Химический состав живой клетки.

Живые организмы состоят из неорганических (вода и минеральные соли) и органических веществ, подразделяющихся на 4 группы : белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и жиры. Первые три группы имеют структуру полимеров и поэтому называются биополимерами.Многие их свойства аналогичны свойствам синтетических полимеров, только состав элементарного звена существенно сложнее.

Белки –это азотсодержащие биополимеры, имеющие четыре уровня структуры. Элементарным звеном их первичной структуры являются полипептиды, состоящие из20-ти аминокислот, называемых «золотыми». Свойства белка прежде всего определяются последовательностью этих аминокислот, что и обуславливает их колоссальноеразнообразие : число сочетаний из 20 по 20 - это огромная величина (лишний раз подтверждается верность структурной теории А.М Бутлерова!).Число повторяющихся звеньев в цепи может достигать нескольких тысяч, поэтому молекулярные массы белков очень велики. Вторичная структура белков - это полипептидная цепочка, закрученная в спираль;некоторые белки (коллаген, фибриноген) функционируют в виде такой закрученной спирали. Третичная структура- представляет собой спираль, упакованную в шарик (глобулу), она «сшивается» дисульфидными связями (мостиками из атомов серы) и характерна для большинства белков (альбумины, глобулины и др.). Некоторые белки (гемоглобин) имеют четвертичную структуру- несколько связанных друг с другом глобул, между которыми находится, например, металл (в гемоглобине это атом железа).

Белки являются основным строительным материалом животных организмов. Многие ферменты (катализаторы биохимических реакций) также являются белками. Кроме того, белки в клетке выполняют транспортную , защитную , двигательную и энергетическую функции.

Углеводы – это биополимеры, в которых элементарным звеном является глюкоза. Одна из разновидностей углеводов – клетчатка – является строительным материалом растительных организмов, другая - крахмал - запасается растениями в виде питательного вещества.

Важнейшими из биополимеров являются нуклеиновые кислоты. Их название обусловлено тем, что они находятся в клеточном ядре. Элементарным звеном в нуклеиновых кислотах являются нуклеотиды, состоящие из фосфата, азотистого основания и пятиуглеродного моносахарида – рибозы или дезоксирибозы. Длинные цепи нуклеотидов образуют биополимеры – полинуклеотиды. Различают два вида нуклеиновых кислот : РНК (рибонуклеиновая кислота, содержит рибозу) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота, содержит дезоксирибозу).

Молекула РНКконтролирует биосинтез белков в клетке ( в лаборатории такой синтез занимает несколько месяцев, в живой клетке – несколько минут; природа еще намногоумнее нас).Молекула ДНК выполняет две жизненно важных для клетки функции : она обуславливает размножение, а также хранит и передает потомству наследственную информацию. Вторичная структура молекулы ДНК была впервые расшифрована английскими учеными Джеймсом Уотсоном(р. 1928)и Френсисом Криком(1916-2004)и представляет собой сплетенную из двух ветвей двойную спираль полинуклеотидов. Под действием ферментов двойная спираль может расплетаться, и каждая из ветвей достраивает себе пару из имеющегося в клетке материала. Это свойство называется редупликацией ДНК, и именно с этого процесса начинается функционирование любого живого организма. За открытие структуры ДНК Дж. Уотсон и Ф. Крик были удостоены Нобелевской премии (1962).

 

3. Уровни организации живых систем.

Живые организмы являются открытыми, неравновесными , самовоспроизводящимися и саморегулирующимися системами, проходящими путь необратимого развития. Эти системы имеют восемь уровней организации. Первый и второй мы уже рассмотрели - это молекулярный и клеточный уровни. На этих уровнях все живые организмы удивительно сходны по строению и функционированию, что говорит о родстве всех живых организмов и является веским аргументом в пользу концепции биологической эволюции.

Третий уровень – тканевый. Ткань– это совокупность сходных по строению клеток, выполняющих общую функцию. На этом уровне также сохраняется сходство всего живого : всего 5 основных тканей образуют организмы многоклеточных животных и 6 - органы растений. Следующий – четвертый - уровень – системно- органный.Системы органов образуются совместно функционирующими клетками, относящимися к разным тканям. Пятый уровень - организменный - связан с деятельностью всего организма как целого. Эта деятельность у животных управляется двумя системами – нервной и гуморальной (последняя – это совокупность гормонов, растворимых органических веществ, являющихся, как правило, специфическими белками). Единицей этого уровня является особь – живая система с момента ее зарождения до смерти. На организменном уровне уже проявляется удивительное разнообразие всего живого.

Шестой уровень организации - популяционно-видовой – связан с совокупностью организмов одного вида, объединенных общим местом обитания и составляющих популяцию. Видомназывают совокупность особей, сходных по строению, физиологическим и биохимическим свойствам, имеющих общее происхождение, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Седьмой уровень - экосистемный. Экосистемой называется совокупность всех живых организмов, населяющих однородный участок земной поверхности и связанных трофическими ( пищевыми) цепями, вместе со средой их обитания.

Любая экосистема (лес, река, луг, болото) является единым природным комплексом. Характерными свойствами экосистем являются их устойчивость и способность к самовоспроизведению.

Последний – восьмой уровень - биосферный. Биосфера– это совокупность всех экосистем Земли, система высшего порядка, занимающая все геосферные земные оболочки. Учение о биосфере было разработано выдающимся русским ученым В.И. Вернадским, о нем будет сказано отдельно. Только при комплексном изучении жизненных явлений на всех уровнях можно получить целостное представление о биологической форме существования материи.

Таким образом, живая природа имеет восемь уровней организации. На первых уровнях прослеживается удивительное сходство всех живых объектов, говорящее об их родстве и подтверждающее концепцию биологической эволюции. На организменном уровне проявляется разнообразие живых организмов, которое является основой устойчивости биосферы.

Приведенная иерархия уровней организации живого иллюстрирует путь развития биологии от терминологической, описательной науки, какой она была в ХУШ веке, к подлинному лидеру в естествознании, каким она стала к концу ХХ века благодаря выходу на молекулярный уровень