Уровни организации живой материи

Уровень организации – функциональное место биологической структуры определенной степени сложности. Выделяют следующие уровни организации живой материи.

Молекулярный (молекулярно-генетический) – включает в себя способ существования и самовоспроизводства сложных информационных органических молекул, высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, вирусы, плазмиды, нуклеиновые кислоты и др.

Субклеточный (надмолекулярный) – живая природа организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.

Клеточный – живая природа представлена клетками, т.е. элементарной структурной и функциональной единицей живого.

Органо-тканевый – живая природа организуется в ткани и органы. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.

Организменный (онтогенетический) – живая природа представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

Популяционно-видовой – живая природа организуется в популяции. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид – совокупность особей (популяций), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Биоценотический – живая природа образует биоценозы – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биогеоценотический – живая природа формирует биогеоценозы – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

Биосферный – живая природа формирует биосферу – оболочку Земли, преобразованную деятельностью живых организмов.

Предсказать свойства каждого следующего уровня на основе свойств предыдущих уровней так же невозможно, как предсказать свойства воды, исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление носит название «эмерджментность», т.е. наличие у системы особых, каче­ственно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных эле­ментов. С другой стороны, знание особенностей отдельных составля­ющих системы значительно облегчает ее изучение.

7.2. Молекулярные процессы в клетке

Цитология – наука о клетке (от греч. цитос – клетка, логос – наука).

Клетка – элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Одним из крупнейших обобщений XIX в. стала клеточная теория (изложенная в трудах Т. Шванна, М. Шлейдена и Р. Вирхова). Современная клеточная теория включает следующие поло­жения:

– все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы); клетки одноклеточных и многоклеточных животных и растительных организмов сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, принципам обмена веществ и основным проявлениям жизнедеятельности.

– все живые организмы развиваются из одной или группы клеток; каждая новая клетка образуется в результате деления сходной (материнской) клетки.

– в сложных многоклеточных организмах клетки диффе­ренцируются, специализируясь по выполнению определенной функции; клетки объединены в ткани и органы, функционально вязанные в системы, и находятся под контролем межклеточных, гуморальных и нервных форм регуляции.

Из 112 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, в состав организмов входит более половины, причем 24 из них являются обязательными и обнаруживаются почти во всех типах клеток. Химические элементы образуют неорганические и органические соединения.

Вода – преобладающий компонент всех живых организмов; среднее содержание в клетках большинства организмов составляет около 70 %. Воды выполняет следующие функции: универсальный растворитель, среда для протекания биохимических реакций, терморегулятор (поддерживает тепловое равновесие клеток благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности), осуществляет транспорт веществ, определяет осмотическое давление, вода – источник кислорода, выделяющегося при фотосинтезе.

Минеральные вещества – составляют до 1,5% сырой массы клетки. Наиболее важны H⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, HPO₄^2–, H₂PO₄^–, Cl, HCO₃^–. Функции неорг. веществ: образуют межмембранный потенциал, поддерживают рН в клетке (буферные системы HPO₄^2–, H₂PO₄^– и CO₃^2–, HCO₃^–), создают осмотический потенциал, образуют скелет позвоночных, раковины моллюсков, активируют ферменты.

Углеводы (сахариды) – C_n(H₂O)_m, в клетке от 0,2 до 2% в расчете на сухую массу. Моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. Дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза. Полисахариды: гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин. Биологическое значение: энергетическая, структурная, запасающая, защитная функции.

Липиды – нерастворимые в воде орг. вещества (гидрофобны), содержание в клетках от 1 до 15%, в жировых до 90%. К липидам относятся: жиры (сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот), воска, стеролы. Биологическое значение: энергетическая, запасающая, структурная, защитная, регуляторная, функции.

Белки (полипептиды) – полимеры, состоящие из аминокислот (АК). Из 300 известных АК, лишь 20 АК обнаружены в составе белков. Растения способны самостоятельно синтезировать все 20 АК, а животные лишь часть из них, поэтому остальные, называемые незаменимыми, они должны получать с пищей. Биологическое значение: каталитическая, структурная, регуляторная, защитная, транспортная, энергетическая функции. Изменение свойств, строения и биологической активности белка – денатурация.

Нуклеиновые кислоты – моно- или полинуклеотиды, выполняющие в клетке очень важные функции. Мононуклеотиды выступают в качестве источника энергии (АТФ), полинуклеотиды обеспечивают хранение и передачу наследственной информации (ДНК, РНК).

Мононуклеотид состоит из трех компонентов:

1) азотистого основания: пурунового – аденин (А), гуанин (Г) или пиримидинового – цитозин (Ц), тимин (Т), урацил (У);

2) пятиуглеродного сахара – рибозы или дезоксирибозы;

3) остатков фосфорной кислоты.

Строение молекулы ДНК расшифровали Дж.Уотсон и Ф.Крик.

В нуклеотиде ДНК содержится одно из четырех азотистых оснований – А, Г, Т или Ц, сахар – дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. В нуклеотиде РНК содержится одно из четырех азотистых оснований – А, Г, У (вместо Т) или Ц, сахар – рибоза и остаток фосфорной кислоты

ДНК большинства живых организмов (кроме вирусов) состоят из двух антипараллельно направленных полинуклеотидных цепей, связанных водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарности: А=Т, Г≡Ц.

ДНК обладает способностью к самоудвоению – репликации и способностью к самовосстановлению – репарации.