Реферат на тему:
"Основные критерии живого. Основы цитологии"
Основные критерии живого
Все живые организмы обладают рядом общих признаков и свойств, которые делают их отличными от тел неживой природы.
1. Высокоупорядоченное строение. Живые организмы имеют определенный план строения — клеточный или неклеточный (вирусы), состоят из химических веществ более высокого уровня организации, чем вещества неживой природы.
2. Обмен веществ и энергии. Для живых организмов характерна совокупность процессов дыхания, питания, выделения, посредством которых они получают из внешней среды необходимые вещества и энергию, преобразуют и накапливают их в организме, выделяют в окружающую среду продукты своей жизнедеятельности.
3. Раздражимость. Организмы способны специфически реагировать на изменения окружающей среды, адаптироваться и выживать в изменяющихся условиях.
4. Размножение. Все живое способно к самовоспроизведению. Размножение связано с процессом передачи наследственной информации и является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена, но за счет размножения живая материя «бессмертна».
5. Рост и развитие. Живые организмы растут, увеличиваются в размерах, развиваются, изменяются за счет поступления питательных веществ.
6. Движение. Организмы способны к более или менее активному движению. Это один из ярких признаков живого. Движение характерно как для организма, так и для клетки.
7. Саморегуляция. Одним из самых характерных свойств живого является постоянство внутренней среды организма при изменении внешних условий. Регулируется температура тела, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. д. Явление саморегуляции осуществляется не только на уровне всего организма и на уровне клетки. За счет деятельности всех живых организмов саморегуляция присуща и биосфере в целом. Саморегуляция связана с такими свойствами живого, как наследственность и изменчивость.
8. Наследственность — это способность передавать признаки и свойства организма из поколения в поколение в процессе размножения.
9. Изменчивость — это способность организма изменять свои признаки при взаимодействии со средой.
10. Эволюция. Все живое развивается от простого к сложному. В результате исторического развития возникло все многообразие живых организмов.
Уровни организации живого.
Для живой природы характерны различные структурно-функциональные уровни организации — от молекулярного до биосферного. Проявления жизни изучаются на каждом уровне.
На молекулярном — изучают строение, свойства и роль биологически значимых органических соединений: белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, их роль в обмене веществ, хранении и передаче наследственной информации.
Клеточный — предусматривает изучение структуры клетки и ее органоидов, процессов жизнедеятельности, которые в ней протекают.
На тканевом — рассматривают характерные особенности специализации клеток, образующих ткани.
На органном — изучают строение и функциональные особенности органов и систем органов.
Организменный — предусматривает изучение процессов жизнедеятельности целого организма (индивидуума).
На популяционно-видовом — рассматривают законы внутривидовых взаимоотношений, экологию и эволюцию вида.
На биоценотическом — изучают законы межвидовых отношений в сообществе, взаимоотношения организмов и среды обитания.
Самым высшим уровнем организации жизни является биосферный, на котором изучают закономерности, характерные для всего живого, круговорот веществ и превращение энергии на Земле.
Основы цитологии
Химическая организация клетки
Большинство живых организмов имеют клеточное строение. Клетка является структурной и функциональной единицей живого. Для нее характерны все признаки и функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ. Однако между всеми клетками много общего. Они имеют одинаковый химический состав и общий план строения.
Химический состав. Из всех известных химических элементов в живых организмах встречаются примерно 60. Эти элементы называют биогенами. Их можно разделить на три группы.
1. Макроэлементы (1—98% всего состава): О, С, Н, N. Р, Са.
2. Микроэлементы (0,01—1%): 8, К, Ыа, С1, Ме, Ре.
3. Ультрамикроэлементы (менее 0,01% или следовые количества): Мп, I, Вг, Г, 2п, Си, В и др.
Неорганические вещества
Из неорганических веществ наибольшее значение имеет вода. Содержание воды в клетках колеблется от 60 до 98%, что зависит от типа клеток, интенсивности обмена веществ. Вода является универсальным растворителем; определяет объем и тургор клеток и тканей; средой, где протекают химические реакции; катализатором; участником всех реакций гидролиза. Она составляет внутреннюю среду организма, структурирует клетку, участвует в терморегуляции.
Минеральные вещества в клетках присутствуют в виде ионов. Они создают кислую или щелочную реакцию среды (Н+, НР04~ , НСОд , СГ); активизируют деятельность ферментов (Мп2+, 2п2+, Си2+); способствуют проведению нервных импульсов и возбудимости клетки (Ыа+, К+); участвуют в свертывании крови (Са2+); входят в состав хлорофилла (М&2+); гормонов тироксина (I-) и инсулина (2п2+); в состав гемоглобина крови (Ре2+), костей (Са2+, РО4") и т. д.
Органические вещества
Липиды — сложные эфиры глицерина (или других спиртов) и высших жирных кислот. Они образуют триглицериды (жиры и масла), фосфо-липиды, воски, стериды (холестерин, стероидные гормоны). В зависимости от типа клеток содержание липидов колеблется от 5 до 90% (в клетках жировой ткани). Это гидрофобные вещества с высокой энергоемкостью.
Функции в организме: энергетическая (1 г жира дает 38,9 кДж); строительная (фосфолипиды входят в состав мембранных структур клеток); защитная; терморегуляторная; гормональная (стероидные гормоны). Липиды являются компонентами витаминов Б, Е; источником воды в клетке; запасным питательным веществом.
Углеводы — сахаристые или сахароподобные вещества с общей формулой Сп(Н20)т. В клетках животных углеводов 1—3% (в клетках печени до 5%); в клетках растений до 90%, где они являются основным строительным и запасным питательным веществом. Углеводы делятся на простые — моносахариды и дисахариды и сложные — полисахариды.
Моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза) и дисахариды (сахароза, лактоза) — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, имеют сладкий вкус. Полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) в воде растворимы плохо или не растворимы. Они образованы из моносахаридов, в частности из глюкозы, и при гидролизе образуют глюкозу.
В организме углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции. Из целлюлозы состоит оболочка растительных клеток, моносахариды образуют комплексы с наружной клеточной мембраной, полисахарид хитин формирует покровы членистоногих и оболочку клеток грибов.
Крахмал и гликоген являются запасным питательным веществом и выполняют наряду с глюкозой энергетическую функцию в организме: 1 г углеводов дает 17,6 кДж.
Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.
Белки — полимеры с большой молекулярной массой, состоящие из 20 различных аминокислот, количество которых в одной молекуле может колебаться от 3—5 до нескольких тысяч. Аминокислоты соединены друг с другом пептидной связью, поэтому белки часто называют пептидами. Белки каждого организма строго специфичны, что выражается в различном количестве и порядке чередования аминокислот. Они имеют сложное строение и несколько уровней организации.
Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Эта последовательность определяется наследственной программой каждого организма.
Вторичная структура — определенная компоновка полипептидной цепи за счет водородных связей, возникающих между атомами водорода и кислорода. Существуют два типа вторичной структуры.
а-Спираль — спирально закрученная полипептидная цепь. Такую структуру имеют все белки-ферменты.
(З-Структура — слоистая структура, образованная из нескольких параллельно расположенных полипептидных цепей, связанных водородными связями. Такую структуру имеют фиброин шелка, кератин волос.
Третичная структура — пространственная конфигурация ос-спирали в виде компактных глобул. Она поддерживается за счет различных взаимодействий: ковалентных ди-сульфидных, ионных и водородных связей, а также гидрофобных взаимодействий.
Четвертичная структура — суперструктура, образующаяся при взаимодействии нескольких полипептидных молекул (субъединиц). Она характерна не для всех белков. Например, инсулин не имеет четвертичной структуры, а белок гемоглобин состоит из 4 субъединиц.
Особенность всех структур и форма белковой молекулы определяются первичной структурой.
Белки, состоящие только из полипептидных цепей, называются протеинами. Сложные белки кроме полипептидных цепей содержат также небелковый компонент и называются протеидами. Например: хромопротеид — гемоглобин, который содержит кроме 4 субъединиц белка еще и гем — органическое вещество с ионом железа; гликопротеиды состоят из белка и глюкозы или другого сахарида; липопротеиды содержат дополнительно липиды.
Белки обладают рядом свойств. Денатурация — потеря белком природных свойств и структуры. Она может происходить под воздействием химических веществ (кислот, щелочей, солей), высоких температур, радиоактивного излучения. Степень денатурации зависит от интенсивности фактора воздействия и может быть обратимой и необратимой. При температуре 40—50 °С и выше многие белки денатурируют необратимо. То же происходит и при действии концентрированных растворов кислот, щелочей, солей тяжелых металлов. Соли легких металлов, разбавленные растворы кислот вызывают обратимую денатурацию, поэтому при снятии фактора воздействия белок восстанавливает
Функции в организме: энергетическая (1 г жира дает 38,9 кДж); строительная (фосфолипиды входят в состав мембранных структур клеток); защитная; терморегуляторная; гормональная (стероидные гормоны). Липиды являются компонентами витаминов Б, Е; источником воды в клетке; запасным питательным веществом.
Углеводы — сахаристые или сахароподобные вещества с общей формулой Сп(Н20)т. В клетках животных углеводов 1—3% (в клетках печени до 5%); в клетках растений до 90%, где они являются основным строительным и запасным питательным веществом. Углеводы делятся на простые — моносахариды и дисахариды и сложные — полисахариды.
Моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза) и дисахариды (сахароза, лактоза) — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, имеют сладкий вкус. Полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) в воде растворимы плохо или не растворимы. Они образованы из моносахаридов, в частности из глюкозы, и при гидролизе образуют глюкозу.
В организме углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции. Из целлюлозы состоит оболочка растительных клеток, моносахариды образуют комплексы с наружной клеточной мембраной, полисахарид хитин формирует покровы членистоногих и оболочку клеток грибов.
Среди органических веществ белки занимают одно из первых мест по значимости и разнообразию. Так, например, клетки животных наполовину состоят из белков, а количество их видов в одном организме может превышать 1 млн.
Очень разнообразны функции белков. Самой важной является ферментативная функция белков. Это биокатализаторы, которые ускоряют все химические реакции, протекающие в организме. Ни одна реакция в клетке не протекает без участия фермента.
Строительная функция заключается в том, что белки образуют мембранные структуры клеток; энергетическая — 1 г белка дает 17,6 кДж энергии; двигательная — сократительные белки входят в состав мышечных волокон, микротрубочек, ресничек, жгутиков и обеспечивают движение организма и клеток; транспортная — связывают и переносят вещества, например, гемоглобин переносит кислород; защитная — белки образуют антитела и антигены, защищающие организм от чужеродных белков бактерий и вирусов; регуляторная — белки-гормоны регулируют обмен веществ в организме, например, инсулин регулирует содержание глюкозы в крови и синтез гликогена.
Нуклеиновые кислоты — впервые были выделены из ядра. Встречаются два типа кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Это самые высокомолекулярные вещества в клетке, причем масса ДНК в несколько сот раз выше массы РНК.
Это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, углевода рибозы (в РНК) или дезоксирибозы (в ДНК) и 4 азотистых оснований: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т) в ДНК или урацила (У) в РНК. В нуклеотиде углевод соединен с фосфорной кислотой с одной стороны и азотистым основанием с другой. Количество нуклеотидов в цепи может достигать 30 000. Азотистые основания могут образовывать между собой водородные связи попарно. Причем, между аденином и тимином или урацилом образуются две связи (А=Т) или (А=У), а между цитозином и гуанином — три (Ц=Г). Парные азотистые основания, между которыми возникают водородные связи, называются комплементарными.
ДНК. Молекула ДНК состоит из двух поли-нуклеотидных цепей, соединенных друг с другом водородными связями, причем последовательность нуклеотидов в одной цепи комплементарна последовательности нуклеотидов в другой. Молекула ДНК имеет структуру двойной спирали.
В клетках молекулы ДНК находятся в ядре. Кроме того, специфические ДНК имеются в митохондриях и хлоропластах. Молекулы ДНК способны к самоудвоению — репликации. ДНК раскручиваются с одного конца, и на каждой цепи синтезируется новая цепь по принципу комплементарное™. Таким образом, в новых двух молекулах ДНК одна цепь остается исходной материнской, а вторая — новой дочерней.
ДНК в клетке выполняет исключительно важную функцию — хранение и передачу наследственной информации. Количество молекул ДНК и их нуклеотидная последовательность являются генетическим признаком вида и специфичны для каждого организма. В молекулах ДНК закодирована информация о первичной структуре белка. На матрице ДНК идет синтез молекул РНК.
РНК. Молекулы РНК состоят из одной поли-нуклеотидной цепи, которая может иметь спиральные участки, образовывать петли, приобретать различную конфигурацию также за счет водородных связей. В клетке РНК находится в ядре, цитоплазме, хлоропластах, митохондриях, рибосомах. Существует несколько видов РНК. Транспортная тРНК переносит аминокислоты к месту синтеза белка на рибосомы. Информационная иРНК переносит информацию о структуре белка от ДНК на рибосомы. Рибосом-ные рРНК строят тело рибосомы. Вирусные РНК — самые высокомолекулярные, несут информацию о структуре вирусов, являются его генетическим аппаратом.
АТФ — аденозинтрифосфат — нуклеотид, состоящий из рибозы, аденина и трех остатков фосфорной кислоты, между которыми имеются две макроэргические (высокоэнергетические) связи. Энергия простой связи — примерно 13,8 кДж/моль, а макроэргической — 30,6 кДж/моль.
Энергия в АТФ запасается в результате распада и окисления органических веществ. Клетка использует эту энергию в различных процессах: в биосинтезе собственных органических веществ, для движения, при делении, для передачи нервных импульсов и т. д. АТФ является ключевым веществом обменных процессов в клетке.
Витамины
Кроме белков, жиров, углеводов, воды и минеральных солей, пища должна содержать особые органические соединения — витамины, активно участвующие во всех биохимических и физиологических процессах. Витамины оказывают сильное и специфическое влияние на рост, развитие, обмен веществ организма, так как являются ферментами или входят в их состав. При отсутствии в пище необходимых витаминов нарушается обмен веществ и возникают заболевания — авитаминозы.
Основными витаминами являются: витамины А, В, С, Б.
Витамин А содержится в печени, молоке и молочных продуктах, яичном желтке, икре, рыбьем жире; в растительной пище (морковь, помидоры, тыква, абрикосы) содержится каротин, преобразующийся в организме в витамин А. При недостатке витамина А происходит резкое ухудшение зрения (особенно при пониженном освещении).
Витамины группы В (В1( В2, В6, Ви, В12 и др.) содержатся в пивных дрожжах, оболочках семян ржи, риса, бобовых, а из животных продуктов — в почках, печени, яичном желтке. Из этих витаминов образуются ферменты, осуществляющие многие важнейшие реакции обмена веществ. При отсутствии или недостатке в пище витамина В1 развиваются поражения нервной системы, опасные для жизни человека. При недостатке витамина В2 возникают болезни кожи и слизистых оболочек. Витамин В6 участвует в превращениях аминокислот и в обмене углеводов. Витамин В12 регулирует кроветворную функцию, рост нервной ткани.
Витамин С содержится в плодах шиповника, черной смородины, капусте, помидорах, моркови, картофеле и других овощах и фруктах. Он стимулирует гормональную регуляцию, процессы развития организма, сопротивляемость к заболеваниям. При его недостатке отмечается быстрая утомляемость, воспаление слизистых оболочек, кровоточивость десен.
Витамина О много в рыбьем жире; он может образовываться в коже человека под влиянием ультрафиолетовых лучей. Витамин Б повышает всасывание кальция и фосфора из кишечника, компенсируя таким образом выведение этих веществ из костной ткани. При недостатке витамина Б происходит искривление костей конечностей, деформация грудной клетки.