoonrühmi. Omavahel suheldes võivad monosahhariidid moodustada di-, tri- või oligosahhariide. Suhkrud on rakkude peamine energiasubstraat. Lisaks moodustavad nad sidemeid valkude ja lipiididega ning on ka ehituskivideks keerukamate bioloogiliste struktuuride moodustamisel. Suhkrute peamised reaktiivsed rühmad on hüdroksüülrühmad, mis osalevad eelkõige monomeeride vaheliste sidemete moodustamises.
Rasvhapped sisaldavad oma koostises süsivesikute ahelat ja hüdrofiilseid karboksüülrühmi, mis moodustavad amiide ja estreid. Sarnaselt süsivesikutega on rasvhapped kehale energiaallikaks. Kuid nende peamine eesmärk on seotud osalemisega rakumembraanide moodustamises. Vabad rasvhapped leiduvad lipiidide ja vee piirides. Kuid kehas on need kõige sagedamini esterdatud või kombineeritud teiste lipiidstruktuuridega. Loomade kehas on kõige rohkem nacho-ini palmitiin-, oleiin- ja steariinrasvhappeid. Taimedes leidus lisaks loetletutele suures koguses ka linoolhapet.
Bioloogilistes kudedes leiduvaid aminohappeid kasutatakse peamiselt valgu makromolekulide ehitamiseks. Vaatamata erinevustele keemilises struktuuris, sisaldavad need amiini- ja karboksüülrühmi, mis on seotud asümmeetrilise süsinikuaatomiga. Abiga peptiidsidemed nad moodustavad pikki polüpeptiidahelaid – valkude koostisosi.
Nukleotiidid on kolmekomponendilised struktuurid, mis koosnevad lämmastiku alustest ja fosforhappe jäägist. Lämmastikalused omakorda , Need jagunevad puriiniks ja pürimidiiniks ning suhkruks (pentoos) - riboosiks ja desoksüriboosiks.
Nukliotiidid on kõrge polümeerisisaldusega nukleiinhapete komponendid - geneetilise teabe kandjad
Konkreetse molekuli rolli määramiseks elutähtsa aktiivsuse protsessides on vaja teada kõiki selle struktuuri tunnuseid. Molekulide stabiilsus on tingitud kovalentsetest sidemetest seda moodustavate aatomite vahel Molekulide bioloogilise tähtsuse määrab eelkõige nende optiline aktiivsus, see kehtib molekulide kohta, millel on kiraalsed tsentrid. Näiteks valke moodustavatel aminohapetel on ühe süsinikuaatomi külge kinnitatud neli erinevat rühma. Selle tulemusena omandavad aminohapped sellise omaduse nagu optiline aktiivsus, millel on oluline funktsionaalne roll. Lisaks optilisele aktiivsusele on väga oluline molekulide võime võtta omaks termodünaamiliselt kõige soodsam konformatsioon. Molekulide keemilised omadused sõltuvad sellest, kas need on lamedad või erineva kujuga, näiteks kõvera kujuga.
Nukleiinhapped - iononukleotiididest koosnevad informatiivsed makromolekulid. Rakud sisaldavad desoksüribonukleiinhapet (DNA) ja ribonukleiinhappeid (RNA). DNA on elussüsteemide suurim makromolekul. See koosneb paljudest tuhandetest nukleotiidide paaridest, mis on omavahel teatud järjestuses ühendatud. RNA molekulid on palju väiksemad kui DNA, kuid nende koguarv ületab DNA. Nukleiinhapete jaoks on mitmesugused funktsioonid ebatavalised, kuid geneetilise teabe salvestamine ja edastamine on rakkude paljunemise ja funktsioneerimise aluseks.
Valkudel on palju funktsioone. Need koosnevad aminohapetest, mis on ühendatud geneetiliselt määratud järjestusega, mis määrab nii nende makromolekulide struktuuri kui ka funktsioonid. Seega on valgud instrument, mille abil genoom kontrollib kõiki raku metabolismi reaktsioone.
Polüsahhariidid on makromolekulaarsed ained, mis koosnevad korduvatest struktuuriüksustest. Need erinevad üksteisest monosahhariidühikute struktuuri, molekulmassi ja glükosiidsidemete poolest. Tänu kohalolekule suur hulk polaarsed rühmad, polüsahhariidid lahustuvad pärast paisumist vees ja moodustavad kolloidseid lahuseid. Need esinevad peaaegu kõigis rakkudes ja täidavad mitmesuguseid funktsioone. Nende roll bioloogiliste struktuuride kujunemisel on suur. Niisiis moodustab kitiin lülijalgsete kestad, tselluloos on roheliste taimede põhistruktuur, mukopolüsahhariidid on sidekoe kõige olulisemad komponendid. Loomade glükogeen ja taimeorganismides tärklis on kõige olulisemad varupolüsahhariidid. Need jagunevad homo- ja heteropolüsahhariidideks. Homopolüsahhariidide näide on tärklis, mis koosneb ainult ühte tüüpi jääkidest (glükoos), ja heteropolüsahhariidide näide on hüaluroonhape, mis koosneb glükuroonhappe jääkidest vaheldumisi N-ga. atsetüülglükoosamiin.
Lipiidid on kõrgemate ainete estrid rasvhapped ja glütseriin. Nende hulka kuuluvad fosforhape, lämmastikalused või süsivesikud. Nad mängivad olulist rolli nii raku struktuurikomponentidena kui ka energiasubstraatidena Lipiidide füüsikalis-keemilised omadused sõltuvad nende polaarsusest. Seal on polaarsed ja neutraalsed lipiidid. Viimased koosnevad triatsüülglütseriididest ja kuuluvad lihtlipiidide klassi. Polaarsed lipiidid on mitmekomponendilised ained ja komplekssed lipiidid.
Raku struktuurne korraldus.
Rakk on elusaine põhiline struktuurielement.
1.Kõik elusorganismid koosnevad teatud arvust rakkudest, on ühe- ja mitmerakulisi mikroorganisme.Üerakulised: streptokokid, koolerabatsillid jne.
Mitmerakuline: prokarüootid (ilma tuumata), eukarüootid (moodustunud tuumaga)
2. Rakk on elusaine väikseim ehituslik ja funktsionaalne üksus
3. Iga elusorganismi rakk täidab rangelt määratletud funktsiooni
On kaks suurt rakkude klassi, mis erinevad struktuuri ja funktsioonide poolest. Kõige iidsemad ja lihtsamad on prokarüootsed rakud. Prokarüootidele iseloomulikke põhiomadusi võib vaadelda bakterite näitel. Need on struktuurilt ühed lihtsaimad rakud, mida eristavad nende väiksus ja primitiivne struktuur. Neil puudub tuum ja nende geneetiline materjal ei ole kaitstud täiendava rakusisese membraaniga. Reeglina saavad bakterid vajaliku energia keskkonnast, mille peamiseks allikaks on glükoos. Erinevad bakterid on sinivetikad ehk tsüanobakterid, mille fotosüsteem sarnaneb taimerakkudega. Tsüanobakterid võivad siduda lämmastikku süsinikdioksiid ja vabastab hapnikku. Seega saab nende normaalne elutegevus jätkuda ainult vee ja õhu juuresolekul.
Üks enim uuritud prokarüootseid rakke on Escherichia coli. Escherichia coli (E.coli), elab paljude loomade ja inimeste seedetraktis
Nagu kõik prokarüootid, E.coli Sellel on raku sein, millega seestpoolt külgneb rakumembraan,
| " |
Koduteadlased M. V. Volkenstein pakkus välja järgmise elu definitsiooni: "Maal eksisteerivad eluskehad on avatud, isereguleeruvad ja ise taastootvad süsteemid, mis on ehitatud biopolümeeridest – valkudest ja nukleiinhapetest."
Siiski puudub mõiste "elu" üldtunnustatud definitsioon. Aga eristada on võimalik elusaine märgid (omadused), eristada seda elutust.
1.teatud keemiline koostis. Elusorganismid koosnevad samadest keemilistest elementidest nagu eluta looduse objektid, kuid nende elementide vahekord on erinev. Elusolendite peamised elemendid on süsinik C, hapnik O, lämmastik N ja vesinik H.
2.Raku struktuur. Kõigil elusorganismidel, välja arvatud viirused, on rakuline struktuur.
3.Ainevahetus ja energiasõltuvus. Elusorganismid on avatud süsteemid, nad sõltuvad ainete ja energia saamisest väliskeskkonnast.
4.Eneseregulatsioon (homöostaas). Elusorganismidel on võime säilitada homöostaasi – nende keemilise koostise püsivust ja ainevahetusprotsesside intensiivsust.
5.Ärrituvus. Elusorganismidel on ärrituvus, see tähendab võime reageerida teatud välismõjudele spetsiifiliste reaktsioonidega.
6.Pärilikkus. Elusorganismid on võimelised andma märke ja omadusi põlvest põlve infokandjate – DNA ja RNA molekulide abil.
7.Muutlikkus. Elusorganismid on võimelised omandama uusi omadusi ja omadusi.
8.Enesepaljundamine (paljundamine). Elusorganismid on võimelised paljunema – paljunema omalaadseid.
9.Individuaalne areng (ontogenees). Iga indiviidi iseloomustab ontogeensus – organismi individuaalne areng sünnist kuni elu lõpuni (surm või uus jagunemine). Arenguga kaasneb kasv.
10.Evolutsiooniline areng (fülogenees). Elusainet tervikuna iseloomustab fülogenees - ajalooline areng elu Maal selle algusest kuni tänapäevani.
11.Kohandused. Elusorganismid on võimelised kohanema ehk kohanema keskkonnatingimustega.
12.Rütm. Elusorganismid näitavad elutegevuse rütmi (igapäevane, hooajaline jne).
13.terviklikkus ja diskreetsus.Ühest küljest on kogu elusaine terviklik, teatud viisil organiseeritud ja kuuletub üldised seadused; teisest küljest koosneb igasugune bioloogiline süsteem eraldiseisvatest, ehkki omavahel seotud elementidest.
14.Hierarhia. Alustades biopolümeeridest (valgud ja nukleiinhapped) ja lõpetades biosfääriga tervikuna, on kõik elusolendid teatud alluvuses. Bioloogiliste süsteemide toimimine vähem keerukal tasandil võimaldab keerulisema tasandi olemasolu.
| Eelmised materjalid: |
