Реферат: Основные критерии живого. Основы цитологии

Название: Основные критерии живого. Основы цитологии
Раздел: Рефераты по биологии
Тип: реферат

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 С_п (Н₂ 0)_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

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 , В_и , 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.