4.2 Структурные уровни живого
Мир живого чрезвычайно многообразен и имеет сложную структуру. Различные уровни или системы организации живого мира могут быть выделены на основе разных критериев. Самым распространённым является выделение на основе критерия масштабности следующих уровней организации живых систем.
1.Молекулярный уровень.
Молекула – это микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию.
2.Клеточный и субклеточный уровни, которые отражают процессы функционирования клеток и внутриклеточный механизм.
Клетка – это система, основа строения и жизнедеятельности всех растений и животных.
3.Организменный и органно-тканевой уровни, которые отражают строение, физиологию, поведение и индивидуальность отдельных особей. Физиология (с греческого – природа).
Ткани – это системы клеток, сходных по происхождению, строению и функциям. В состав тканей входят также тканевая жидкость и продукты жизнедеятельности клеток.
4.Популяционно-видовой уровень, который ограничивается особями одного вида.
Вид – совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков, населяющих определенный ареал, обособленных от других нескрещиваемостью в природных условиях. Поэтому каждый вид в природе находится в полной биологической изоляции от других видов. Общее число видов на Земле оценивается от 1,5 до 5 миллионов. Морфо (с греческого – форма).
Ареал (с латинского – площадь, пространство).
5.Уровень биогеоценозов, который составляют сообщества различных видов, занимающие отдельные участки Земли с определённым составом живых и неживых организмов. Это сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов с неживыми компонентами – условиями обитания.
6.Биосферный уровень, который включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
4.3. Молекулярно-генетический код
1. Среди большого разнообразия химических веществ, входящих в состав живых организмов, особое значение имеют два типа биологических полимеров – белки и нуклеиновые кислоты.
Полимеры – многомолекулярные соединения, состоящие из повторяющихся групп атомов (мономеров).
Структура белков очень сложна. Важнейшим химическим элементом, обеспечивающим функционирование белков, является углерод.
Поэтому говорят, что земная жизнь является органической, то есть, построена на углеродной основе.
Сходство и различие живых тел определяется набором белков. Они являются клеточными структурными элементами, представляют собой цепочки аминокислот и служат в организме катализаторами, которые увеличивают скорость и способны ориентировать в одном из возможных направлений протекающие биохимические реакции.
Аминокислоты – класс органических соединений; обладают свойст-вами и кислот, и оснований.
Аминокислоты участвуют в обмене азотистых веществ всех организмов; их всего 150. Из всего арсенала аминокислот для образования животных и растительных белков природа использовала лишь 20 типов. Разнообразие белков определяется как различными аминокислотами, так и последовательностью их расположения в белковых цепях – природных высокомолекулярных соединениях.
Как говорят биологи, жизнь есть способ существования аппарата белкового синтеза.
Нужный в данный момент белок синтезируется клеткой из запасённого материала с помощью системы воспроизведения, которая содержит в закодированном виде информацию. Свои функции система воспроизведения осуществляет с помощью нуклеиновых кислот – высокомолекулярных органических соединений: дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислоты.
2. ДНК включает в себя сахара (низкомолекулярный углевод – дезоксирибоза (С5Н10О4)), остатки фосфорной кислоты и нуклеотиды (азотистые основания), которых всего четыре вида – аденин, тимин, цитозин и гуанин. Все они складываются в длинную цепочку, где нуклеотиды чередуются в определённой последовательности.
ДНК является носителем наследственной информации об организме. Структура ДНК была описана в 1953.
В состав ДНК входит углевод – дезоксирибоза, а в РНК входит углевод – рибоза (С5Н10О5) и вместо тимина содержится урацил.
Углеводы– обширная группа природных органических соединений (углерод + вода).
РНК служит для переноса информации и синтеза белка.
Нуклеотид – составная часть нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений. Определённое сочетание нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка и последовательность их расположения в молекуле ДНК, образует генетический код. Это сочетание трёх рядом стоящих нуклеотидов – триплет или кодон– единица генетического кода.
Путём синтеза различных белков в соответствии с генетическим кодом реализуется многообразная информация о свойствах организма.
Генетический код представляет собой высокоорганизованную систему соответствий, поддерживаемую сложными молекулярными механизмами.
Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка, т.е. кодирующий белок определённого типа, называется геном (с греческого – род, происхождение). Этот термин ввёл Иогансен Вильгельм Людвиг (1857-1927), датский биолог. Он ввёл также термины «генотип» и «фенотип». Генотип – совокупность всех генов. Фенотип (от греческого – являю, обнаруживаю) – совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития. Он складывается в результате взаимодействия генотипа и окружающей среды.
Ген представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру. По химическому составу – это нуклеиновые кислоты, в которых основную роль играют азот и фосфор.
Все реакции обмена веществ в клетках организма осуществляются под контролем особых белков – биокатализаторов (ферментов), структура которых записана в ДНК в виде генов. Для некоторых генов старое правило «один ген – один фермент» остаётся в силе, зато другие кодируют десятки и даже до нескольких сотен и тысяч нуклеотидов. Каждый ген содержит кодирующие части – экзоны и некодирующие – интроны.
Эта запись передаётся по схеме: ДНК→ РНК → белок.
В живом организме реализуется важнейшая для жизни обратная связь: ДНК организует биосинтез белков, которые в свою очередь синтезируют ДНК.
Как говорят биологи, жизнь есть способ существования аппарата белкового синтеза.
3. Процесс воспроизводства состоит из трёх частей: репликации, транскрипции и трансляции.
Репликация (самовоспроизведение) – это удвоение молекул ДНК, необходимых для последующего деления клеток.
Транскрипция представляет собой перенос кода ДНК путём образования одноцепочной молекулы информационной РНК. Это копия молекулы ДНК, состоящей из одного или группы рядом лежащих генов, которые несут информацию о структуре белков.
Трансляция – это синтез белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки, куда транспортная РНК доставляет аминокислоты.
Совокупность всей наследственной информации организма (генов) называется геномом (от слов ген + хромосома). Геном – совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом животной или растительной клетки. Размер генома составляет 3 миллиарда пар нуклеотидов (аденин – тимин, гуанин – цитозин). Число генов в геноме составляет 30-40 тысяч, но точное их число пока неизвестно.
У высших организмов гены входят в состав хромосом – самовосп-роизводящихся структур, постоянно присутствующих в ядрах клеток животных и растений и участвующих в процессе размножения. Полный набор хромосом у человека состоит из 23 пар. Одна из хромосом в паре получена от матери, вторая – от отца.
Самоудвоение и распределение хромосом при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению.