Уровни организации живой материи

Предмет медицинской биологии, его содержание, связь с другими науками. Биология и медицина. Человек в системе природы. Соотношение биологического и социального в человеке

Биология -наука о живой природе. Биология изучает жизнь во всех ее проявлениях, т.е. морфологию, физиологию, эволюцию живых организмов, их взаимоотношения друг с другом и средой обитания. Биология – это теоретическая основа медицины.

Медицинская биология – это наука о людях, их происхождении, эволюции и географическом распространении, об изменении численности человеческих популяций и их структуры во времени и пространстве. Изучает наследственность человека, сущность и значение врожденных различий между индивидуумами, экологию человека, а также адаптивные механизмы и средства, которые человек использует в борьбе с враждебным окружением, в том числе и возбудителями болезней. Объектом изучения является человек. Врач должен связывать здоровье пациентов с сочетанным действием трех факторов: наследственности, среды жизни и образа жизни.

Человек в системе природы. Человек – часть природы, поэтому структура и функции человеческого организма, а также его генетическая программа – это результат длительных эволюционных преобразований предшествующих форм. Становление социального человека происходит через преобразование психики животных в сознание человека под влиянием социальных факторов (труда, речи, общественной жизни, воспитания и образования). В сочетании этих двух черт заключается качественное своеобразие человека как биологического вида, т.е. человек – существо биосоциальное.

Основная задача медицинской биологии – изучение законов жизнедеятельности человека, т.е. биологического начала, а социальное – предмет изучения философов и социологов.

2. Современные представления о сущности жизни. Определение понятия “живое”. Качественные отличия и характеристики живых систем. Уровни организации живой материи.

Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей внешней средой…».М.В. Волькенштейн (1965): «Живые тела – открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот». Живые системы – открытые системы, они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности). В живых системах очень ярко проявляется способность к самоорганизации материи.

Отличия живой системы от неживой:

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой (главный признак живого).

2. Раздражимость (способность реагировать на воздействия).

3. Размножение (воспроизведение себе подобных).

Главные характеристики живой системы: Единство элементарного химического состава. Единство биохимического состава. Единство структурной организации. Обмен веществ и энергии (метаболизм). Открытость. Саморегуляция. Самовоспроизведение. Наследственность. Изменчивость. Способность к росту и развитию (индивидуальному и историческому). Раздражимость. Дискретность и целостность.

5 компонентов живых систем. Управляющие компоненты. Структурный компонент. Преобразователи энергии. Механизмы саморегуляции. Механизмы самовоспроизведения.

Уровни организации живой материи

1. Молекулярный – это уровень сложных органических веществ – белков и нуклеиновых кислот. На этом уровне происходят химические реакции обмена веществ (гликолиз, кроссинговер и т.п.), но молекулы сами по себе еще не могут считаться живыми.

2. Клеточный. На этом уровне возникает жизнь, потому что клетка – минимальная единица, обладающая всеми свойствами живого.

3. Органно-тканевой – характерен только для многоклеточных организмов.

4. Организменный – за счет нервно-гуморальной регуляции и обмена веществ на этом уровне осуществляется гомеостаз, т.е. сохранение постоянства внутренней среды организма.

5. Популяционно-видовой. На этом уровне происходит эволюция, т.е. изменение организмов, связанное с приспособлением их к среде обитания под действием естественного отбора. Наименьшей единицей эволюции является популяция.

6. Биогеоцентический (совокупность популяций разных видов, связанных между собой и окружающей неживой природой). На этом уровне происходит

• круговорот веществ и превращение энергии
• саморегуляция,.

7. Биосферный. На этом уровне происходит

• глобальный круговорот веществ и превращение энергии, а так же
• взаимодействие живого и неживого вещества планеты.

Клетка как элементарная форма организации живой материи. Клеточная теория, ее сущность и значение. Типы клеточной организации. Специализация и интеграция клеток многоклеточного организма.

Клетка – открытая живая система, которая обменивается с окружающей средой тремя потоками: вещества, энергии и информации.

Клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. (Наука – цитология.) Клетки могут существовать как одноклеточные организмы, так и в составе многоклеточных организмов.

Клеточная теория – одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в которой клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента живых организмов. Немецкий ученый Т. Шванн, опираясь на работу М. Шлейдена, в 1838-1839 гг сформулировал следующие положения:

· Все организмы растений и животных состоят из клеток.

· Каждая клетка функционирует независимо от других, но вместе со всеми.

· Все клетки возникают из бесструктурного вещества неживой материи. Позднее Р. Вирхов (1858) внес уточнение:

· Все клетки возникают только из клеток путем их деления.

Современная клеточная теория содержит следующие положения:

1. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла долгий путь эволюции от безъядерных (прокариот) к ядерным (эукариотам), от предклеточных организмов к одно- и многоклеточным.

2. Новые клетки образуются путем деления ранее существующих.

3. Клетка является микроскопической живой системой, состоящей из цитоплазмы и ядра, окруженных мембраной (за исключением прокариот).

4. В клетке осуществляется:

А) метаболизм

Б) обратимые физиологические процессы – дыхание, раздражимость, движение

В) необратимые процессы – рост и развитие.

5. Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и простейшие, одноклеточные водоросли и грибы).

Все многоклеточные организмы также состоят из клеток и их производных. Рост, развитие и размножение многоклеточного организма – следствие жизнедеятельности одной (зигота) или нескольких клеток (культура тканей). Эти положения доказывают единство происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Благодаря клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов.

Типы клеточной организации: Выделяют два типа клеточной организации:

1) прокариотический,

2) эукариотический.

Общим для клеток обоих типов является то, что клетки ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой. В цитоплазме находятся органоиды и включения.

Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Органоиды могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды)

.Включения — непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов.

Эукариотические клетки по определению и в отличие от прокариотических имеют ядро.Метаболизм прокариот как анаэробный, так и аэробный, эукариот – аэробный. Органоиды у прокариот немногочисленныили отсутствуют, мембранных органоидов - нет. ДНК прокариот кольцевая, располагается в цитоплазме, ДНК эукариот – линейная, организована в хромосомы, расположена в ядре. Цитоплазма прокариот не имеет цитоскелета. Деление прокариотической клетки – бинарное, пополам, эукариотической – митоз или мейоз. Наконец, прокариотические организмы - одноклеточные, а эукариотические - преимущественно многоклеточные, с клеточной дифференциацией.

Специализация клеток многоклеточного организма - это клетки которые объединены в различные органы и ткани, специализирующиеся на выполнении определённых функций.

Интеграция клеток - это образование клеточных комплексов, в пределах которых клетки специализируются на выполнении узко ограниченной работы и действуют как единое целое, как единая система.

4. Клетка как открытая живая система: потоки вещества, энергии и информации в клетке, их связь с различными клеточными структурами.

Клетка – открытая живая система, которая обменивается с окружающей средой тремя потоками: вещества, энергии и информации.

Обмен веществ клетки нужен для постоянного самообновления ее белков и структурных компонентов, клетка получает из окружающей среды пластический материал, из которого строится тело или производится определенная работа.

Поток веществ и энергии тесно связаны между собой в единый процесс внутриклеточного метаболизма.Метаболизм представлен 2 каскадами: анаболизм и катаболизм.

Ассимиляция (анаболизм) или пластический обмен – усвоение необходимых для организма веществ и превращение их в соединения, аналогичные компонентам этого организма и необходимые для его жизнедеятельности.

Диссимиляция (катаболизм) или энергетический обмен – при котором образованные и накопленные при ассимиляции сложные органические соединения разлагаются до более простых соединений или конечных продуктов с постепенным высвобождением энергии, без которых невозможен биосинтез.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения —брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием. Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования АТФ. Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения, в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы — химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз

Обмен энергии в клетке

1.Метаболизм – совокупность взаимосвязанных ферментативных и неферментативных реакций синтеза (ассимиляция, анаболизм) и распада (диссимиляция, катаболизм).

1. Катаболизм (энергетический обмен). Этапы:

1) Подготовительный. Проходит в пищеварительной системе; на наружной поверхности мембраны и клеток (пример: в тонком кишечнике). Расщепление: -углеводы -> моносахариды, -белки -> аминокислоты, -жиры -> глицерин и высшие жирные кислоты -нуклеиновые кислоты -> нуклеотиды Энергетический выход – рассеивается в виде тепла.

2) Бескислородный (гликолиз). В цитоплазме клеток глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты. Энергетический выход – 2 АТФ

3) Кислородный (клеточное дыхание). На внутренней мембране митохондрий. ПВК расщепляется до СО2 и Н2О.Энергетический выход – 36 АТФ (около 600 кДж).

2. Анаболизм (пластический обмен). Для гетеротрофов реакции синтеза органических веществ заключается в перестройке молекул, существующих в клетке. Для автотрофов органические вещества синтезируются в ходе фото- и хемосинтеза. Фотосинтез – механизм преобразования энергии солнца в энергию химических связей органических веществ. Строение биологической мембраны – бислой липидов головками внутрь клетки, а концами обращены друг другу. Пронизывают белки на различной глубине.