- •Лекция 1. Введение в биологию с основами экологии
- •2. Свойства живой материи
- •3.Уровни организации живой материи
- •Лекция 2. Химия жизни
- •2. Важнейшие неорганические вещества
- •3. Общая характеристика органических соединений
- •Лекция 3. Строение клетки
- •2. Общий план строения прокариотической клетки
- •3. Общий план строения эукариотической клетки
- •Лекция 4. Генетический материал клетки
- •2. Хромосомы
- •3. Митоз
- •5. Мутации
- •Лекция 5. Обмен веществ в клетке
- •2. Классификация организмов по источникам углерода и энергии
- •3. Обмен веществ в растительной клетке
- •4. Обмен веществ в клетках животного организма
- •5. Обмен веществ в клетках микроорганизмов. Хемосинтез и брожение
- •Лекция 6. Разнообразие органического мира
- •3. Царство прокариот и его краткая характеристика
- •Лекция 7. Разнообразие органического мира
- •2. Общая характеристика водорослей
- •Общая характеристика семенных растений
- •5. Органы растений
- •6. Систематика покрытосеменных растений
- •7. Значение высших растений
- •Лекция 8. Разнообразие органического мира
- •2. Разнообразие одноклеточных
- •4. Разнообразие хордовых животных
- •5. Особенности и эколого-биологическая роль грибов
- •Лекция 9. Живой организм как система
- •2. Индивидуальное развитие организмов
- •3. Развитие зародыша животных
- •5. Организм как система
- •Лекция 10. Введение в анатомию и физиологию человека
- •2. Ткани и органы человека
- •3. Опорно-двигательный аппарат. Особенности скелета человека
- •4. Мышечная система (мускулатура)
- •Лекция 11. Основные системы органов человека
- •4. Свертывание крови
- •5. Движение крови по организму человека
- •7. Пищеварительная система
- •8. Дыхательная система
- •9. Система органов кожи
- •Лекция. 12. Основные системы органов человека
- •2. Эндокринная система
- •3. Нервная ткань
- •4. Строение и функции периферической нервной системы
- •5. Центральная нервная система
- •6. Строение и функции органов чувств
- •Лекция 13. Механизмы гомеостаза человека
- •2. Обмен веществ в организме
- •3. Основные понятия о внд
- •4. Особенности высшей нервной деятельности человека
- •5. Основные механизмы высшей нервной деятельности человека
- •Лекция 14. Здоровье человека и основные принципы его сохранения
- •2. Факторы здоровья и долголетия
- •3. Вредные привычки и их последствия
- •4. Факторы риска для здоровья человека
- •Лекция 15. Факторы среды
- •4. Экологическая ориентация социально-экономического развития общества – экоразвития.
- •2. Окружающая среда и экологические факторы
- •3. Адаптации организмов к ведущим факторам среды
- •4. Закономерности действия экологических факторов на живые организмы
- •5. Биологические ритмы
- •6. Жизненные формы организмов
- •Лекция 16. Популяция и сообщество
- •2. Популяция: основные характеристики
- •3. Динамика численности популяций
- •4. Межвидовые связи
- •6. Сообщество
- •Лекция 17. Экосистемы
- •2. Трофическая структура биоценозов
- •3. Экологические пирамиды
- •4. Продукция экосистем
- •5. Гомеостаз экосистем
- •6. Динамика экосистем
- •Лекция 18. Экосистема почвы
- •3. Структура экосистемы почвы Распределение животных и микроорганизмов в биогеоценозе
- •4. Трофическая структура
- •5. Особенности круговорот веществ в экосистеме почвы
- •Лекция 19. Учение о биосфере
- •2. Строение и границы биосферы
- •4. Функции живого вещества
- •5. Свойства биосферы:
- •6. Ноосфера как стадия эволюции биосферы
- •7. Биогеохимические циклы
- •8. Круговорот углерода
- •9. Круговорот фосфора
- •10. Круговорот азота
- •Лекция 20. Антропогенные экосистемы
- •2. Классификация и особенности агроэкосистем
- •3. Круговорот веществ и потоки энергии в агроэкосистеме
Лекция 2. Химия жизни
1. Элементарный состав живых организмов
2. Важнейшие неорганические вещества
3. Общая характеристика органических соединений
1. Элементарный состав живых организмов
Живое вещество представляет собой сложную систему биоорганических, органических и неорганических соединений. В составе живого вещества обнаружены практически все устойчивые химические элементы, известные человеку, но в разных количествах. По содержанию элементы можно разделить на 4 группы:
1. Биоэлементы: кислород, углерод, азот, водород.
2. Макроэлементы (0,1-0,01%): калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор.
3. Микроэлементы (0,001-0,000001%): бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром.
4. Ультрамикроэлементы (менее 0,000001%): уран, золото, ртуть.
Атомы химических элементов входят в состав химических соединений, которые могут быть органическими, неорганическими.
2. Важнейшие неорганические вещества
Неорганическими называют вещества, в составе которых отсутствуют атомы углерода (кроме самого углерода, его оксидов, угольной кислоты, ее солей, родана, родановодорода, роданидов, циана, циановодорода, цианидов).
Важнейшим неорганическим веществом, входящим в состав живых организмов, является вода. Кроме воды организмы могут содержать и другие неорганические вещества – соли, кислоты, основания.
Вода – важнейшее неорганическое соединение, без которого невозможна жизнь на планете Земля. Это вещество является и важнейшей частью живого вещества, и играет большую роль как внешний фактор для всех живых существ.
Наличие водородных связей обусловливает высокую теплоемкость воды, что делает возможным жизнь на поверхности Земли, так как наличие воды способствует уменьшению перепада температур днем и ночью, а также зимой и летом, ведь при охлаждении вода конденсируется и тепло выделяется, а при нагревании вода испаряется, на разрыв водородных связей затрачивается энергия и поверхность Земли не перегревается.
Молекулы воды образуют водородные связи не только между собой, но и с молекулами других веществ (углеводов, белков, нуклеиновых кислот), что является одной из причин возникновения комплекса химических соединений, в результате образования которого и возможно существование особого вещества – живого вещества, образующего различные живые организмы.
Экологическая роль воды огромна и имеет два аспекта: она является как внешним (первый аспект), так и внутренним (второй аспект) экологическим фактором. Как внешний экологический фактор вода входит в состав абиотических факторов (влажность, среда обитания, составная часть климата и микроклимата). Как внутренний фактор вода играет большую роль внутри клетки и внутри организма. Рассмотрим роль воды внутри клетки.
В клетке вода выполняет следующие функции:
1) среда, в которой располагаются все органоиды клетки;
2) растворитель как для неорганических, так и для органических веществ;
3) субстрат для протекания различных биохимических процессов;
4) катализатор для реакций обмена между неорганическими веществами;
5) реагент для процессов гидролиза, гидратации, фотолиза и т.д.;
6) создает определенное состояние клетки, например тургор, что делает клетку упругой и механически прочной;
7) выполняет строительную функцию, состоящую в том, что вода входит в состав различных клеточных структур, например мембран, и т.д.;
8) является одним из факторов, объединяющих все клеточные структуры в единое целое;
9) создает электрическую проводимость среды, переводя неорганические и органические соединения в растворенное состояние, вызывая электролитическую диссоциацию ионных и сильно полярных соединений.
В организме роль воды состоит в том, что она:
1) выполняет транспортную функцию, так как переводит вещества в растворимое состояние, а полученные растворы за счет различных сил (например, осмотического давления и др.) перемещаются от одного органа к другому;
2) осуществляет проводящую функцию за счет того, что в организме содержатся растворы электролитов, способные проводить электрохимические импульсы;
3) связывает воедино отдельные органы и системы органов за счет наличия в воде особых веществ (гормонов), осуществляя при этом гуморальную регуляцию;
4) является одним из веществ, которые регулируют температуру тела организма (вода в виде пота выделяется на поверхность тела, испаряется, за счет чего теплота поглощается и организм охлаждается);
5) входит в состав пищевых продуктов и т.д.
Из оксидов в организмах большое значение имеет углекислый газ (углекислота, оксид углерода (IV), диоксид (двуокись) углерода). Это вещество является одним из продуктов дыхания (для всех организмов). При растворении в воде (например, в цитоплазме, плазме крови и т.д.) углекислый газ образует угольную кислоту, которая при диссоциации распадается на ионы (НСО3–) и (CO32–), образующие (совместно) карбонатную буферную систему, обеспечивая гомеостаз. Избыток СО2 удаляется из организма в результате процессов, протекающих при дыхании (у всех организмов: и у растений, и у животных).
Важнейшими кислотами, содержащимися в живом веществе, являются угольная (Н2СО3), фосфорная (Н3РO4). Фосфорная кислота играет огромную роль в образовании АТФ и формировании костей.
Важна для организмов соляная кислота (HCl). Она содержится в желудочном соке или в растворах, которые способствуют перевариванию пищи (например, желудочный сок в желудке человека).
В живом веществе наибольшее значение имеют следующие положительные ионы металлов (катионы): К+, Са2+, Na+, Mg2+, Fe2+, Fе3+, Мп2+ и некоторые другие.
1. Катионы натрия (Na+). Совместно с ионами калия (К+) создают мембранное равновесие, при котором возникает разность биохимических потенциалов, что обеспечивает проводимость клеток (передачу нервного импульса) и тканей организма; участвуют в водном и ионном обмене организма в целом.
2. Катионы К+. В организме человека влияют на биоритмы сердца. Ионы К+ входят в состав удобрений – калийных и существенно влияют на продуктивность сельскохозяйственных растений.
3. Катионы Са2+. Образует межклеточное вещество в растительных организмах. Участвуют в образовании важнейшей соединительной ткани – костной. Участвуют в реализации мышечных сокращений, играют большую роль в свертывании крови и в др. процессах.
4. Катионы Mg2+. Роль этих ионов аналогична (в ряде случаев) роли ионов Са2+ и они содержатся в организмах в определенных соотношениях. Кроме того, ионы Mg2+ входят в состав важнейшего фотосинтезирующего пигмента растений – хлорофилла, активизируют синтез ДНК и участвуют в реализации энергетического обмена.
5. Ионы Fe2+. Входят в состав важнейшего дыхательного пигмента – гемоглобина. Они входят в состав мышечного белка – миоглобина, принимают участие в синтезе хлорофилла.
6. Нитрат- и нитрит-ионы. Ионы, содержащие азот, играют большую роль в организмах растений, так как в своем составе содержат связанный азот и используются для синтеза белков и нуклеиновых кислот. При поступлении избытка этих ионов в организм растения они накапливаются в них и, попадая (в составе пищи) в организм человека и животных, могут вызывать нарушения в обмене веществ этих организмов («нитратное и нитритное отравление»). Это делает необходимым оптимальное использование азотных удобрений при их внесении в почву.