Оглавление лекция №1

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лекция №1	Биология – теоретическая основа медицины. Свойства живого, уровни организации живого, общие закономерности существования живых организмов.	2
Лекция №2	Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система	5
Лекция №3	Многообразие органического мира. Принципы классификации живых организмов	15
Лекция №4	Биологические основы паразитизма. Типы взаимоотношений организмов в биоценозах	19
Лекция №5	Наследственность и изменчивость как фундаментальные свойства живого. Закономерности наследования генов	27
Лекция №6	Развитие теории эволюционного учения. Учение о микроэволюции	34
Лекция №7	Учение о макроэволюции	39
Лекция №8	Этапы и факторы антропогенеза	42
Лекция №9	Человек и биосфера. Генетический мониторинг в популяциях человека.	45

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Айла Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. – М.: Мир, 1987.
Ярыгин В.Н. и. др. Биология. - М.: Высшая школа, 1997.
Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004.
Накаряков В.А. Паразитизм в природе. - М.: РУДН, 1982.
Фаллер Дж. М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей.- М.: Изд. Бином, 2003.
Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1989.
Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. – М.: Дрофа, 2004

Предисловие.

Методическое пособие составлено в соответствии с курсом лекций по медицинской биологии и генетики для студентов специальности «лечебное дело». В предлагаемом конспекте лекций в краткой форме изложены основные общебиологические понятия и закономерности. В лекциях отражены основные характеристики уровней организации живого – от клеточного до биосферного. При изложении основных общебиологических закономерностей использовался материал, отражающий современные достижения биологии и представляющий интерес для студентов-медиков. Пособие может использоваться для подготовки к итоговому экзамену и выпускному тестированию.

Лекция №1. Биология – теоретическая основа медицины. Свойства живого, уровни организации живого, общие закономерности существования живых организмов.

Термин «биология» введен в начале ХIХ века Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. Однако, дословный перевод «наука о жизни» не совсем правильный, поскольку жизнь не существует сама по себе – это специфическое свойство живых систем, которые называются организмами.

Предметом изучения биологии являются общие закономерности существования живых организмов во времени и пространстве, общие законы развития и жизнедеятельности живых систем. Организм – это открытая саморегулирующаяся система (от греч. systema – целое, составленное из частей), которая характеризуется высокой упорядоченностью, сложностью и структурированностью, избирательно использующая вещества и энергию окружающей среды для постоянного самообновления своих структур на основе имеющейся наследственной программы и способна к самовоспроизведению.

Жизнь в ее проявлениях отличается большим разнообразием: существует более 3000 видов прокариот, 450 000 видов растений и более 1,5 млн. видов животных. Поразительное многообразие живых организмов создает трудности для определения жизни как особого явления природы.

Жизнь – это особая, наиболее сложно организованная форма движения материи, возникшая на определенном этапе ее развития, для которой свойственна иерархическая организация. Иерархия – (греч. иерос- священный, архе – власть) – расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему.

Точное и полное определение жизни дать невозможно, но всегда можно определить совокупность свойств и признаков, которые отличают живые организмы от тел неживой природы.

Основные свойства и признаки живого. Универсальные принципы существования живого во времени и пространстве отражают свойства, которые проявляются на уровне отдельного организма, а также распространяются на всю область жизни в целом.

Клеточное строение. Для всех живых организмов характерна высокая структурированность и функциональная упорядоченность организации, основу которой составляет клеточное строение. Клетка – структурная и функциональная единица всех живых организмов. По типу клеточной организации все живые организмы делятся на прокариот и эукариот. Вирусы - неклеточные формы жизни, проявляют свойство и признаки живого, проникая в клетку, что не является исключением для этого положения. В клетке многоклеточного или одноклеточного организма содержится вся генетическая информация о данном организме.
Обмен веществ и энергии. Организм является открытой, саморегулирующейся системой, для которой характерна особая форма взаимодействия с окружающей средой – обмен веществ и энергии. Все биохимические реакции, происходящие в клетке по наследственной программе, составляют клеточный метаболизм. Основу клеточного метаболизма составляют взаимосвязанные процессы - анаболизм и катаболизм. Анаболизм (ассимиляция) – сововкупность реакций синтеза специфических молекул (полимеров) из более простых (мономеров) с использованием энергии. Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций распада сложных органических молекул до мономеров с выделением энергии, часть которой запасается в виде АТФ.
Особенности реакций обмена (метаболизма) заключаются в том, что каждая реакция осуществляется в определенной клеточной органелле и катализируется специфическими белками-ферментами. При этом фермент связывается с определенным веществом (субстратом), взаимодействует с ним и изменяет его, превращая в продукт(ы) реакции. По характеру ассимиляции все организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные, по типу диссимиляции – на аэробные и анаэробные. Живые организмы демонстрируют стойкое единообразие в различных условиях среды. Свойство живых организмов поддерживать упорядоченность своей структуры и постоянство внутренней среды называется гомеостазом.

Способность к размножению – важнейшее свойство живых организмов, в основе которого лежит процесс деления клеток и точной передачи наследственной информации от клетки к клетке, благодаря репликации ДНК. Каждый организм одноклеточный или многоклеточный развивается из клетки (зигота – диплоидная клетка, образующаяся в результате слияния специализированных клеток – гамет при оплодотворении). Реализация генетической программы происходит в процессе индивидуального развития организма - онтогенеза.
Способность адекватно реагировать на воздействия внешней среды, т.е. раздражимость, которое проявляется в виде направленных двигательных реакций. Ответные реакции одноклеточных животных на раздражитель называются таксисами. Ответные реакции многоклеточных организмов с участием нервной системы называются рефлексами.

Способность организмов адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды в процессе эволюции, которая обеспечивает существование жизни на Земле более 3-х млрд. лет. Основу процесса эволюции составляют два основных механизма – генотипическая изменчивость (мутации) и естественный отбор.
Способность организмов существовать во взаимодействии с другими организмами и факторами окружающей среды в составе особых систем, называемых биогеоценозами или экосистемами, в которых происходит круговорот веществ и энергии с участием живого вещества.

Единство всего живого. История развития биологии как науки о жизни определяется этапами крупных научных открытий и обобщений, подтверждающих идею биологического единства всего живого на Земле. Эта идея имеет большое значение для медицины, указывая на универсальность биологических законов и механизмов для всего мира живых существ, включая человека. Единство всего живого проявляется в качестве:

Структурного единства, в основе которого лежит клеточное строение всех живых организмов. В середине ХIХ в. были сделаны три крупных научных открытия, которые дали мощный толчок развития современного естествознания – закон сохранения энергии, эволюционная теория Дарвина и клеточная теория. Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839 г.) явилась крупнейшим доказательством единства всего живого. Открытие того факта, что все организмы состоят из клеток, которые, несмотря на разнообразие их форм и размеров, построены и функционируют одинаковым образом, дали толчок изучению закономерностей, лежащих в основе морфологии, физиологии и онтогенеза живых существ. Исходя из клеточной теории и разрабатывая ее дальше, Р. Вирхов создал концепцию клеточной патологии (1858 г.), которая определила главные пути развития медицины на долгое время. Объясняя течение патологических состояний структурно-химическими изменениями на клеточном уровне, эта концепция способствовала созданию патолого-анатомической службы.
Генетического единства. Генетическим материалом всех живых организмов от бактерий до человека является молекула ДНК, генетическая информация в которой записана с помощью последовательности нуклеотидов. Модель строения молекулы ДНК в виде двойной спирали, предложенная Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г., явилась ключевым этапом развития молекулярной биологии и бурного развития молекулярно-генетических исследований, которые определили приоритетные направления развития современной биологии и медицины. Открытие единства генетического кода и механизмов реализации генетической информации по схеме ДНК - РНК - белок, определило появление генетической инженерии, а на ее основе биотехнологии и генотерапии – генной коррекции наследственных болезней, а также ДНК-диагностики наследственных болезней, вирусных и протозойных инфекций. Международный проект «Геном человека» завершен в 2001 г. полной расшифровкой нуклеотидной последовательности ДНК человека, что открывает новые перспективы в молекулярной диагностике и создании новых методов лечения наследственных болезней человека.

Биохимического единства. Основу всех живых организмов составляют одинаковые классы органических соединений. В клетках эукариот существует 5 типов белков-гистонов, одинаковых у всех организмов. Универсальный источник энергии в клетках - молекулы АТФ. Мономеры вообще не обладают специфичностью и одинаковы в клетках всех живых организмов. Специфичность живого определяется на уровне макромолекул (биополимеров), которые синтезируются в клетках по наследственной программе. Ключевую роль в процессах жизнедеятельности играют биополимеры – нуклеиновые кислоты и белки. Субстратом жизни на Земле являются нуклеопротеиды, бесконечное разнообразие которых определяет специфичность живых организмов. Разнообразие молекул белков и нуклеиновых кислот определяется определенной последовательностью соединения мономеров в цепи полимера. Известно, что все молекулы белков в клетках построены из 20 типов аминокислот, а молекулы ДНК – из 4-х типов нуклеотидов, одинаковых для всех организмов. Биохимические реакции, протекающие в клетках, также одинаковы для всех организмов. Например, реакции гликолиза, биосинтеза молекул РНК, белка, имеют сходные механизмы в клетках бактерий, растений, животных и человека. Благодаря универсальности генетического кода, стало возможным появление генной инженерии, т.е. создание рекомбинантных молекул ДНК, соединяющих фрагменты ДНК человека и бактерий. На основе таких молекул возможно получение в промышленных масштабах гормонов (инсулин, соматотропин) и биологически активных веществ.

Уровни организации живого. Структурная сложность живых организмов отражается в уровнях организации живого. Различают основные уровни организации: молекулярно-генетический, надмолекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический (экосистемный) и биосферный.

Характер биологических процессов на каждом уровне организации живого определяет функциональную активность живого на более высоком уровне. Возможность существования живых организмов характеризуется совокупностью процессов, характерных для каждого уровня, но не сводится к простой сумме этих процессов.

Биология – теоретическая основа медицины. Человек является частью живой природы и закономерности функционирования живых организмов распространяются на процессы жизнедеятельности человека в норме и патологии. Достижения и открытия биологических наук, в первую очередь молекулярной биологии, определяют направления современной медицины в поисках новых возможностей профилактики, диагностики и методов лечения болезней человека.

Лекция №2. Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система

Клеточная теория

Клетка – элементарная единица живого;
Клетки разных организмов сходны по своему строению;
Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;
Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

С современных позиций можно добавить еще одно положение:

В клетке содержится вся генетическая информация о строении и функциях организма.

Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

ТАБЛИЦА 1. Типы клеточной организации.

Признак	Прокариоты	Эукариоты
1. Размеры клеток	Диаметр 0,5 – 5 мкм	Диаметр примерно 40 мкм. Объем клетки в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот.
2. Ядро	нет	есть
3. Ядерная мембрана	нет	есть
4. Генетический аппарат	Одна кольцевая хромосома в зоне нуклеоида	Хромосомы
5. Система цитоплазматических мембран	нет	есть
6. Эдоплазмати-ческий ретикулум (ЭПР)	нет	есть
7. Рибосомы	есть (70S)	есть (80S)
8. Митохондрии	нет	есть
9. Комплекс Гольджи	нет	есть
10.Лизосомы	нет	есть
11.Клеточный центр	нет	есть
12.Микротрубочки	нет	есть
13. Внутриклеточное перемещение цитоплазмы	нет	есть
14. Органоиды движения	Жгутики. Жгутиковая нить состоит из белка флагеллина.	Реснички и жгутики включают в свой состав микротрубочки, построенные из белка тубулина.
15. Наружная клеточная мембрана	есть	есть
16. Клеточная стенка	Жесткая, содержит полисахариды, основной – муреин (пептидогликан)	У растений содержит целлюлозу, у грибов – хитин, у животных отсутствует.
17. Деление	Прямое	Митоз, мейоз

Строение эукариотической клетки

Структура клеточных мембран.

Выявлено два типа мембранных белков. Белки первого типа, называемые периферическими белками, связаны с мембраной в основном ионными взаимодействиями. Мембранные белки второго типа называют интегральными белками. Эти протеины или погружены в толщу липидного бислоя, или пронизывают мембрану насквозь (трансмембранные белки). Интегральные белки перемещаются в плоскости мембраны.

По биологической роли мембранные белки можно разделить на три группы: ферменты, рецепторные белки и структурные белки.

Особое место среди клеточных мембран занимает плазматическая мембрана или плазмалемма. Плазматической мембраной называется барьер, который окружает цитоплазму, определяя границы клетки. Она имеет толщину около 10 нм и представляет собой самую толстую из клеточных мембран. Большая ее толщина обусловлена тем, что на ее внутренней стороне локализован слой периферических белков. На наружной стороне клеток животных располагается слой углеводных компонентов (гликокаликс), а у растений – клеточная стенка.

Функции мембран:

Ограничение клетки от внешней среды, поддержание формы клетки;
Обеспечение транспорта различных веществ как внутрь клетки, так и из нее. Различают активный и пассивный типы транспорта. К пассивным механизмам относят диффузию, облегченную диффузию и осмос, к активным – работу белковых ионных насосов, эндоцитоз и экзоцитоз;
Восприятие сигналов и передача их внутрь клетки. На поверхности плазмалеммы располагаются различные рецепторные структуры (для гормонов, медиаторов и др.), специфически взаимодействующие с внеклеточными факторами и с соседними клетками;
Отдельные участки плазматической мембраны в специализированных клетках животных принимают участие в построении специальных отростков клетки, таких, как микроворсинки, реснички, рецепторные выросты и др.;
Плазматическая мембрана играет важную роль при делении клетки;
Плазматическая мембрана принимает участие в образовании межклеточных взаимодействий у многоклеточных организмов, что способствует формированию тканей. Непосредственно соединение клеток осуществляют молекулы специальных белков (например, интегрины). Межклеточные соединения могут формировать непроницаемый барьер между клетками, либо осуществлять коммуникативные контакты. Примерами межклеточных взаимодействий могут служить простой контакт, зубчатый контакт, десмосома, плотный контакт, щелевой контакт;
Участие в биохимических процессах, поскольку большинство ферментов связано с мембранами;
Формирование мембранных структур клетки.

Blog

Оглавление лекция №1

Содержание