Основные понятия, уровни биосистеми их составляющие

Биология наука о жизни, о ее возникновении и развитии, составе, структуре и функциях живых существ, способах существования и организации живых существ и их сообществ от вирусов до человеческого общества. Это одна из сложнейших наук, требующая глубоких знаний физики, химии, математики, кибернетики, палеонтологии и других естественных наук. Биоорганизмы и системы имеют сложную многоуровенную структуру, с множеством явных и неявных связей, многопараметрическое функционирование органов, организмов и популяций. По мнению академика Г. Иваницкого, возглавляющего институт Биофизики клетки РАН, математическое описание функционирования клетки потребует десятки лет напряженной работы биологов, математиков, физиков и химиков. Описание сложных организмов, включающих десятки миллиардов взаимодействующих клеток, задача еще более грандиозная. Современные физические, химические, математические т кибернетические методы это только начало решения задач биологии. Современная биология в основном только описывает явления живой природы и классифицирует их, часто без глубокого проникновения в суть жизненных процессов.

Основными методами биологии являются наблюдение, опыт, биологический эксперимент, сравнение и обобщение для построения гипотез и теорий. Исторический метод изучения развития, эволюции жизни на Земле. Моделирование на ЭВМ отдельных био процессов и явлений. Биология включает целый ряд обособленных наук – ботанику. Зоологию, экологию, генетику, биофизику, биохимию, микробиологию, эволюционное учение и другие.

Существует множество определений жизни, начиная от гениального определения Ф. Энгельса (Жизнь способ существования белковых тел …..) и заканчивая современными кибернетическими свойствами жизни. Но нет универсального определения, учитывая многообразие свойств и функций жизни. Отметим важнейшие отличия живых систем от не живых. Живая система самообновляющаяся, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся, благодаря протекающему через нее потоку, веществ, энергии и информации. Это может служить одним из определений живой системы.

Биологические системы имеют несколько уровней по масштабам и функционированию.

1. Молекулярный уровень. Все живые существа состоят из 20 одинаковых аминокислот, 5 одинаковых азотистых оснований и 2 моносахарида, входящих в состав нуклеиновых кислот. 98% массы живых существ состоят из микроэлементов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора. Около 1,9 % составляют микроэлементы серы, фосфора, хлора, калия, магния, натрия, кальция и железа. Живыми существами молекулярного уровня являются вирусы размером от 20 до 300 нм.

2. Клеточный уровень. Клетка является основой самостоятельно функционирующей биологической единицей. Согласно основных положений клеточной теории, созданной в 1838-39 гг. ботаником М. Шлейденом и зоологом Т. Швани, клетка:

Структурная единица строения одно и много клеточных существ.

Функциональная единица живого организма. На уровне клетки протекают все основные процессы жизнедеятельности организмов.

Репродуктивная единица. Это минимальная единица воспроизведения живых существ, бесполого или полового.

Клеточное строение основа единства органического мира.

В состав клетки входят органические вещества – белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, АТФ и неорганические вода и минеральные соли.

3. Органный уровень. Это совокупность органов составляющих живой организм. Каждый орган выполняет определенную функцию питания, дыхания, метаболизма, передвижения, размножения и другие. Орган может существовать отдельно или входить в систему органов выполняющих определенные функции.

4. Организменный уровень. Организм как целое или особь, есть элементарная единица жизни. Вне ее жизни не существует. На земле насчитывается около 1 млн видов животных и 0,5 млн. видов растений.

5. Популяционно-видовой уровень. Популяция одного вида, состоящего из особей – первая макросистема в биологии.

6. Биогеоценотический уровень. Биоценоз это исторически сложившаяся на определенной территории устойчивое сообщество популяций разных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации.

7. Биосферный уровень. Глобальная экосистема, включающая живое вещество, вместе с частями атмосферы, гидросферы и литосферы, способная трансформировать солнечную и другие виды энергии, вовлекая их в кругооборот вещества, энергии и информации.

Важнейшей составляющей клетки являются белки. Это молекулярные цепочки, уложенные в 3-х мерные структуры. в форме переплетенных шаров. Они выполняют следующие функции; сигнальная (раздражимость), двигательная (белки мыщц), транспортная (гемоглобин), защитная (антитела), энергетическая (расщепление 1 г белка дает энергию 17,6 кДж)., регуляторная (гормоны) и строительная, как материал для структуры клетки. При вредных воздействиях происходит денатурация белков _ разрушение их 3-х мерной структуры, и они теряют многие жизненные функции. При подходящих условиях может происходить обратный процесс ренату рации белков.

Второй важной составляющей являются углеводы. Они состоят из цепочки молекул углерода, окруженных атомами водорода, кислорода и гидроксильной группы ОН. Например, химическая формула глюкозы С6 Н12 О6, причем атомы соединены между собой по определенной структурной формуле. Углеводы и жиры выполняют энергетические функции, хранят запасы питательных веществ и тепло изолируют организм (подкожный жир).

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, состоит полинуклеотидных цепочек, закрученных спиралью вправо. Это основной носитель закодированной информации о программе жизни организма,. Способный точно воспроизводить ее, для передачи следующим поколениям.. Путем репликации (копирования с удвоением) образуются две новых одинаковых молекул ДНК из одной материнской.

РНК – рибонуклеиновая кислота, все виды которой представлены одной полинуклеотидной цепочкой. Она передает информацию от ДНК к месту синтеза белка, транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка. Рибосомная РНК обеспечивает функционирование и индивидуальность рибосом.

АТФ – аденозинитрофосфат, состоит из пурина, аденина, рибозы и трех фосфатных групп. Для синтеза АТФ требуется 30,6 кДж энергии на 1 моль. Это стандартная единица накопления энергии. При меньшой энергии АТФ не образуется, и энергия рассеивается в виде тепла. Избыток энергии, после образования АТФ, также рассеивается в виде тепла. Источниками энергии и питания живых организмов является солнечное излучение, за счет фотосинтеза или энергия химических связей, поглощаемых молекул – хемосинтез. При фотосинтезе фотон попадает на атом магния, находящийся в центре молекулы хлорофилла, и выбивает из нее электрон. Этот высокоэнергичный электрон отдает часть энергии для образования АТФ, через цепь переносчиков. Затем он соединяется с катионом водорода и порождает очень активный атом водорода. В свою очередь магний восстанавливается, отбирая электрон у гидроксильной группы ОН, которая становится очень активной. Процесс взаимодействия 4-х таких частиц порождает молекулу кислорода и две молекулы воды по химической формуле:

4 ОН > О2^ = 2 Н2О Полная формула фотосинтеза такова:

6 СО2 = 6 Н2О => C6Н12О6 + 6 О2

При этом из углекислого газа и воды синтезируются глюкоза и кислород.

Дата добавления: 2014-01-06