Определения биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины.

Биология — комплекс наук о живой природе. Биология как наука изучает строение, жизнедеятельность, происхождение живых существ, их взаимоотношения между собой и с окружающей средой.

В зависимости от предмета изучения биологию делят на отдельные науки. Так, экология изучает взаимодействия между организмами, средой их обитания, микробиология дает знания о бактериях; ботаника — жизнедеятельность и строение растений; зоология — животных, микология — о грибах; генетика изучает закономерности изменчивости, наследственности; химический состав организмов и пути взаимопревращения веществ являются предметом изучения биохимии; цитология исследует клетку; гистология — ткани, анатомия — внутреннее строение организмов; морфология — внешнее строение; физиология — особенности жизнедеятельности; эволюционное учение — закономерности возникновения жизни на Земле и ее развития.

Прогресс биологии как науки тесно связан с успехами других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Биология активно использует их достижения. На стыке наук возник целый ряд новых, таких как биофизика, биохимия, бионика и другие.

Биология всегда была тесно связана с медициной. Все важные биологические теории являлись не только крупными шагами в постижении фундаментальных законов живой природы, но также оказывали влияние на состояние медицины, на принципы ее организации, методов диагностики и лечения.

Например, в 1858 году Вирхов руководствуясь только появившейся клеточной теорией, создал концепцию клеточной патологии. Эта концепция считала особо важными структурно-химические изменения на клеточном уровне. Благодаря ей была организована патолого-анатомическая и прозекторская служба.

С помощью современной клеточной биологии медицина получила ранее не известные возможности предупреждения и лечения болезней, определяемых вредными мутациями, с применением методов генетической инженерии. Достижение в названной области науки привели к появлению целой отрасли производства, медицинской биотехнологии, работающей на здравоохранение.

№2 Определение понятия «жизнь» на современном этапе науки. Фундаментальные свойства живого. Химический состав клетки.

Довольно трудно дать полное и однозначное определение понятию жизни, учитывая огромное разнообразие ее проявлений. В большинстве определений понятия жизни, которые давались многими учеными и мыслителями на протяжении веков, учитывались ведущие качества, отличающие живое от неживого. Например, Аристотель говорил, что жизнь — это «питание, рост и одряхление» организма; А. Л. Лавуазье определял жизнь как «химическую функцию»; Г. Р. Тревиранус считал, что жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний». Понятно, что такие определения не могли удовлетворить ученых, так как не отражали (и не могли отражать) всех свойств живой материи. Кроме того, наблюдения свидетельствуют, что свойства живого не исключительны и уникальны, как это казалось раньше, они по отдельности обнаруживаются и среди неживых объектов. А. И. Опарин определял жизнь как «особую, очень сложную форму движения материи». Это определение отражает качественное своеобразие жизни, которое нельзя свести к простым химическим или физическим закономерностям. Однако и в этом случае определение носит общий характер и не раскрывает конкретного своеобразия этого движения.

Ф. Энгельс в «Диалектике природы» писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществом и энергией с окружающей средой».

Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь — это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.

Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Фундаментальные свойства живой материи:

Эти свойства в комплексе характеризуют любую живую систему и жизнь вообще:

самообновление. Связано с потоком вещества и энергии. Основу обмена веществ составляют сбалансированные и четко взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм, синтез, образование новых веществ) и диссимиляции (катаболизм, распад). В результате ассимиляции происходят обновление структур организма и образование новых его частей (клеток, тканей, частей органов). Диссимиляция определяет расщепление органических соединений, обеспечивает клетку пластическим веществом и энергией. Для образования нового нужен постоянный приток необходимых веществ извне, а в процессе жизнедеятельности (и диссимиляции, в частности) образуются продукты, которые нужно вывести во внешнюю среду;

с амовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Это свойство связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. В связи с этим живые структуры постоянно воспроизводятся и обновляются, не теряя при этом сходства с предыдущими поколениями (несмотря на непрерывное обновление вещества). Нуклеиновые кислоты способны хранить, передавать и воспроизводить наследственную информацию, а также реализовывать ее через синтез белков. Информация, хранимая на ДНК, переносится на молекулу белка с помощью молекул РНК;

саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм;

раздражимость. Связана с передачей информации извне в любую биологическую систему и отражает реакцию этой системы на внешний раздражитель. Благодаря раздражимости живые организмы способны избирательно реагировать на условия внешней среды и извлекать из нее только необходимое для своего существования. С раздражимостью связана саморегуляция живых систем по принципу обратной связи: продукты жизнедеятельности способны оказывать тормозящее или стимулирующее воздействие на те ферменты, которые стояли в начале длинной цепи химических реакций;

поддержание гомеостаза (от гр. homoios — «подобный, одинаковый» и stasis — «неподвижность, состояние») — относительного динамического постоянства внутренней среды организма, физико-химических параметров существования системы;

структурная организация — определенная упорядоченность, стройность живой системы. Обнаруживается при исследовании не только отдельных живых организмом, но и их совокупностей в связи с окружающей средой — биогеоценозов;

адаптация — способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существования в окружающей среде. В ее основе лежат раздражимость и характерные для нее адекватные ответные реакции;

репродукция (воспроизведение). Так как жизнь существует в виде отдельных (дискретных) живых системы (например, клеток), а существование каждой такой системы строго ограничено во времени, поддержание жизни на Земле связано с репродукцией живых систем. На молекулярном уровне воспроизведение осуществляется благодаря матричному синтезу, новые молекулы образуются по программе, заложенной в структуре (матрице) ранее существовавших молекул;

наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов (на основе потоков информации). Тесно связана с ауторепродукцией жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, которые обеспечивают приспособление к среде обитания;

изменчивость — свойство, противоположное наследственности. За счет изменчивости живая система приобретает признаки, ранее ей несвойственные. В первую очередь изменчивость связана с ошибками при репродукции: изменения в структуре нуклеиновых кислот приводят к появлению новой наследственной информации. Появляются новые признаки и свойства. Если они полезны для организма в данной среде обитания, то они подхватываются и закрепляются естественным отбором. Создаются новые формы и виды. Таким образом, изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции;

индивидуальное развитие (процесс онтогенеза) — воплощение исходной генетической информации, заложенной в структуре молекул ДНК (т. е. в генотипе), в рабочие структуры организма. В ходе этого процесса проявляется такое свойство, как способность к росту, что выражается в увеличении массы тела и его размеров. Этот процесс базируется на репродукции молекул, размножении, росте и дифференцировке клеток и других структур и др.;

филогенетическое развитие (закономерности его установлены Ч. Р. Дарвином). Базируется на прогрессивном размножении, наследственности, борьбе за существование и отборе.

В результате эволюции появилось, огромное количество видов. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней. Это доклеточные, одноклеточные и многоклеточные организмы вплоть до человека. При этом онтогенез человека повторяет филогенез (т. е. индивидуальное развитие проходит те же этапы, что и эволюционный процесс);

дискретность (прерывистость) и в то же время целостность. Жизнь представлена совокупностью отдельных организмов, или особей. Каждый организм, в свою очередь, также дискретен, поскольку состоит из совокупности органов, тканей и клеток. Каждая клетка состоит из органелл, но в то же время автономна. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один ген в отдельности не может определятьразвитие того или иного признака.

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ:

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO₂ фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO₃ входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевина мочевины,гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеиновых кислот(в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий,входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ:

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.

Селен - участвует в регуляторных процессах организма.

Доклеточный уровень организации живой материи. Вирусы. Роль вирусов в изменчивости и их применение в генной инженерии и терапии. Опыт Х. Френкель-Конрада и А. Херши и М.Чейз с использованием двух типов вирусов.

Большенство живущих организмов состоит из клеток. Лишь немногие примитивнейшие организмы - вирусы и фаги - не имеют клеточного строения. По этому важнейшему признаку все живое делится на две империи - доклеточных (вирусы и фаги) и клеточных (сюда относятся все остальные организмы: бактерии и близкие к ним группы; грибы; зеленые растения и животные).

Вирусы — это паразитические нуклеопротеидные комплексы. Наиболее простые вирусы имеют в своем составе только одну молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, никогда вместе) и оболочку из молекул белка. В вирусах не идут процессы обмена веществ, они размножаются только в клетке-хозяине. Поэтому их не относят к живым организмам. Вирусы, которые при своем размножении повреждают клетку-хозяина, являются возбудителями заболеваний и считаются патогенными. К заболеваниям вирусной этиологии относятся синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), бешенство, полиомиелит, корь, краснуха, оспа, гепатит, грипп и другие инфекции верхних дыхательных путей (простуды).

Мутационная изменчивость — изменчивость, вызванная действием на организм мутагенов, вследствие чего возникают мутации (реорганизация репродуктивных структур клетки). Мутагены бывают физические (радиационное излучение), химические (гербициды) и биологические (вирусы).

Генная терапия, лечение болезней путем введения пациенту здоровых ГЕНОВ вместо недостающих или поврежденных. Исправление или замещение поврежденных генов производится по методам генная инженерия. Здоровый ген вводят в какой-нибудь вирус (обычно переносчик легко поддающейся лечению инфекции) так, чтобы он был непосредственно нацелен на поврежденные клетки.

Опыты Френкеля-Конрада 1957г. Суть опыта: Френкель-Конрат работал с вирусом табачной мозаики (ВТМ). В вирусе ВТМ содержится РНК, а не ДНК. Разные штаммы вируса вызывают разную картину поражения листьев табака. После смены белковой оболочки "переодетые" вирусы вызывали картину поражения, характерную для того штамма, чья РНК была покрыта чужим белком. РНК покрыта белковой облочкой. Вирус можно "разобрать" и "собрать" снова, но уже так, что РНК вируса одного штамма будет окружена белковой оболочкой вируса другого штамма. После смены белковой оболочки "переодетые" вирусы вызывали картину поражения, характерную для того штамма, чья РНК была покрыта чужим белком.Не только ДНК, но и РНК может служить носителем генетической информации.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. 1952г.Суть опыта: Фаги, у которых белковая оболочка была мечена радиоактивной серой (S₃₅), а ДНК - радиоактивным фосфором (Р32), инкубировали с бактериями. Затем бактерии отмывали. В смывных водах не обнаруживали Р₃₂, а в бактериях - S₃₅ Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих и белковую оболочку, и ДНК. Бактерии отмывали. В смывных водах не обнаруживали Р₃₂, а в бактериях - S₃₅. В то же время большая часть Р₃₂ оказалась внутри бактериальных клеток, а вся S₃₅ - в окружающей среде. Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих немеченую белковую оболочку, и ДНК, меченую Р32. Отсюда следовал однозначный вывод о том, что именно ДНК выполняет генетическую функцию - несет информацию, как о создании новых копий ДНК, так и о синтезе фаговых белков.

4. Клетка-элементарная структурно-функциональная биологическая единица. Прокариотические и эукариотические клетки.

Кле́тка - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.

Типы клеток. Клеткам прокариотического типа свойственны малые размеры, отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков – гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). Различия прокариотических и эукариотических клеток по на­личию гистонов указывают на разные механизмы регуляции функ­ции генетического материала. В прокариотических клетках отсут­ствует клеточный центр. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской (время генера­ции), сравнительно мало и исчисляется десятками минут. К прокариотическому типу клеток относятся бактерии и синезеленые во­доросли.

Эукариотический тип. Особенностью организмов простейших являет­ся то, что они (исключая колониальные формы) соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом — пол­ноценной особи. В традиционном изложении клетку растительного или животного организма описывают как объект, отграниченный оболочкой, в котором выделяют ядро и цитоплазму.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: