Министерство
культуры Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КИНО
И ТЕЛЕВИДЕНИЯ (СПбГУКиТ)
Доклад
На тему
Фундаментальные свойства живой
материи
по
дисциплине «КСЕ»
Студент
I
курса ИЭиУ группы 041
Капралов Н.С.
Научный
руководитель:
Доцент
Зиненко
Е.В.
Санкт-Петербург
2011
Содержание
1…………………………………… Обмен
веществ (метаболизм)(3стр)
2………................................ Самовоспроизведение
(репродукция)(4стр)
3………………...…………….. Наследственность
и изменчивость(5стр)
4………………………...… Индивидуальное
развитие организмов(6стр)
5………………………………………………….
Эволюция организмов(7стр)
6…………………………………………………………..Раздражимость(7стр)
Обмен
веществ (метаболизм)
Обмен веществ (метаболизм)
- совокупность протекающих в живых
системах химических превращений, обеспечивающих
их жизнедеятельность, рост, воспроизведение,
развитие, самосохранение, постоянный
контакт с окружающей средой, способность
адаптироваться к ней и ее изменениям.
В процессе обмена веществ происходит
расщепление и синтез молекул, входящих
в состав клеток; образование, разрушение
и обновление клеточных структур и межклеточного
вещества. В основе метаболизма лежат
взаимосвязанные процессы ассимиляции
(анаболизм) и диссимиляции (катаболизм).
Ассимиляция - процессы синтеза сложных
молекул из простых с расходованием энергии,
запасенной в ходе диссимиляции (а также
накопление энергии при отложении в запас
синтезированных веществ). Диссимиляция
- процессы расщепления (анаэробного или
аэробного) сложных органических соединений,
идущее с высвобождением энергии, необходимой
для осуществления жизнедеятельности
организма.
В отличие
от тел неживой природы обмен с окружающей
средой для живых организмов является
условием их существования. При этом происходит
восстановление разрушенных ("отработавших")
компонентов, замена их новыми, идентичными
им, т.е. имеет место самообновление. Вот
некоторые примеры: все белки печени и
крови человека обновляются каждые 20 дней;
все тканевые белки - в течение каждых
160 дней; все клетки кишечного эпителия
обновляются в течение недели.
Процессы
обмена веществ, протекающие внутри
организма, объединены в метаболические
каскады и циклы химическими реакциями,
которые строго упорядочены во времени
и пространстве. Показательны расчеты
для клеток человека - их метаболический
аппарат включает более 10000 реакций. Согласованное
протекание большого количества реакций
в малом объеме достигается путем упорядоченного
распределения отдельных звеньев обмена
веществ в клетке (принцип компартментализации).
Процессы обмена веществ регулируются
с помощью биокатализаторов - особых белков-ферментов.
Каждый фермент обладает субстратной
специфичностью катализировать превращение
лишь одного субстрата. В основе этой специфичности
лежит своеобразное "узнавание" субстрата
ферментом. Ферментативный катализ отличается
от небиологического чрезвычайно высокой
эффективностью, в результате чего скорость
соответствующей реакции повышается в
1010 - 1013 раз. Каждая молекула фермента способна
осуществлять от нескольких тысяч до нескольких
миллионов операций в минуту, не разрушаясь
в процессе участия в реакциях. Так, например,
одна молекула фермента каталазы осуществляет
расщепление 5 миллионов молекул субстрата
(Н2О2) в течении одной минуты. Для сравнения
- Н2О2 может разлагаться в присутствии
атомов Fe, но медленно - понадобилось бы
300 лет, чтобы один атом железа расщепил
такое количество молекул Н2О2, какое одна
молекула каталазы расщепляет за одну
секунду. Еще одно характерное отличие
ферментов от небиологических катализаторов
состоит в том, что ферменты способны ускорять
реакции при обычных условиях (атмосферном
давлении, температуре тела организма
и т.п.).
Все живые
организмы могут быть разделены
на две группы - автотрофы и
гетеротрофы, отличающиеся источниками
энергии и необходимых веществ
для своей жизнедеятельности.
Автотрофы
- организмы, синтезирующие из
неорганических веществ органические
соединения с использованием энергии
солнечного света (фотосинтетики - зеленые
растения, водоросли, некоторые бактерии)
или энергии, получаемой при окислении
неорганического субстрата (хемосинтетики
- серо-, железобактерии и некоторые другие),
Автотрофные организмы способны синтезировать
все компоненты клетки. Роль фотосинтезирующих
автотрофов в природы является определяющей
- являясь первичным продуцентом органического
вещества в биосфере, они обеспечивают
существование всех других организмов
и ход биогеохимических циклов в круговороте
веществ на Земле (см. гл. 14).
Гетеротрофы
(все животные, грибы, большинство
бактерий, некоторые бесхлорофилльные
растения) - организмы, нуждающиеся
для своего существования в
готовых органических веществах,
которые, поступая в качестве пищи,
служат как источником энергии, так и необходимым
"строительным материалом". Характерной
чертой гетеротрофов является наличие
у них амфиболизма, т.е. процесса образования
мелких органических молекул (мономеров),
образующихся при переваривании пищи
(процесс деградации сложных субстратов).
Такие молекулы - мономеры используются
для сборки собственных сложных органических
соединений. Например, при расщеплении
белков пищи в кишечнике на аминокислоты,
последние поступают затем в клетки тела
и там из них "собираются" (синтезируются)
белки, присущие данному организму.
Самовоспроизведение
(репродукция)
Жизнь существует
в виде дискретных биологических
систем (клеток, организмов и т.д.) и
существование каждой отдельно взятой
биологической системы ограничено
во времени. Поэтому поддержание жизни
на любом уровне организации связано с
репродукцией.
Способность
к размножению (воспроизведению
себе подобных, самовоспроизведению)
относится к одному из фундаментальных
свойств живых организмов. Размножение
необходимо для того, чтобы обеспечить
непрерывность существования видов, т.к.
продолжительность жизни отдельного организма
ограничена. Размножение с избытком компенсирует
потери, обусловленные естественным отмиранием
особей, и таким образом поддерживает
сохранение вида в ряду поколений особей.
В процессе эволюции живых организмов
происходила эволюция способов размножения.
Поэтому у ныне существующих многочисленных
и разнообразных видов живых организмов
мы обнаруживаем разные формы размножения.
Многие виды организмов сочетают несколько
способов размножения. Необходимо выделить
два, принципиально отличающихся типа
размножения организмов - бесполое (первичный
и более древний тип размножения) и половое.
В процессе
бесполого размножения новая
особь образуется из одной или группы
клеток (у многоклеточных) материнского
организма. При всех формах бесполого
размножения потомки обладают генотипом
(совокупность генов) идентичным материнскому.
Следовательно, все потомство одного материнского
организма оказывается генетически однородным
и дочерние особи обладают одинаковым
комплексом признаков.
При половом
размножении новая особь развивается
из зиготы, образующейся путем
слияния двух специализированных
половых клеток (процесс оплодотворения),
продуцируемых двумя родительскими
организмами. Ядро в зиготе содержит гибридный
набор хромосом, образующийся в результате
объединения наборов хромосом слившихся
ядер гамет. В ядре зиготы, таким образом,
создается новая комбинация наследственных
задатков (генов), привнесенных в равной
мере обоими родителями. А развивающийся
из зиготы дочерний организм будет обладать
новым сочетанием признаков. Иными словами,
при половом размножении происходит осуществление
комбинативной формы наследственной изменчивости
организмов, обеспечивающий приспособление
видов к меняющимся условиям среды и представляющей
собой существенный фактор эволюции. В
этом заключается значительное преимущество
полового размножения по сравнению с бесполым.
Способность
живых организмов к самовоспроизведению
базируется на уникальном свойстве
нуклеиновых кислот к репродукции и феномене
матричного синтеза, лежащего в основе
образования молекул нуклеиновых кислот
и белков. Самовоспроизведение на молекулярном
уровне обусловливает как осуществление
обмена веществ в клетках, так и самовоспроизведение
самих клеток. Клеточное деление (самовоспроизведение
клеток) лежит в основе индивидуального
развития многоклеточных организмов и
воспроизведения всех организмов. Размножение
организмов обеспечивает самовоспроизведение
всех видов, населяющих Землю, что в свою
очередь обусловливает существование
биогеоценозов и биосферы.
Наследственность
и изменчивость
Наследственность
обеспечивает материальную преемственность
(поток генетической информации) между
поколениями организмов. Она тесно
связана с репродукцией на молекулярном,
субклеточном и клеточном уровнях. Генетическая
информация, определяющая разнообразие
наследственных признаков, зашифрована
в молекулярной структуре ДНК (у некоторых
вирусов - в РНК). Полинуклеотидные цепи
ДНК подразделяются на особые функциональные
единицы (гены), являющиеся единицами генетической
(наследственной) информации. В генах закодирована
информация о структуре синтезируемых
белков, ферментных и структурных. Генетический
код - это система "записи" информации
о последовательности расположения аминокислот
в синтезируемых белках с помощью последовательности
нуклеотидов в молекуле ДНК.
Совокупность
всех генов организма называется
генотипом, а совокупность признаков
- фенотипом. Фенотип зависит как
от генотипа, так и факторов внутренней
и внешней среды, которые влияют на активность
генов и обусловливают регулярные процессы.
Хранение и передача наследственной информации
осуществляется у всех организмов с помощью
нуклеиновых кислот, генетический код
един для всех живых существ на Земле,
т.е. он универсален. Благодаря наследственности
из поколения в поколение передаются признаки,
обеспечивающие приспособленность организмов
к среде их обитания.
Если бы
при размножении организмов проявлялась
только преемственность существующих
признаков и свойств, то на фоне меняющихся
условий внешней среды существование
организмов было бы невозможно, так как
необходимым условием жизни организмов
является их приспособленность к условиям
среды обитания. При "жесткой" наследственности
не мог бы осуществляться и эволюционный
процесс. Но живым организмам свойственна
изменчивость, под которой понимают свойство
живого приобретать новые признаки и утрачивать
прежние. Проявляется изменчивость в разнообразии
организмов, принадлежащих к одному и
тому же виду. Изменчивость может реализовываться
у отдельных организмов в ходе их индивидуального
развития или в пределах группы организмов
в ряду поколений при размножении.
Выделяют
две основные формы изменчивости,
различающиеся по механизмам
возникновения, характеру изменения признаков
и, наконец, их значимости для существования
живых организмов - генотипическую (наследственную)
и модификационную (ненаследственную).
Генотипическая
изменчивость связана с изменением
генотипа и приводит к изменению
фенотипа. В основе генотипической
изменчивости могут лежать мутации
(мутационная изменчивость) или новые
комбинации генов, возникающие
в процессе оплодотворения при
половом размножении. При мутационной
форме изменения связаны, в первую очередь,
с ошибками при репликации нуклеиновых
кислот. Таким образом происходит возникновение
новых генов, несущих новую генетическую
информацию; происходит появление новых
признаков. И если вновь возникающие признаки
полезны организму в конкретных условиях,
то они "подхватываются" и "закрепляются"
естественным отбором. Таким образом,
на наследственной (генотипической) изменчивости
базируется приспособляемость организмов
к условиям внешней среды, разнообразие
организмов, создаются предпосылки для
позитивной эволюции.
При ненаследственной
(модификационной) изменчивости
происходят изменения фенотипа
под действием факторов внешней
среды и не связанные с изменением
генотипа. Модификации (изменения
признаков при модификационной изменчивости)
происходят в пределах нормы реакции,
находящейся под контролем генотипа. Модификации
не передаются следующим поколениям, т.е.
приобретенные в течение индивидуальной
жизни признаки не наследуются. Значение
модификационной изменчивости заключается
в том, что она обеспечивает приспособляемость
организма к факторам внешней среды в
течение его жизни.
Индивидуальное
развитие организмов
Всем живым
организмам свойственен процесс
индивидуального развития - онтогенез.
Традиционно, под онтогенезом понимают
процесс индивидуального развития многоклеточного
организма (образующегося в результате
полового размножения) от момента формирования
зиготы до естественной смерти особи.
За счет деления зиготы и последующих
поколений клеток формируется многоклеточный
организм, состоящий из огромного числа
разных типов клеток, различных тканей
и органов. Развитие организма базируется
на "генетической программе" (заложенной
в генах хромосом зиготы) и осуществляется
в конкретных условиях среды, существенно
влияющей на процесс реализации генетической
информации в ходе индивидуального существования
особи. На ранних этапах индивидуального
развития происходит интенсивный рост
(увеличение массы и размеров), обусловленный
репродукцией молекул, клеток и других
структур, и дифференцировка, т.е. появление
различий в структуре и усложнение функций.