Сучасне визначення життя

Універсального визначення „життя” немає. У біології прийнято віддавати перевагу над єдиною формулою перерахуванню основних властивостей притаманних живому.

6. Основні ознаки (властивості) живих організмів.

1) Єдність хімічного складу.

У живих організмах 98% хімічного складу приходиться на чотири елементи: O, N, C, Н.

2) Обмін речовин та енергії.

Всі живі організми здійснюють обмін речовин з довкіллям, поглинаючи з нього живильні речовини та виділяючи продукти життєдіяльності.

3) Самовідтворення.

Самовідтворення - (репродукція) здатність організмів відтворювати собі подібних.

4) Спадковість.

Спадковість - здатність організмів передавати свої ознаки, властивості і особливості розвитку з покоління в покоління.

5) Мінливість.

Мінливість - здатність організмів набувати нових ознак і властивостей.

6) Розвиток і зростання.

Розвиток - необоротна направлена закономірна зміна об'єктів живої природи, в результаті якої виникає новий якісний стан об'єкту.

Розвиток живої матерії представлений онтогенезом і філогенезом. Онтогенез - індивідуальний розвиток організму, від зіготи (спори, бруньки і тому подібне) до дорослого стану і потім - смерті. Супроводжується зростанням - тобто, збільшенням маси організму, яке обумовлене репродукцією макромолекул, органел клітини і самих клітин. Філогенез - це необоротний і направлений розвиток живої природи, що супроводиться утворенням нових видів і прогресивним ускладненням життя.

7) Подразливість.

Подразливість - властивість живих організмів реагувати на зовнішні дії.

8) Дискретність.

Дискретність (від латів. «дискретус» - переривистий, роздільний). Життя виявляється у вигляді дискретних форм. Це означає, що окремий організм або інша біологічна система складається з окремих ізольованих, тобто відмежованих в просторі, але проте тісно зв'язаних і взаємодіючих між собою частин, створюючих структурно-функціональну єдність.

9) Саморегуляція.

Саморегуляція - здатність живих організмів, що мешкають в безперервно змінних умовах довкілля, підтримувати постійність свого хімічного складу і інтенсивність перебігу фізіологічних процесів.

10) Ритмічність.

Ритмічність - періодичні зміни інтенсивності фізіологічних функцій з різними періодами коливань.

11) Енергозалежність.

Живими тілами є «відкриті» для надходження енергії системи. Під «відкритими» розуміють системи, стійкі лише за умови безперервного доступу до них енергії і матерії ззовні.

Розділ І. Молекулярний рівень організації життя

Тема 1. Неорганічні речовини

Тема: Елементарний склад живих організмів. Неорганічні сполуки.

1. Біохімія як галузь біології.

Біохімія - це наука, що вивчає хімічний склад організмів, будову, властивості, локалізацію і роль виявлених у них сполук, шляхи їх виникнення і перетворення, які в сукупності за­безпечують обмін речовин і енергії.

2. Елементарний хімічний склад живих організмів.

У живих організмах у найбільшій кількості присутні чотири хімічні елементи: кисень, вуглець, водень та азот. Це так звані органогенні елементи, на їхню частку припадає майже 98% хімічного вмісту клі­тини. Наступну групу складають макроелементи - фосфор, калій, сірка, хлор, кальцій, магній, натрій, залізо, сумарна частка яких ста­новить до 1,9%. Інші хімічні елементи (понад 50) належать до мікро­елементів (йод, кобальт, марганець, мідь, молібден, цинк тощо). Вміст кожного з них у клітині порядку 10 ^-3 – 10 ^-6%. Ще менше в клітині ультрамікроелементів (свинцю, срібла, золота тощо).

3. Молекулярний склад живих організмів.

Неорганічні речовини – це відносно прості хімічні сполуки, які є і в живій, і в неживій природі. Органічні речовини – це сполуки на основі карбону, які переважно синтезуються живими організмами.

Вміст органічних і неорганічних речовин у клітинах живих організмів

Неорганічні речовини	Вміст, %	Органічні речовини	Вміст, %
Вода	70-80	Білки	10-20
Мінеральні речовини	1,0-1,5	Вуглеводи	0,2-2,0
		Ліпіди	1,0-5,0
		Нуклеїнові кислоти	1,0-2,0
		АТФ та інші низькомолекулярні органічні сполуки	0,1-0,5

4. Вода, її властивості та функції у клітині.

Серед неорганіч­них сполук живих організмів воді належить особлива роль. Її вміст у більшості живих організмів становить 60—70%, а у деяких (меду­зи) – до 98%.

Розрізняють:

1) зв'язану (структуровану) воду, яка формує водяну оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків), що перешкоджає їхній взаємодії (її частка - 4-5% загальної кількості в організмі;

2) вільну воду (95-96%).

Молекула води електронейтральна, але на її різних полюсах розміщені позитивний і негативний заряди, тобто вона полярна.

Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості, які зумовлені особливостями будови її молекули. З унікальними властивостями води пов’язані її функції.

Властивості і функцієїї води

Властивості води	Функції води
1. Вода є універсальним розчинником. Гідрофільні (від грец. гідро - вода та філіа - друж­ба) речовини - речовини, що здатні добре розчинятися у воді. Гідрофобні (від грец. фобос - страх) речовини - речовини, що не розчиня-ються у воді.	1.Метаболічна (більшість хімічних реакцій відбувається тільки у водних розчинах)
2. Транспортна (проникнення речовин у клітину і виведення з неї про­дуктів життєдіяльності здебільшого можливе лише у розчиненому стані)
2. Висока теплопровідність.	3. Регулятор теплового балансу організмів.
3. Велика теплоємність.
4. Висока температура кипіння, плавління й випаровування.	4. Забезпечує можливість існування живих організмів у земних умовах; запобігає замерзанню організмів.
5.Максимальна щільність при t^о+4^о С.	5. Збезпечує можливість існування живих організмів під водою у зимовий період.
6. Великий поверхневий натяг.	6. Механічна (вода визначає об'єм клітин, внурішньо-клітинний тиск (тургор); забезпечує можливість існування живих організмів на поверхні води.

5. Солі неорганічних речовин.

Завдання. Прочитати текст та відповісти на питання:

1) Які солі неорганічних речовин входять до складу живих організмів?

2) Яке значення для під­тримання життєдіяльності клітини і організму в цілому вони мають?

Солі неорганічних речовин мають важливе значення для під­тримання життєдіяльності клітини і організму в цілому. В організмі вони перебувають або в іонному стані, або у вигляді твердих сполук. Іони утворені катіонами металів (калію, кальцію, натрію, магнію тощо) й аніонами кислот (соляної – СІ^-, сірчаної – Н₂SО₄^-, фосфорної - Н₂РО₄^_ і НРО^2-, вугільної - НСО₃^_ тощо). Різна концентрація іонів калію та натрію зовні й всередині клітини призводить до появи різ­ниці електричних потенціалів на зовнішній і внутрішній поверх­нях плазматичних мембран, що зумовлює передачу збудження по нервах або у м'язах, а також забезпечує транспорт речовин у кліти­ну. Іони кальцію та магнію виконують регуляторну функцію, акти­вують багато ферментів. Сполуки кальцію та фосфору відкладаються у кістках, надаючи їм міцності. Сполуки кальцію (СаСО₃) входять до складу черепашок молюсків і форамініфер (найпростіших), пан­цирів раків тощо. У деяких найпростіших (радіолярій) внутрішньо­клітинний скелет побудований з двооксиду кремнію (SіО₂) або сір­чанокислого стронцію (SгSО₄).

Чимало важливих функцій виконують неорганічні кислоти та їхні солі. Соляна кислота створює кисле середовище у шлунку хребет них тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлунко­вого соку. Залишки сірчаної кислоти, приєднуючись до нерозчинених у воді речовин, надають їм розчинності, що сприяє їхньому ви­веденню з клітин (організму) разом із водою.

Тема 2. Органічні речовини

Тема: Органічні речовини живих організмів. Ліпіди. Вуглеводи

1. Загальна характеристика органічних речовин.

Органічні речовини - це сполуки карбону з іншими елементами, які у природі утворюються в клітинах живих організмів.

Особливості органічних речовин живих організмів:

1) Це відносно великі струк­тури з високою молекулярною масою (молекулярна маса більшості білків становить від 5000 до 1000000, а у деяких нуклеїнових кислот вона досягає кількох мільярдів).

2) Органічні речовини живих організмів є біополімерами.

Полімер – багатоланковий ланцюг, ланкою в якому є відносно проста речовина - мономер.

Всі живі організми містять чотири головних класи органічних сполук: вуглеводи, ліпіди, білки і нуклеїнові кислоти. Сполуки кожного класу побудовані із своїх особливих мономерів, які об'єднуються в біополімери.

Мономери	Полімери
Амінокислоти	Білки
Моносахариди	Полісахариди
Нуклеотиди	Нуклеїнові кислоти

2. Структура, властивості та функції ліпідів.

Ліпіди - це низькомолекулярні органічні сполуки з гідрофобними властивостями, які містяться в усіх живих клітинах.

Ліпіди здатні створювати складні ком­плекси з білками, вуглеводами, залишками фосфорної кислоти тощо.

Властивості: нерозчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках (бензині, бензолі, хлороформі, ефірі та ін.).

Молекули ліпідів мають різну хімічну будову. Структурними одиницями молекул ліпідів можуть бути або прості вуглеводневі ланцюги або замінники складних циклічних молекул.

Залежно від хімічної природи, ліпіди поділяють на жири і ліпоїди (жироподібні речовини).

Жири (тригліцериди, нейтральні жири) є основною групою ліпідів. Вони являють собою складні ефіри триатомного спирту гліцерину і жирних кислот або суміш вільних жирних кислот і тригліцеридів (жирові включення або краплини жиру в клітинах діатомових водоростей, жирової тканини свиней, тюленів, китів; рідкі жири (олії) в насінні льону, соняшника, арахісу тощо). Трапляються в живих клітинах і вільні жирні кислоти: пальмітинова, стеаринова, лінолева, рицинолева.

Ліпоїди - жироподібні речовини, до яких належать стероїди, різні воски і воскоподібні сполуки.

Функції ліпідів:

1) Енергетич­на (при повному розщепленні 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії).

2) Ліпіди - джерело води (при повному розщепленні 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води).

3) Будівельна (компонент клітинних мембран).

4) Захисна (механічний захист від ударів, тепло- і гідроізоляція).

5) Регуляторна (компонент статевих гормонів, вітамінів).

6) Запасаюча (підшкірний жир у ссавців, “жирове тіло” у комах).

3. Вуглеводи, їхня будова, властивості та функції.

Ву­глеводи - спо­луки карбону та води і відповідають формулі (СН₂О)_n, де n дорів­нює 3 або більше.

Вуглеводи поділяють на три основні класи.

Моносахариди, або прості цукри, мають загальну формулу С_nН_2nО_n. За кількістю атомів вуглецю їх поділяють на тріози (3 ато­ми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10).

Олігосахариди - полімерні вуглеводи, в яких моносахаридні ланки з'єднані ковалентним зв'язком. Серед олігосахаридів найпоширеніші дисахариди, які утворюються завдя­ки сполученню двох молекул моносахаридів.

Моносахариди, олігосахариди розчиняються у воді і мають солодкий смак.

Полісахариди - біомолекули з високим ступенем полімеризації. Молекулярна маса деяких із них може досягати кількох мільйонів. Полісахариди від­різняються один від одного не тільки складом мономерів, а й довжи­ною та ступенем розгалуженості ланцюгів.

Полісахариди майже не розчиняються у воді і не мають солодкого смаку.

Функції вуглеводів:

1) Енергетична (при розщепленні 1 г вивільняється 17,2 кДж енергії).

2) Будівельна, або структурна (компонент клітинних мембран).

3) Опорна (хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей, а також целюлоза є компонентом клітинних стінок у рослин).

4) Запасаюча (крохмаль у рослин, глікоген у тварин).

Тема: Білки: будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів

1. Білки, особливості будови.

Білки - це високомолекулярні полімери, мономерами яких є амінокислоти.

Кож­ний конкретний білок характеризується постійним складом амінокис­лот та їхньою певною послідовністю. До складу білків живих організмів входять 20 амінокислот, які називають основними.

Амінокислоти поділяють на замінні та незамінні. Замінні амінокислоти можуть синтезуватись в організмі людини і тварини з продуктів обміну речовин. Незамінні амінокислоти не можуть синтезуватись в організмі людини і тварини і повинні надходити з їжею.

Усі амінокислоти мають спільну групу атомів: з атому гідрогену, аміногрупи (—NH₂), для якої ха­рактерні лужні властивості, карбоксильної групи (—СООН) з кислотними властивостями, які зв'язані з одним і тим самим атомом карбону. А мінокислоти відрізняються одна від одної радикалами (R).

R

H C NH₂

COOH

Амінокислоти сполучаються між собою ковалентним (пептидним) зв'язком. Завдяки таким міцним зв'язкам утворюються пептиди. Механізм з'єднання амінокислоти (гліцин) з такою ж амінокислотою (гліцин):

Існують чотири рівні структурної організації білків: первинна, вторинна, третинна,четвертинна структури ( дивись дотаток 3).

Структура білка	Просторова конфігурація
Первинна структура	Поліпептидний ланцюг, в якому залишки амінокислот сполучаються за допомогою пептидних зв'язків.
Вторинна структура	Поліпептидний ланцюг, який закручується у спіраль. Підтримується здебільшого водневими зв'язками.
Третинна структура	Поліпептидна спіраль закручується певним чином, утворюючи специфічну для кожного білка конфігурацію. Підтримується гідрофобними, іонними, водневими, дисульфідними зв'язками.
Четвертинна структура	Об'єднання декількох молекул, які мають третинну структуру, в єдине функціональне утворення. Визначається гідрофобними, електростатичними взаємодіями, водневими зв'язками.

2. Властивості білків.

Денатурація - процес порушення природної структури білка або розгортання поліпептидного ланцюга без руйнування пептидних зв'язків.

Ренатурація – процес відновлення білком своєї природної структури.

Деструкція - процес руйнування первинної структури білків (завжди необоротний).

3. Функції білків.

Функції білків	Клас білків	Приклади білків
1. Будівельна.	1. Структурні.	1. Колаген, еластин, осеїн, кератин.
2. Рухова.	2. Скоротливі.	2. Актин, міозин, тубулін.
3. Транспортна.	3. Транспортні.	3. Гемоглобін, гемоцианін.
4. Захисна.	4. Захисні.	4. Імуноглобуліни, фібрин, тромбін, тромбопластин.
5. Регуляторна.	5. Регуляторні.	5. Інсулін, гістони.
6. Запасаюча.	6. Запасаючі.	6. Альбумін, казеїн, ферритин.
7. Енергетична.	7. Різні класи.	7. Різні білки.
8. Сигнальна.	8. Сигнальні	8. Родопсин.
9. Каталітична.	9. Ферменти.	9. Амілаза, ліпаза, каталаза.

4. Основні властивості ферментів.

Ферменти – біокаталізатори, які здатні прискорювати хімічні реакції в клітині в десятки тисяч разів. Основні властивості ферментів: 1) усі ферменти - глобулярні білки; 2) вони збільшують швидкість реакції, але самі в цій реакції не витрачаються; 3) ферменти високо специфічні: один фермент може каталізувати тільки одну реакцію; 4) їх присутність не впливає ні на властивості, ні на природу кінцевого продукту реакції; 5) фермент взаємодіє з субстратом за допомогою активного центру ферменту - спеціальної ділянки, яка за формою відповідає субстратові; 6) дуже мала кількість ферменту викликає перетворення великих кількостей субстрату; 7) реакція, що каталізується, оборотна; 8) активність ферментів залежить від рН середовища, температури, тиску і від концентрації як субстрату, так і самого ферменту; 9) фермент - субстратний комплекс, здатний знижувати енергію активації реакції (тобто робити меншою енергію початку реакції), саме це і дозволяє ферменту прискорити перебіг реакції.

Тема: Будова, властивості, функції нуклеїнових кислот та АТФ

1. Загальні уявлення про нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти - складні високомолекулярні біополімери, мо­номерами яких є нуклеотиди.

Розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнові (ДНК) та рибонуклеїнові (РНК) (дивись додаток 4).

2. Будова і функції нуклеїнових кислот.

План характерис-тики	ДНК	РНК
1. Місце знаходження в клітині.	1. Ядро, мітохондрії, пластиди.	1. Ядро, мітохондрії, пластиди, цитоплазма клітини.
2. Будова молекули. 2.1. Будова мономера.	2.1.Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків азотистої основи, вуглеводу (пентози) - дезоксирибози, фосфорної кислоти. Залишки азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), тімін (Т). За розмірами: А = Г; Т = Ц; А і Г більше Т і Ц.	2.1. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків азотистої основи, вуглеводу (пентози) - рибози, фосфорної кислоти. Залишки азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), урацил (У).
2.2. Будова полімера.	2.2. Дволанцюгова молекула. 1) Первин­на структура – полінуклеотидний ланцюг, який має певну послідовність розташування нуклеотидів. 2) Вторинна структура – подвійна (два полінуклеотидні ланцюги) праворуч закручена спіраль, яка побудована за принципом комплементарності (чіткої відпо­відністі нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК) Правила Е.Чаргаффа: - А = Т; Г = Ц; - А + Г = Т + Ц. 3)Третинна структура – це суперспіраль, яка формується завдяки подальшому просторовому ущільненню дволанцюгової спіралі.	2.2. Одноланцюгова молекула. 1) Первин­на структура - полінуклеотидний ланцюг, який має певну послідовність розташування нуклеотидів. 2) Вторинна структура – одноланцюгова спіраль, або структура з іншою конфігурацією.
3. Функції.	3. Збері­гає спадкову інформацію і забезпечує її передачу дочірнім кліти­нам під час поділу материнської.	3. Типи РНК: 1) Інформаційна РНК (і РНК) - стано­вить 5% загальної кількості РНК клітини; - молекула з 300-30 000 нуклеотидів; - становить собою копію певної ділянки мо­лекули ДНК (одного чи декількох генів) і переносить генетичну інформацію від ДНК до місця синтезу поліпептидного ланцюга, а також бере участь у його збиранні. 2) Транспортна РНК (тРНК) - становить до 10% загальної кількості РНК; - містить 70-90 нуклеотидів; - вона приєднує амінокислоти, транспор­тує їх до місця синтезу білкових молекул. 3) Рибосомна РНК (рРНК) - становить близько 85% загальної кількості РНК клітини; - молекули складаються з 3000-5000 нуклеотидів; - виконує структурну функцію.

3. Самоподвоєння ДНК.

Принцип комплементарності лежить в ос­нові здатності молекули ДНК до реплікації. Реплікація – процес самоподвоєння молекули ДНК. Послі­довність нуклеотидів у новоствореному ланцюзі визначається їхньою послідовністю у ланцюзі первинної молекули ДНК, яка слугує фор­мою (матрицею). Отже, завдяки тому, що в дочірніх молекулах ДНК один ланцюг успадковується від материнської молекули, а другий — синтезується заново, вони є точною копією материнської ДНК.

Дата добавления: 2013-12-12