1. Жизнь – это особая форма существования материи, высшая по сравнению с физической и химической формами её существования, представляющая собой биологическую форму движения материи.

В живых телах происходят не только химические реакции и осуществляются сложные физические процессы, но также имеют место качественно новые биологические закономерности.

Ф. Энгельс:

«Жизнь – способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел»

Фундаментальные свойства живого:

1) Самообновление (связано с потоком вещества и энергии)

2) Самовоспроизведение (обеспечивает преемственность между генерациями биологических систем, связанных с потоком информации)

3) Саморегуляция (связана с потоком вещества, энергии и информации)

Уровни организации живого:

1. Молекулярный. На нем обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Для всех животных, растений, вирусов составляет всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 одинаковых азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот.

2. Клеточный. Клетка является основной самостоятельно функционирующей единицей, характерной для всех живых организмов.

3. Тканевой уровень. Ткань – совокупность клеток с одинаковым типом организации (многоклеточные организмы)

4. Организменный (онтогенетический) уровень. Труднообозримое многообразие форм.

5. Популяционно-видовой уровень. Совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой, составляет популяцию. Популяция – это элементарная единица эволюционного процесса, в ней начинаются процессы видообразования.

6. Биоценотический и биосферный уровни. Биогеоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.

Неклеточные формы жизни. К неклеточным формам относятся вирусы, составляющие группу вира (лат. Vira). Вирусы проявляют жизнедеятельность только в стадии внутриклеточного паразитизма. Существование вирусов было доказано русским ботаником Д. И. Ивановским в 1892 г.

Зрелые частицы вирусов – вирионы состоят из белковой оболочки и нуклеокапсида, в котором сосредоточен генетический материал. Он представлен нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК). Вирус представляет собой диалектическое единство живого и неживого.

Жизненный цикл:

Вироспора Прикрепление вируса к клетке Внедрение в клетку

Латентная стадия Образование нового поколения Выход вироспор

К числу вирусных заболеваний человека относятся: бешенство, оспа, грипп, корь, таежный энцефалит и т.д.

Группа вирусов, приспособившаяся к паразитированию в теле бактерий и вне этих клеток, не проявляющая свойств жизни получила название фагов. Фаги, проникая в определенные виды бактерий, размножаются и вызывают растворение (лизис) бактериальной клетки. Происхождение вирусов неясно.

2. Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм – одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Сравнительная характеристика эукариотических и прокариотических клеток

Эукариотическая	Прокариотическая
Крупные размеры по сравнению с прокариотами	Малые размеры (0,5-3,0 мкм)
Наличие обособленного ядра и цитоплазмы	Отсутствие обособленного ядра (т.е. генетический материал ДНК не отграничена оболочкой)
В ядре обнаруживаются ядрышко и хроматин	Отсутствует клеточный центр
Цитоплазма представлена её основным веществом (матриксом, гиалоплазмой)	Отсутствует развитая система мембран
	Время, необходимое для деления мало
	Не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы
	ДНК единственной кольцевой хромосомы, которой лишена основных белков – гистонов

Клеточная теория

Клеточная теория сформулирована немецким исследователем, зоологом Т. Шванном (1839). Исходя из предположения о схожести (гомологичности) растительных и животных клеток, доказываемой одинаковым механизмом их возникновения, Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории, согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых существ.

Р. Вирхову принадлежит вывод о том, что клетка может возникнуть лишь из предсуществующей клетки. Им также создана вызвавшая критику концепция «клеточного государства», согласно которой многоклеточный организм состоит из относительно самостоятельных единиц.

Клеточная теория в современном виде включает 3 главных положения.

1. Жизнь в структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается только клеткой

2. Единственным способом возникновения новых клеток является деление предсуществующих клеток

3. Структурно-функциональными единицами многоклеточных существ являются клетки

3. Файл «_files_biology_pdf_konsp06_02»

4. Функции

• барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисомзащищает цитоплазму от опасных для клеткипероксидов.Избирательная проницаемостьозначает, что проницаемость мембраны для различныхатомовилимолекулзависит от их размеров,электрического зарядаи химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

• транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pHи концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов. Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидныйбислой(например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускаетгидрофильныевещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путемэндоцитоза. Припассивном транспортевещества пересекают липидныйбислойбез затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённаядиффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.Активный транспорттребует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числеАТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионыкалия(K+) и выкачивают из неё ионынатрия(Na+).

• матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

• механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных —межклеточное вещество.

• энергетическая — при фотосинтезевхлоропластахиклеточном дыханиивмитохондрияхв их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

• рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами(молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). Например,гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

• ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраныэпителиальных клетоккишечника содержат пищеварительные ферменты.

• осуществление генерации и проведения биопотенциалов. С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерациюнервного импульса.

• маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Этогликопротеины(то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же

Структура и состав биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды,гликолипидыихолестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинныхгидрофобныхуглеводородных«хвостов», которые связаны с заряженнойгидрофильной«головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён

5. Органоиды - постоянные структуры цитоплазмы, имеющие определенное строение и функции. Органоиды классифицируются по строению и по функцию. По строению различают: 1. Органоиды общего назначения (имеются в большем или меньшем количестве во всех клетках, обеспечивают функции необходимые всем клеткам): митохондрия, эндоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс, лизосомы, клеточный центр, пероксисомы. 2. Органоиды специального назначения - (имеются только в клетках высокоспециализированных тканей и обеспечивают выполнение строгоспецифических функций этих тканей): в эпителиальных клетках - реснички, микроворсинки, тонофибриллы; в нейральных тканях - нейрофибриллы и базофильное вещество; в мышечных тканях - миофибриллы. По строению органиоды подразделяются: 1. Мембранные - эндоплазматическая сеть, митохондрии, пластинчатый комплекс, лизосомы, пероксисомы. 2. Немембранные - рибосомы, микротрубочки, центриоли, реснички. Строение и функции органоидов: 1. Митохондрии - структуры округлой, овальной и сильновытянутой эллепсоидной формы. Окружены двойной элементарной мембраной: наружная элементарная мембрана имеет ровную поверхность, внутренняя мембрана образует складки - кристы; полость внутри внутренней мембраны заполнена матриксом - гомогенная бесструктурная масса. Функция: митохондрии называют"энергетическими станциями" клетки, т.е. там происходит аккумулирование энергии в виде АТФ, выделяемое при "сжигании" белков, жиров, углеводов и др. веществ. Короче, митохондрии - поставщики энергии. 2. Эндоплазматическая сеть(ЭПС) - это система (сеть) внутриклеточных канальцев, стенки которых состоит из элементантарных биологических мембран. Различают ЭПС гранулярного типа (в стенки ЭПС вмонтированы гранулы = рибосомы) - с фукнцией синтеза белков, и агранулярного типа (канальцы без рибосом) - с функцией синтеза жиров, липидов и углеводов. 3. Пластинчатый комплекс (Гольджи) - система наслоенных друг на друга уплощенных цистерн, стенка которых состоит из элементарной биологической мембраны, и расположенных рядом пузырьков (везикул). Располагается обычно над ядром, и выполняет функцию - завершение процессов синтеза веществ в клетке, расфасовка продуктов синтеза по порциям в везикулы, ограниченных элементарной биологической мембраной. Везикулы в дальнейшем транспортируются в пределах данной клетки или выводятся экзоцитолизом за пределы клетки. 4.Лизосомы - структуры округлой или овальной формы, окружены элементарной биологической мембраной, содержащие внутри полный комплект протеолитических и других литических ферментов. Функция - обеспечивают внутриклеточное переваривание, т.е. последнюю фазу фаго(пино)цитоза. 5.Пироксисомы - мелкие структуры округлой или овальной формы, окруженные элементарной базальной мембраной, содержащие внутри пероксидазу, обеспечивающая обезвреживание перекисных радикалов - продуктов обмена веществ, подлежащих удалению из организма. 6.Клеточный центр - органоид обеспечивающий двигательную функцию (растаскивание хромосом) при делении клетки. Состоит из 2-х центриолей; каждая центриоля представляет собой цилиндрическое тело, стенка которого образована 9-ю парами микротрубочек расположенных по периферии цилиндра вдоль и 1-й парой микротрубочек в центре. Центриоли располагаются по отношению друг к другу перпендикулярно. При делении клетки центриоли располагаются на двух противоположных полюсах и обеспечивают растаскивание хромосом к полюсам. 7.Реснички - органоиды, аналогичные по строению и функцию с центриолями, т.е. имеют сходное строение и обеспечивают двигательную функцию. Ресничка представляет собой вырост цитоплазмы на поверхности клетки, покрытый цитолеммой. Вдоль этого выроста внутри располагаются 9 пар микротрубочек, расположенных параллельно друг к другу, образуя цилиндр; в центре этого цилиндра вдоль, а следовательно и в центре реснички, располагается еще 1 пара центральных микротрубочек. У основания этого выроста-реснички, перпендикулярно к ней, располагается еще одна аналогичная структура. 8.Микроворсинки - это выросты цитоплазмы на поверхности клеток, покрыты снаружи цитолеммой, увеличивают площадь поверхности клетки. Встречаются в эпителиальных клетках, обеспечивающих функцию всасывания (кишечник, почечные канальцы). 9,Миофибриллы - состоят из сократительных белков актина и миозина, имеются в мышечных клетках и обеспечивают процесс сокращения. 10.Нейрофибриллы - встречаются в нейроцитах и представляют собой совокупность нейрофибрилл и нейротрубочек. В теле клетки располагаются беспорядочно, а в отростках - параллельно друг к другу. Выполняют функцию скелета нейроцитов (т.е. функция цитоскелета), а в отростках участвуют в транспортировке веществ от тела нейроцитов по отросткам на периферию. 11.Базофильное вещество - имеется в нейроцитах, под электронном микроскопом соответствует ЭПС гранулярного типа, т.е. органоида, ответственного за синтез белков. Обеспечивает внутриклеточную регенерацию в нейроцитах (обновление изношенных органоидов, при отсутствии способности нейроцитов к митозу). 12. Пероксисомы - овальные тельца (0,5-1,5 мкм) окруженные элементарной мембраной, заполненные гранулярным матриксом с кристаллоподобными структурами; содержат каталазы для разрушения перекисных радикалов. Функция: обезвреживание перекисных радикалов, образующихся при метаболизме в клетках. Включения - непостоянные структуры цитоплазмы, могущие появляться или исчезать, в зависимости от функционального состояния клетки. Классификация включений: I. Трофические включения - отложенные в запас гранулы питательных веществ (белки, жиры, углеводы). В качестве примеров можно привести: гликоген в нейтрофильных гранулоцитах, в гепатоцитах, в мышечных волокнах; жировые капельки в гепатоцитах и липоцитах; белковые гранулы в составе желтка яйцеклеток и т. д. II. Пигментные включения - гранулы эндогенных или экзогенных пигментов. Примеры: меланин в меланоцитах кожи (для защиты от УФЛ), гемаглобин в эритроцитах (для транпортировки кислорода и углекислого газа), родопсин и йодопсин в палочках и колбочках сетчатки глаза (обеспечивают черно-белое и цветное зрение) и т.д. III. Секреторные включения - капельки (гранулы) секрета веществ, подготовленные для выделения из любых секреторных клеток (в клетках всех экзокринных и эндокринных желез). Пример: капельки молока в лактоцитах, зимогенные гранулы в панкреатоцитах и т.д. IV. Экскреторные включения - конечные (вредные) продукты обмена веществ, подлежащие удалению из организма. Пример: включения мочевины, мочевой кислоты, креатинина в эпителиоцитах почечных канальцев.

6. Ядро (лат. nucleus) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК). В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК подвергаются ряду модификаций, после чего выходят в цитоплазму. Образование субъединиц рибосом также происходит в ядре в специальных образованиях - ядрышках.

Огромная длина молекул ДНКэукариот предопределила появление специальных механизмов хранения, репликации и реализации генетического материала.Хроматином называют молекулы хромосомнойДНК в комплексе со специфическимибелками, необходимыми для осуществления этих процессов. Основную массу составляют «белки хранения», так называемыегистоны. Из этих белков построенынуклеосомы - структуры, на которые намотаны нити молекул ДНК. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно, так что образующаяся структура напоминает бусы. Нуклеосома состоит из белков четырех типов: H2A, H2B, H3 и H4. В одну нуклеосому входят по два белка каждого типа — всего восемь белков. Гистон H1, более крупный чем другие гистоны, связывается с ДНК в месте ее входа на нуклеосому. Нуклеосома вместе с H1 называется хроматосомой.

Схема, показывающая цитоплазму, вместе с ее компонентами (илиорганеллами), в типичной животной клетке. Органеллы: (1)Ядрышко(2)Ядро(3)рибосома(маленькие точки) (4)Везикула(5) шероховатыйэндоплазматический ретикулум(ER) (6)Аппарат Гольджи(7)Цитоскелет(8) Гладкийэндоплазматический ретикулум(9)Митохондрия(10)Вакуоль(11)Цитоплазма(12)Лизосома(13)ЦентриольиЦентросома

Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30нанометров, так называемую30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллыможет иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называютконденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине, не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначимых или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называютэу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированиемифосфорилированием.

Считается, что в ядре существуют так называемые функциональные домены хроматина(ДНК одного домена содержит приблизительно 30 тысяч пар оснований), то есть каждый участок хромосомы имеет собственную «территорию». К сожалению, вопрос пространственного распределения хроматина в ядре изучен пока недостаточно. Известно, что теломерные(концевые) ицентромерные(отвечающие за связывание сестринскиххроматидвмитозе) участки хромосом закреплены на белках ядерной ламины.