1. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни. Фундаментальные свойства живых систем.

Витиалитическая концепция. Основоположник Аристоитель «жизнь есть питание, рост и одряхление». Основным положение- признание особой жизненной силы или «души», свойственной всем телам живой природы. Жизненная сила, как особая нематериальная субстанция, считалась независимой от материального вида. Поэтому последовательные сторонники виталистической концепции считали ее проявлением божественного начала. Отсюда представление о бессмертии души, граничащие с религиозными верованиями в загробную жизнь.

Механистический взгляд на органическую природу, в 18 веке. Сторонники этого взгляда, делали попытку свести все жизненные процессы только к химическим и физическим изменениям. Отсюда возникло одностороннее представление об организмах как о телах, отличающихся от неживых тел не качественным своеобразием, а только сложностью строения.

Диалектический материализм был сформулирован Фридрихом Энгельсом в работах «Диалектика природы». Единство органической и неорганической природы доказывается прежде всего химическим анализом. Тела живой и неживой природы состоят из одних и тех же элементов, но в живых системах 98 % приходится на следующие четыре элемента: водород, углерод, кислород, азот; а тела неживой природы на 98 % состоят из железа, кремния, алюминия, магния. «Жизнь» - есть способ существования белковых тел, существенным моментом, которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

жизнь - макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии.

К числу основных, фундаментальных свойств живого относятся:

1.Обмен веществом и энергией с окружающей средой. (Его содержание составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Результатом ассимиляции является образование и обновление структур организма, диссимиляции — расщепление органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией.)

2. Открытая система - Для осуществления обмена веществ необходим постоянный приток определенных веществ извне; некоторые продукты диссимиляции выделяются во внешнюю среду

3. Совокупность взаимосвязанных реакций, протекание которых строго упорядочено во времени и пространстве - Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены многочисленными химическими реакциями, объединенными в метаболические цепи, циклы, каскады

3. Упорядоченность различных сторон обмена веществ достигается благодаря структурированности объема клетки, например выделения в ней водной и липидной фаз, наличия обязательных внутриклеточных структур, таких, как митохондрии, лизосомы и др.

4. Затрата энергии на упорядоченность

5. Живой организм отличается высокой степенью структурированности и низкой энтропией. Это достигается благодаря постоянному притоку извне энергии, используемой на поддержание внутренней структуры. Способность противостоять нарастанию энтропии, сохранять высокий уровень упорядоченности является обязательным свойством жизни.

6. Процесс самообновления, в результате которого воссоздаются структуры, соответствующие снашиваемым и утрачиваемым

7. Хранение и использование биологической (генетической) информации на основе уникальных информационных макромолекул белков и нуклеиновых кислот составляет важное свойство жизни

8. Наличие генотипа и фенотипа, что также обязательно для всех живых существ. Воплощение исходной наследственной информации генотипа в информацию рабочих структур организма происходит в процессе онтогенеза — индивидуального развития, типичного для живых форм. В ходе этого процесса проявляется такое свойство, как способность к росту

9. Организмы обладают свойством менять свое состояние в зависимости от колебаний параметров окружающей или внутренней среды. Такая реакция имеет приспособительное значение

10. Индивидуальные реакции живых существ на внешние и внутренние стимулы обусловливаются такими общими свойствами жизни, как раздражимость и возбудимость

11. Область жизни представлена совокупностью отдельных организмов, т.е. характеризуется дискретностью. Продолжительность жизни организмов ограничена. В связи с этим сохранение жизни во времени зависит от такого ее свойства, как способности к размножению, т.е. к воспроизведению себе подобных по типу обмена веществ и главным чертам морфофизиологической организации.

12. Включенность организмов в процесс эволюции

13. Взаимодействие с другими в составе особых сообществ — биоценозов.

2. Уровни организации жизни. Элементарные единицы, элементарные явления и проявления главных свойств жизни на разных уровнях ее организации.

Элементарная единица — это структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни.

1) молекулярно-генетический уровень. ЭЕ - ген. Ген — это участок молекулы ДНК (а у некоторых вирусов - молекулы РНК), который ответствен за формирование ка­кого — либо одного признака. Обеспечивает дискретность наслественной ин-ции, независимое наследование и изменениеотдельных признаков. Элементарное явление заключается прежде всего в процессе конвариантной редупликации, или самовоспроизведении, с возможностью некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации. Путем редупликации ДНК происходит копирование заключенной в генах биологической информации, что обеспечивает преемственность и сохранность (консерватизм) свойств организмов в ряду поколений. Редупликация, таким образом, является основой наследственности.

1.2) Хромосомный. ЭЕ – хромосома. Обеспечивает распад генов по хромосомам и перекомбинацию генов при половом размножении.

1.3) Геномный – совокупность всех генов и их аллелей, которые входят в кариотип орг-ма. Обеспечивает тесное взаимодействие всех генов орг-ма.

2) клеточный уровень. ЭЕ — это клетка, которая является самостоятельно функционирующей элементарной биологиче­ской системой. Только на этом уровне возможны реализация генетической информации и процессы биосинтеза. Для одно­клеточных организмов этот уровень совпадает с организменным. ЭЯ — это реакции клеточного метаболизма, составляю­щие основу потоков энергии, информации и вещества;

6) организменный (онтогенетический) уровень. ЭЕ — это особь в ее развитии от момента рождения до прекращения ее существования в качестве живой системы. ЭЯ — это законо­мерные изменения организма в процессе индивидуального раз­вития (онтогенеза). В процессе онтогенеза в определенных условиях среды происходит воплощение наследственной ин­формации в биологические структуры, т. е. на основе гено­типа особи формируется ее фенотип; Свойство - наличие генотипа и фенотипа, способность к росту

7) популяционно-видовой уровень. ЭЕ — это популяция, т. е. совокупность особей (организмов) одного вида, населяю­щих одну территорию и свободно скрещивающихся между со­бой. Популяция обладает генофондом, т. е. совокупностью генотипов всех особей. Воздействие на генофонд элементар­ных эволюционных факторов (мутаций, кол***ий числен­ности особей, естественного отбора) приводит к эволюционно значимым изменениям (ЭЯ);

8) биоценотический (экосистемный) уровень. ЭЕ — био­ценоз, т. е. исторически сложившееся устойчивое сообщество популяций разных видов, связанных между собой и с окружаю­щей неживой природой обменом веществ, энергии и информа­ции (круговоротами), которые и представляют собой ЭЯ;

9) биосферный (глобальный) уровень. ЭЕ — биосфера (область распространения жизни на Земле), т. е. единый плане­тарный комплекс биогеоценозов, различных по видовому соста­ву и характеристике абиотической (неживой) части. Биогео­ценозы обусловливают все процессы, протекающие в биосфере;

10) ноосферный уровень. Это новое понятие было сформулирова­но академиком В. И. Вернадским. Он основал учение о ноо­сфере как сфере разума. Это составная часть биосферы, кото­рая изменена благодаря деятельности человека.

Целостность, самоупорядоченность, дискретность, структурированность, вещественно-энергетическая открытость, противоэнтропийная направленность характеризуют в равной степени гены, клетки, особи, популяции, биогеоценозы, проявляясь, таким образом, на всех уровнях

3.Типы клеточной организации про- и эукариотических клеток. Поток информации, энергии и вещества в клетке. Закономерности существования клетки во времени.

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.

Клеткам прокариоттеского типа свойственны малые размеры (не более 0,5—3,0 мкм в диаметре или по длине), отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков — гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр. Не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение. 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 клеточной организации представлен двумя подтипами. В связи с этим одной из черт клеток части простейших является наличие в цитоплазме миниатюрных образований, выполняющих на клеточном уровне функции жизненно важных органов многоклеточного организма. В традиционном изложении клетку растительного или животного организма описывают как объект, отграниченный оболочкой, в котором выделяют ядро и цитоплазму. В ядре наряду с оболочкой и ядерным соком обнаруживаются ядрышко и хроматин. Цитоплазма представлена ее основным веществом (матриксом, гиалоплазмой), в котором распределены включения и органеллы. (состав клетки - из гисты)

Жизнедеятельность клетки как единицы биологической активности обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во времени и пространстве обменных (метаболических) процессов. Эти процессы образуют три потока: информации, энергии и веществ.

В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков (рис. 2.7). Кроме основного по объему заключенной информации ядерного генома в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения —брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (например, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы — химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, ре-гуляторную.

Выработка АТФ – митохондрии (аэробный гликолиз) + анаэеробный гликолих. Хлоропласты-энергия фотосинтеза.

В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного на жировой. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла). Клеточный цикл — это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл —комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления.

Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. У млекопитающих время митоза составляет 1—1,5 ч, 02-периода интерфазы —2—5 ч, S-периода интерфазы — 6—10 ч.