Нуклеїнові кислоти

З одного боку, сформувалося уявлення про якісно різні рівні організації живої природи: молекулярний (молекулярна біологія, біохімія й інші науки, які поєднують поняттям фізико-хімічна біологія), клітинний (клітинна біологія), рівень організмів (анатомія, фізіологія, ембріологія), популяційно-видовий (екологія, біогеографія). З іншого боку, прагнення до цілісного, синтетичного пізнання живої природи призвело до прогресу наук, які вивчають певні властивості живої природи на всіх структурних рівнях її організації (генетика, систематика, еволюційне вчення тощо).

4.Основні властивості та ознаки живих організмів

Живі організми мають ознаки й властивості, які відсутні в більшості неживих систем. Переважна більшість із них окремо зустрічаються й у неживих системах. Однак лише всі разом узяті, вони характеризують особливу форму руху матерії — життя. Перелічимо основні властивості й ознаки живого.

1. Єдність хімічного складу. До складу всіх живих організмів входять ті ж хімічні елементи, які містяться й у неживій матерії. Однак їх співвідношення в живому й неживому різне. Так, у живих організмах набагато більша частина хімічного складу (98 %) припадає на чотири елементи: вуглець, водень, кисень та азот. Крім того, усі живі організми побудовані з особливих речовин — макромолекул, які відсутні в неживій матерії. Основними серед них є такі: білки, нуклеїнові кислоти й АТФ (аденозинтрифосфорна кислота), вуглеводи й ліпіди.

2. Дискретність (латин, discretus — переривчастий, тобто складається з окремих частин) і цілісність - дві фундаментальні загальні властивості організації життя на Землі. Ця властивість полягає в тому, що будь-яка жива система (клітина, організм, популяція, вид, біогеоценоз) складається з окремих, але взаємозалежних і взаємодіючих частин, що утворюють структурно-функціональну єдність, тому вона являє собою єдине ціле.

3. Складність і високий ступінь організації. Живі системи складаються з величезної кількості складних молекул і структур, що зумовлює їх ускладнену внутрішню будову. При цьому будь-яка частина організму має спеціальне призначення й здатна виконувати певні функції. Усе це забезпечує складність і високий ступінь організації живої системи в цілому.

4. Обмін речовин і перетворення енергії. Жива система являє собою відкриту систему, оскільки через неї проходять потоки речовин та енергії. Щодо енергії, то живі організми мають здатність видобувати, перетворювати й використовувати енергію навколишнього середовища — або у формі органічних поживних речовин, або у вигляді енергії сонячного випромінювання. Завдяки речовинам та енергії, що надходять з навколишнього середовища, організми та їх складові — органи й структури — здатні здійснювати різні функції. У результаті своєї життєдіяльності вони повертають у зовнішнє середовище продукти розпаду й перетворену енергію у вигляді тепла. Усе це і становить сутність обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.

5. Саморегулювання. Властивість саморегулювання означає здатність живих організмів підтримувати сталість свого хімічного складу в нескінченно мінливих умовах середовища існування, використовуючи певні системи регулювання як на клітинному рівні, так і на рівні всього організму.

6. Самовідтворення. Це найбільш універсальна властивість живого, яка забезпечує здатність до розмноження. Саме завдяки цій властивості батьківські особини з покоління в покоління відтворюють подібне собі потомство (аксіома Вейсмана), завдяки чому життя виду не припиняється. В основі самовідтворення лежить процес реплікації, тобто синтезу ДНК-молекули, яка зберігає спадкову інформацію, на основі матричного принципу (аксіома Кольцова). Цей принцип виявляється в точності копіювання порівняно стабільної молекули ДНК, що забезпечує можливість ідентичного самовідтворення (явище спадковості).

7. Конваріантна редуплікація. Самовідтворення в живих організмах відбувається не як механічне повторення, а як відтворення з внесенням змін (аксіома Ч. Дарвіна). Неминучість таких змін випливає з фізико-хімічних властивостей молекули ДНК. Будь-якій молекулі, особливо досить складній, а такою і є молекула ДНК, властивий лише відносний, тобто обмежений ступінь стабільності. Час від часу вона зазнає структурних змін унаслідок руху атомів і молекул. Якщо ці зміни не призводять до летального результату, вони багаторазово підсилюються (аксіома Тимофєєва-Ресовського) і потім передаються спадково в результаті самовідтворення за матричним принципом. Конваріантна редуплікація означає можливість спадкової передачі дискретних відхилень від вихідного стану, тобто генетичних змін (явище мінливості).

8. Здатність до росту та індивідуального розвитку. Дана властивість притаманна всім живим організмам. Ріст — збільшення маси й розмірів особини. При цьому зберігаються окремі риси будови, властиві даному виду. Ріст супроводжується розвитком. Індивідуальний розвиток (онтогенез) — уся сукупність перетворень особини з моменту зародження до кінця життя, у процесі яких виникає конкретний якісний стан організму.

9. Подразливість і здатність специфічно реагувати на зміни зовнішнього середовища. Подразливість є істотною властивістю всього живого. Вона пов'язана з передаванням інформації із зовнішнього середовища живим організмам й виявляється в їхніх реакціях на зовнішні впливи. Завдяки властивості подразливості живі організми вибірково реагують на зовнішні впливи відповідно до своїх спадкових особливостей.

10. Пристосованість до середовища існування. Беручи до уваги те, що живі організми специфічно реагують на зміни зовнішнього середовища, зрозуміло, що вони можуть до нього пристосовуватися. Особливості будови, функцій і поведінки даного організму, які відповідають його способу життя й здатності до відтворення в даних умовах середовища, називаються адаптаціями (пристосуваннями).

11. Здатність до історичного розвитку (філогенезу). Цей процес називається еволюцією. Історичний розвиток супроводжується утворенням нових видів, їх пристосуванням до середовища й прогресивним ускладненням життя. Усе це відбувається шляхом дії природного добору (аксіома Ч. Дарвіна). У процесі еволюції виникла вся різноманітність живих організмів, пристосованих до умов існування.

6. Биология является теоретической базой медицины, охраны природы и рационального природопользования и приобретает все большее и большее значение в научно-техническом прогрессе как новая производительная сила. Она создает новую технологию – биологическую, которая является предпосылкой новой индустриальной революции. Биологическая культура является частью общей культуры человека. Она проявляется в знаниях, мировоззрении человека и в его поступках по отношению к живой природе.Многовековая, полная драматизма история биологии отражает борьбу взглядов и идей, вбирает в себя особенности общественного развития в то или иное время. С другой стороны, естественнонаучные знания и достижения биологических наук оказывали самое действенное влияние на развитие самого общества с древних времен и до наших дней. Изучение истории биологии позволит проследить постепенное становление ведущих идей о развитии природы, торжество одних взглядов и заслуженное или незаслуженное отрицание других

8/Органічні речовини – це сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або є продуктами їхньої життєдіяльності. Органічні сполуки присутні в атмосфері, поверхневих і підземних водах, осадах, ґрунтах і гірських породах. У складі органічних сполук переважають органогенні хімічні елементи (Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон). Ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).
До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Їхні молекули можуть мати високу молекулярну масу. Зокрема, молекулярна маса більшості білків становить від 6000 до 1 000 000, деяких нуклеїнових кислот – сягає кількох мільярдів дальтонів (1 дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону 12С, тобто 1,67•10-24 г). Високомолекулярні органічні сполуки можуть складатися з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул – мономерів). Такі сполуки називають біополімерами, або макромолекулами. Наприклад, молекули білків складаються із залишків амінокислот, нуклеїнових кислот – з нуклеотидів, а складних вуглеводів (полісахаридів) – з моносахаридів.
Ліпіди – це низькомолекулярні речовини з гідрофобними властивостями. Вони нерозчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках: ефірі, бензині, хлороформі.
У різних органах і тканинах вміст ліпідів неоднаковий: дуже багато їх у нервовій тканині, печінці, серці, нирках, насінні, плодах… За хімічною будовою – це складні сполуки трьохатомного спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот: пальмітинової, стеаринової, олеїнової. Всі жирні кислоти поділяються на насичені і ненасичені.
На сьогодні всі ліпіди поділяються на нейтральні – жири і жироподібні речовини - ліпоїди (віск, фосфоліпіди, ліпопротеїди, гліколіпіди, терпени, стероїди).
Різноманітність ліпідів. Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать речовини, які побудовані зі сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири та воски. Складні ліпіди – сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (ліпідів і ор-
тофосфатної кислоти).
Жири – складні естери, утворені триатомним спиртом гліцерином і трьома залишками жирних кислот. Вони відкладаються у вигляді жирових включень у рослинних і тваринних клітинах. Підвищений вміст жирів (до 90%) характерний для клітин нирок, підшкірної клітковини, жовтого тіла членистоногих. У деяких рослин (соняшника, волоського горіха, маслин) жирів багато в насінні та плодах.
Воски виконують здебільшого захисну функцію. У ссавців віск виділяють лоєві залози шкіри: вони надають шкірі еластичності і зменшують зношення волосяного покриву. У птахів віск секретує куприкова залоза, розташована над основою хвоста. Її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей (пригадайте: ця залоза добре розвинена саме у водоплавних птахів). Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих – мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Добре розвинені восковидільні залози, розташовані в черевці медоносних бджіл-робітниць. Як ви пам’ятаєте, з воску бджоли будують стільники. Віск широко використовують у медицині, промисловості та інших сферах діяльності людини.
Ще одна важлива група ліпідів – гідрофобні спирти стероїди. Карбоновий ланцюжок стероїдів утворює декілька кілець, тому вони належать до так званих циклічних органічних сполук. Стероїдну природу, зокрема, мають статеві гормони людини – естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), а також гормони надниркових залоз (кортикостероїди). Один з найвідоміших стероїдів – холестерин. В організмі ссавців і людини він слугує попередником під час синтезу статевих гормонів. У плазмі крові холестерин перебуває у вигляді складних естерів з жирними кислотами, які він транспортує. Холестерин синтезують клітини печінки;
Вуглеводи – органічні речовини, до складу яких входять С, О, Н. Загальна формула Сn (Н2О)n. Всі вуглеводи поділяються на моносахариди і полісахариди. Моносахариди – прості цукри, що складаються з однієї молекули і являють собою тверді, кристалічні речовини, розчинні у воді і солодкі на смак.
У залежності від кількості вуглецевих атомів, що входять до молекули вуглецю, розрізняють:
- триози – мають 3 атоми;
- тетрози – 4 атоми;
- пентоди – 5 атомів;
- гексози – 6 атомів.
Моносахариди здебільшого мають загальну формулу СnH2nOn. Вони можуть містити від 3 до 10 атомів Карбону: тріози (3 атоми Карбону), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декози (10). У природі найпоширеніші гексози та пентози. Прикладами гексоз є глюкоза, фруктоза. Ці сполуки надають солодкого смаку плодам, меду, а глюкоза є дуже важливою складовою метаболізму. До пентоз, наприклад, належать рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу відповідно рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот. Моносахариди добре розчиняються у воді.

9. Білки мають декілька рівнів організації - первинна, вторинна, третинна, і іноді четвертинна. Первинна структура визначається послідовністю мономерів, вторинна задається всередині-і міжмолекулярними взаємодіями між мономерами, зазвичай за допомогою водневих зв'язків. Третинна структура залежить від взаємодії вторинних структур, четвертинна, як правило, утворюється при об'єднанні кількох молекул з третинної структурою. Вторинна структура білків утворюється при взаємодії амінокислот за допомогою водневих зв'язків і гідрофобних взаємодій. Основними типами вторинної структури є

α-спіраль, коли водневі зв'язки виникають між амінокислотами в одного ланцюга,
β-листи (складчасті шари), коли водневі зв'язки утворюються між різними поліпептидними ланцюгами, що йдуть у різних напрямках (антипараллельно),
невпорядковані ділянки

Для передбачення вторинної структури використовуються комп'ютерні програми.

Третинна структура або "фолд" утворюється при взаємодії вторинних структур і стабіліруется нековалентно, іонними, водневими зв'язками і гідрофобнимивзаємодіями. Білки, що виконують схожі функції зазвичай мають схожу третинну структуру. Прикладом фолда є β-Баррел (бочка), коли β-листи розташовуються по окружності. Третинна структура білків визначається за допомогою рентгеноструктурного аналізу.

Первинна структура ДНК - це лінійна послідовність нуклеотидів у ланцюзі. Як правило послідовність записують у вигляді літер (наприклад AGTCATGCCAG), причому запис ведеться з 5'-на 3'-кінець ланцюга.

Вторинна структура - це структура, утворена за рахунок нековалентних взаємодій нуклеотидів (більшою мірою азотистих основ) між собою, стекінга іводневих зв'язків. Подвійна спіраль ДНК є класичним прикладом вторинної структури. Це найпоширеніша в природі форма ДНК, яка складається з двох антіпаралельних комплементарних полінуклеотидних ланцюгів. Антипаралельність реалізується за рахунок полярності кожній з ланцюгів. Підкомплементарностью розуміють відповідність кожному азотисті основи одного ланцюга ДНК строго певного підстави другий ланцюга (навпроти A варто T, а навпаки G розташовується C). ДНК утримується в подвійній спіралі за рахунок комплементарного спаровування підстав - утворення водневих зв'язків, двох в парі А-Т і трьох в парі GC.

Полісахариди, синтезовані живими організмами, складаються з великої кількості моносахаридів, з'єднаних глікозидними зв'язками. Найчастіше полісахариди нерозчинні у воді. Зазвичай це дуже великі, розгалужені молекули. Прикладами полісахаридів, які синтезують живі організми, є запасні речовини крохмаль іглікоген, а також структурні полісахариди - целюлоза і хітин. Так як біологічні полісахариди складаються з молекул різної довжини, поняття вторинної та третинної структури до полісахаридів не застосовуються.

· Полісахариди утворюються з низькомолекулярних сполук, які називаються цукрами або вуглеводами. Циклічні молекули моносахаридів можуть зв'язуватися між собою з утворенням так званих глікозидних зв'язків шляхом конденсації гідроксильних груп.

· Найбільш поширені полісахариди, повторювані ланки яких є залишками α-D-глюкопіраноз або її похідних. Найбільш відома і широко застосовувана целюлоза. У цьому полісахариди кисневий місток зв'язує 1-й і 4-й атоми вуглецю в сусідніх ланках, такий зв'язок називається α-1 ,4-Глікозидний.

14.Цитопла́зма (от греч. κύτος «клетка» и πλάσμα здесь «содержимое») — внутренняя среда живой или умершей клетки, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной. Включает гиалоплазму — основное прозрачное вещество цитоплазмы, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты — органеллы, а также различные непостоянные структуры — включения. Иногда под цитоплазмой понимают только гиалоплазму^[1].

15.Центросома або клітинний центр — головний центр організації мікротрубочок (ЦОМТ) і регулятор ходу клітинного циклу в клітинах еукаріотів. Вперше виявлена в 1888 році Теодором Бовері, який назвав її особливим органом клітинного поділу. Хоча центросома відіграє найважливішу роль в клітинному поділі, нещодавно було показано, що вона не є необхідною. У переважній більшості випадків в клітині в нормі присутня тільки одна центросома. Аномальне збільшення числа центросом характерне для багатьох ракових клітин. Мати більше за одну центросому в нормі характерно для деяких поліенергідних протист і длясинцитіальних структур.

Центросома складається з комплексу білкових субодиниць, що відповідають за ініціацію самозбирання і заякорюваннямікротрубочок (γ-тубуліну, перицентріну і нінеїну). У багатьох живих організмів (тварин і ряду протист) центросома містить паруцентріолей, циліндричних структур, розташованих під прямим кутом одна до одної. Кожна центріоль утворена дев'ятьма триплетами міротрубочок, розташованих по кругу, а також ряду структур, утвореним центрином, ценексином і тектіном.

В інтерфазі клітинного циклу центросоми асоційовані з ядерною мембраною. У профазі мітозу ядерна мембрана руйнується, центросома ділиться, і продукти її поділу (дочірні центросоми або полярні тільця веретена поділу) мігрують до полюсів ядра, що ділиться. Мікротрубочки, що ростуть з дочірніх центросом, кріпляться іншим кінцем до так званих кинетохор на центромераххромосом, формуючи веретено поділу. Після закінчення поділу (цитокінезу) в кожній з дочірніх кліток виявляється тільки по одній центросомі.