Сущность жизни

Вид материала

Документы

Содержание Клеточная теория Клетка – элементарная живая система , основа строения , жизнедеятельности , размножения и индивидуального развития прокариот и э Обмен веществ и превращение энергии в клетке Фототрофы ( фототрофные организмы ) Хемотрофы ( хемотрофные организмы ) Гетеротрофные организмы Поток энергии в клетке Анаболизм , пластический обмен

Подобный материал:

• В. П. Крючков Рассказы и пьесы, 957.62kb.
• Тематическое планирование курса «Обществознание», 10-11 классы, 470.24kb.
• Мировоззрение, его сущность, роль в жизни людей, 1231.6kb.
• Экзаменационные вопросы по философии, 16.84kb.
• Г. А. Василевич, доктор юридических наук, профессор сущность конституции, 68.32kb.
• Мы представляем фрагменты книги ш. А. Амонашвили «школа жизни» (М.: Издательский дом, 882.19kb.
• Прогнозирование и планирование: основные понятия, сущность и сфера применения. Изучив, 994.42kb.
• Программа для поступающих на направление подготовки магистратратуры 080200 «менеджмент», 256.74kb.
• Размножение и индивидуальное развитие организмов, 44.8kb.
• Закономерности возникновения жизни в космосе., 3156.97kb.

Клеточная теория

• Клетка – элементарная открытая биологическая система , способная к самообновлению , самовоспроизведению и развитию
  
• К социальным предпосылкам клеточной теории относятся потребности в научном обосновании медицины и сельскохозяйственного производства , а также появление интереса к естественнонаучным исследованиям
  

История создания клеточной теории

• Философские и натурфилософские идеи :
  

• Возрождение философской идеи структурности , атомизма , корпускулярности , дискретности ( П. Гассенди , 1658 )
  
• Учение о монадах ( Г. Лейбниц , 1714 г. ) ; монады – взаимодействующие индивидуальности , обладающие внутренним самодвижением и деятельностью , которые будучи самодостаточными , образуют вместе единое целое ( элементарная первооснова всего сущего , отражающая мир в целом _
  
• Идеи единства и непрерывности природы ( французские энциклопедисты , ХVIII в. )
  
• Натурфилософская клеточная концепция о взаимосвязи происхождения и строения элементарных биологических систем ( Л. Окен , 1809 г. ) – учение о растениях и животных как суммах элементарных организмов ; натурфилисофия , т.е. умозрительное изучение природы
  

• Естественнонаучные открытия :
  

• Изобретение микроскопа ( г. Галилей , 1610 г. )
  
• Введение термина « клетка » для обозначения видимых под микроскопом пустых ячеек пробки ( Р. Гук , 1665 г. ) ; обозначил этим понятием только клеточную стенку
  
• Открытие бактерий , простейших , сперматозоидов , эритроцитов ( А. Левенгук , гол. ,1680 г. )
  
• Обнаружение протоплазмы ( Я. Пуркинье , 1830 г. )
  
• Первое описание ядра клетки ( Р. Броун , 1831 г. )
  
• Доказательство клеточного строения всех растений ( М. Шлейден , нем , 1838 г. )
  
• Установление клеточного строения животных и сходства растительных и животных клеток ( Т. Шванн , нем. , 1838 г. )
  

• Разработка клеточной теории ( Т. Шванн , М. Шлейден , нем. , 1839 г. ) ; опубликована в книге Т. Шванна « Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений » , 1839 г.
  
• Открытие яйцеклетки млекопитающих ( К. Бэр , рус. 1827 г. ) и выявления факта , что все организмы начинают своё развитие из одной клетки ( оплодотворённого яйца ) т. е. клетка является единицей развития всех живых организмов
  

• Доказательство того , что количество клеток увеличивается только путём деления исходной материнской клетки ( развитие клеточной теории Р. Вирхов , нем. ,1858 г. ) , что лежит в основе преемственность и непрерывность жизни на Земле ( клетки образуются только от клеток )
  
• Описание деления ядра и цитоплазмы ( кариокинез и цитокинез ) П. Чистяков , Л. Гиньяр , Э. Страсбургер , 1879 г.
  
• Дальнейшее развитие микроскопической техники , создание электронного микроскопа ( 30-х годах ХХ в. ) и методов молекулярной биологии позволили установить ультрамикроструктуру клетки и многообразие её биохимических процессов ( см. тему « Методы изучения клетки » )
  

Основные положения современной клеточной теории

1. Клетка – элементарная живая система , основа строения , жизнедеятельности , размножения и индивидуального развития прокариот и эукариот
   

• жизнь существует только в форме клетки , т. к. только она способна использовать энергию и материю из внешней среды , хранить и реализовывать генетическую информацию
  

2. Клетки всех организмов сходны по строению ( всем клеткам присуще мембранное строение ) , химическому составу и жизнедеятельности
   
3. Новые клетки возникают только путём деления ранее существовавших клеток ( непрерывность цепи клеточных делений – одна из предпосылок эволюции )
   
4. Сходные по строению и функциям клетки объединяются в ткани – основу целостного многоклеточного организма ( рост и развитие многоклеточного организма – следствие размножения одной или нескольких клеток )
   
5. В клетках осуществляются :
   

• повторяющиеся , обратимые процессы - обмен веществ , поступление и выделение веществ , раздражимость , движение
  
• необратимые процесы – рост , развитие и дифференцировка
  

6. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюции от безъядерных форм ( прокариот ) к ядерным ( эукариотам ) – одноклеточным , колониальным и многоклеточным
   
7. Клетка может быть дискретной живой системой , самостоятельным организмом
   
8. Клеточная теория – исторически первое крупное общебиологическое обобщение , с которым связано возникновение биологии как самостоятельной науки ( она послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Ч. Дарвина ) ; на фундаменте этой теории выросла специальная наука о клетке – цитология ,
   

• Клеточная теория фиксирует основное противоречие клетки – способность быть одновременно и системой и элементом , частью и целым ( для прокариот и простейших , низших грибов и некоторых водорослей понятие « клетка » и « организм » совпадают )
  
• Выделение клеточного уровня организации живой материи привело к выявлению других форм и уровней организации жизни и системному рассмотрению биологических объектов
  

• В клетке осуществляются основные реакции метаболизма ( ката- и анаболизм ) , каждый физиологический процесс имеет свою цитологическую базу ; клетка – основа индивидуального развития многоклеточного организма , носитель наследственных структур ( хромосом , генов ) ; к клетке приурочены процессы молекулярно-генетического уровня , поставляющие элементарный эволюционный материал - мутации и комбинации
  
• Клетка – это самая мелкая единица организма , граница его делимости , наделённая жизнью и всеми основными признаками целого организма ( элементарная живая система , способная к самообновлению , саморегуляции и самовоспроизведению )
  

• Многоклеточные организмы представляют собой сложные комплексы клеток , объединённые в целостные системы тканей и органов , взаимозависимых и связанных межклеточными , гуморальными и нервными формами регуляции
  

• Клеточное строение организмов – свидетельствует об общности происхождения живых организмов , населяющих Землю , о единстве всего органического мира планеты
  
• Клеточная теория оказала сильнейшее влияние на развитие биологии и медицины , послужила главным фундаментом для становления таких дисциплин , как эмбриология , гистология и физиология ,
  

дала основу для материалистического понимания жизни , эволюционной взаимосвязи организмов

• Ф. Энгельс назвал клеточную теорию одним из трёх великих открытий ХIХ в. наряду с законом сохранения и превращения энергии и эволюционной теорией Ч. Дарвина
  

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

• Все живые организмы , обитающие на Земле , представляют собой открытые системы , способные активно организовывать поступление энергии и веществ извне ( поток энергии и вещества , проходящий через открытые системы является непременным условием их стабильного существования )
  
• Все живые организмы нуждаются в органических соединениях , которые синтезируют в клетках в процессе анаболизма ( ассимиляции ) за счёт энергии внешней среды
  
• Живые существа способны использовать только два вида энергии – световую ( энергия солнечной радиации ) и химическую ( энергия связей химических соединений ) - и по этому признаку делятся на две группы : фототрофы и хемотрофы
  
• Независимо от типа питания все организмы получают энергию для осуществления процессов жизнедеятельности при окислении органических веществ .
  

• при этом богатые энергией электроны поступают к различным окислителям ( О₂ ) , постепенно теряя свою энергию , которая и используется ; в результате восстановления окислителей образуются стабильные веществ , среди которых наименьшей потенциальной энергией обладают СО₂ и Н₂О , которые являются конечными продуктами обмена веществ и выводятся из клетки и организма
  
• Источники электронов у фототрофов и хемотрофов различны
  

Фототрофы ( фототрофные организмы ) – организмы , использующие для синтеза необходимых органических соединений световую энергию ( энергию солнечной радиации )

• источником электронов для фототрофов является вода ( в их клетках всегда присутствуют т. н. акцепторы – вещества , принимающие эти электроны : хлорофилл )
  
• синтез органических веществ у фототрофов сопровождается образованием АТФ и выделением свободного кислорода
  

Хемотрофы ( хемотрофные организмы ) – организмы , использующие для синтеза органических веществ химическую энергию , освобождающуюся в результате окислительно-восстановительных реакций ( окисление органических веществ ) – животные , грибы , большинство микроорганизмов

• В зависимости от источника электронов разделяются на :
  

Литотрофы – организмы , использующие в качестве донора необходимых электронов химические элементы с переменной валентностью ( сера , железо , азот и проч. )

Органотрофы – организмы , использующие в качестве донора электронов органические соединения , поступающие с пищей ( углеводы и жиры )

• Главным структурным элементом , необходимым для синтеза органических молекул в клетке , является углерод
  
• В зависимости от источника углеродных атомов живые организмы делятся на автотрофов , гетеротрофов и миксотрофов
  

Автотрофные организмы ( автотрофы ) – ( от греч. autos – сам , trophos – пища ) организмы , использующие неорганический источник углеродных атомов ( СО₂ )

• не нуждаются в притоке органических веществ из среды
  
• синтезируют необходимые органические соединения из неорганических веществ ( СО₂ , Н₂О , Н₂S NH₃ , минеральные соли и т. д. ) путём фото- или хемосинтеза
  
• в зависимости от источника энергии для синтеза разделяются на :
  

фотоавтотрофы – организмы использующие для синтеза световую энергию солнечной радиации

• осуществляют фотосинтез – все зелёные растения , цианобактерии , фотосинтезирующие пурпурные и зелёные бактерии
  
• сырьём для синтеза органических веществ являются Н₂О , СО₂ , минеральные соли
  

хемоавтотофы – организмы , использующие для синтеза органических веществ энергию , выделяющуюся в результате окисления неорганических соединений – серы , железа , азота и т. д.)

• осуществляют хемосинтез – нитрифицирующие бактерии , серобактерии , железобактерии
  
• в качестве сырья для синтеза органических веществ используют NH₃ , H₂S , Н₂О , СО₂
  

Гетеротрофные организмы ( гетеротрофы ) – ( от греч. heteros – другой , trophe – пища ) организмы , использующие органические источники углеродных атомов ( другие органические соединения )

• нуждаются в постоянном поступлении органических веществ из внешней среды ( питание )
  
• используют для питания готовые сложные , высокомолекулярные органические соединения
  
• строят органическое вещество своего тела из уже готовых органических соединений пищи
  
• выживание гетеротрофов прямо или косьвенно зависит от синтетической активности автотрофов
  
• органические вещества являются для гетеротрофов источником :
  

• энергии для синтеза необходимых органических веществ и жизнедеятельности
  
• сырья ( атомов и молекул ) для поддержания и возобновления клеточной структуры и новообразования протоплазмы в процессе роста
  
• витаминов и коферментов , которые не синтезируются в их организме
  

• в зависимости от источника энергии для синтеза органических веществ выделяют :
  

Хемогетеротрофы – организмы , использующие для жизнедеятельности химическую энергию , получаемую из готовых органических веществ , поступающих с пищей из окружающей среды ( животные , человек , грибы , большинство бактерий )

Фотогетеротрофы – организмы , использующие для синтеза высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических веществ световую энергию (пурпурные несерные бактерии )

• содержат бактериохлорофилл и способны к фотосинтезу ( получаемую при фотосинтезе энергию используют для синтеза собственных органических соединений не из СО₂ , а из органического « сырья » )
  

Миксотрофные организмы ( миксотрофы ) – ( от лат. mikstus – смешанный ) организмы , ведущие себя в зависимости от условий обитания как автотрофы , либо как гетеротрофы ( эвглена зелёная , хлорелла )

• днём , при наличии света осуществляют фотосинтез с использованием световой энергии , являясь автотрофным организмом , а ночью – переходят к типичному гетеротрофному питанию ( чаще сапрофитному )
  

Типы гетеротрофного питания

• Процесс потребления энергии и вещества называется питанием
  
• В зависимости от источника пищи выделяют два основных способа гетеротрофного питания : голозойный и голофитный
  

Голозойный тип питания – посредством захвата твёрдых пищевых частиц внутрь тела , где она переваривается , всасывается и усваивается организмом

• К голозойным животным относится большинство животных и насекомоядные растения
  
• Свободноживущие голозойные организмы обладают специальным пищеварительным трактом
  

• Голозойный способ питания состоит из следующих процессов :
  

• Поглощение пищи
  
• Переваривание – путём механического измельчения и ферментативного гидролиза ( может быть как внеклеточным , так и внутриклеточным ) ; расщепление нерастворимых , сложных макромолекул и превращение их в небольшие , растворимые молекулы , способные к диффузии
  
• Всасывание - перенос растворимых молекул через мембрану из мест переваривания и доставка их к тканям организма с помощью крови
  
• Ассимиляция – использование организмом всосавшихся молекул для получения энергии или построения тела
  
• Экскреция – удаление из организма непереваренных остатков пищи
  

• Голозойные животные подразделяются на зоофагов ( плотоядных ) , фитофагов ( растительноядных ) и полифагов ( всеядных )
  
• Выделяют ;
  

• микрофаги – животные , поглощающие пищу в виде мелких частиц с помощью псевдоподий , ресничек или путём фильтрации
  
• макрофаги - животные , поглощающие пищу крупными кусками с помощью щупалец , захвата добычи , соскабливания или питания детритом
  
• питание жидкой пищей – сосущий или колюще-сосущий способ
  

Голофитный способ питания – без захвата пищевых частиц , посредством всасывания растворённых пищевых веществ через поверхностные структуры организма

• Включает : сапрофитный , паразитический и симбиотический типы ; у растений голофитным путём осуществляется минеральное питание
  

Сапрофитный тип питания

Сапрофиты , сапрофаги ( от греч . sapros – гнилой и phyton – растение ) организмы , использующие в качестве пищи готовые органические вещества мёртвых или разлагающихся органических материалов ( трупы , навоз , растительный опад и т. д. )

• Все сапрфитные организмы ( бактерии брожения , гнилостные бактерии , шляпочные грибы , дрожжевые и плесневые грибы ) выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания , который под их воздействием переваривается вне организма ; растворимые конечные продукты такого переваривания всасываются и ассимилируются сапрофитом
  
• Деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ , обеспечивая возвращение необходимых для жизни элементов от мёртвых организмов к живым
  

Паразитический тип питания

Паразит ( от греч. para – около и sitos – пища ) – организм , обитающий внутри или на поверхности тела другого организма , называемого хозяином , и использующих в качестве пищи его органические вещества ( болезнетворные бактерии , вирусы , фаги , паразитические грибы и черви , цветковые растения-паразиты : омела , повилика , заразиха )


Симбиотический тип питания

Симбиоз ( от греч. simbiosis –совместная жизнь ) – взаимнополезное сожительство двух и более организмов ( мутуалим , комменсализм ) см . тему « Биотические экологичесикие факторы »


Способы питания

Показатели	Автотрофные организмы	Гетеротрофные организмы
фототрофы	хемотрофы	сапрофитные	Паразиты
Источник получения органического вещества Источник получения энергии Представители животного мира Представители растительного мира , бактерии , грибы	СО2 , Н2О с растворёнными минеральными солями Солнечная радиация , свет Эвглена зелёная Все зелёные растения , окрашенные бактерии ( пурпурные и зелёные содержащие бактериохлорофилл )	Аммиак , сероводород оксид железа (II) , вода Реакции окисления неорганических веществ , идущие с выделением энергии Нет Нитрифицирующие бактерии , серобактерии , железобактерии	Готовые органические вещества мёртвых тел Реакции окисления белков , жиров , углеводов, идущие с выделением энергии Большинство животных Бактерии брожения , шляпочные грибы , дрожжевые грибы , плесневые грибы	Готовые органические вещества живых тел (хозяина ) То же Простейшие , паразитические черви , клещи , насекомые Вирусы , фаги , болезнетворные бактерии , парвзитические грибы , растения – паразиты

Поток энергии в клетке

• Автотрофы и гетеротрофы неразрывно связаны между собой пищевыми цепями и энергетически , создавая круговороты веществ и поток энергии в экосистемах
  

• Первичным источником энергии для всего живого служит солнечная радиация , улавливаемая фотоавтотрофами и превращаемая в процессе фотосинтеза в энергию химических связей запасных органических веществ
  
• Поток энергии обеспечивается двумя клеточными механизмами : питанием и дыханием
  
• Независимо от типа питания все организмы получают энергию для жизнедеятельности при окислении органических веществ внутри клетки ( в цитозоли и митохондриях ) ; часть энергии , освобождающаяся при окислении , используется для синтеза АТФ , остальная энергия рассеивается в виде тепла
  
• Химическая энергия макроэргических связей АТФ трансформируется в различные формы энергии ( электрическую , механическую , потенциальную , световую и т. д. ) , что лежит в основе жизнедеятельности клетки и организма ; конечным видом использования всех видов энергии в клетке является тепловая энергия ( Q ) , рассеивающаяся в окружающей среде
  
• В общем виде поток энергии , имеющий однонаправленный характер , можно представить следующим образом :
  

фотосинтез дыхание Солнечная радиация ( световая энергия ) --- автотрофы -------------- органические вещества ----- гетеротрофы ----------- . трансформация энергии рассеивание энергии

--- АТФ ------------------------------ различные виды энергии и работы в процессе жизнедеятельности --------------------- Q ( тепло )


Общая характеристика метаболизма ( обмена веществ )


Метаболизм – вся совокупность ферментативных химических превращений (реакций) в клетке

• Метаболизм состоит из двух взаимносвязанных и противоположных по направлению химических процессов : анаболизма и катаболизма
  

Анаболизм , пластический обмен или ассимиляция ( от лат . assimilatio – уподобление )


Анаболизм ( ассимиляция ) - составная часть метаболизма , включающая реакции ферментативного синтеза сложных веществ из более простых

• Включает процессы синтеза аминокислот , моносахаридов , жирных кислот , нуклеотидов , а также макромолекул – белков , полисахаридов , липидов , неклеиновых кислот , АТФ ; частным случаем ассимиляции является фотосинтез
  

• Процесс проходит в три этапа
  

1. синтез промежуточных соединений из низкомолекуклярных веществ (органических кислот , альдегидов )
   
2. синтез низкомолекулярных органических веществ из промежуточных соединений ( аминокислот , жирных кислот , моносахаридов , нуклеотидов )
   
3. синтез макромолекул белков , липидов , полисахаридов , нуклеиновых кислот
   

• Идет только при участи ферментов – полимеразы , синтетазы и др. , формирующих различные химические связи биополимеров : пептидные , гликозодные , фосфодиэфирные
  
• Эндотермический процесс , идёт с поглощением энергии , затрачивающейся на образование связей
  

• У зелёных растений для ассимиляции используется энергия поглощённых световых лучей
  
• У микроорганизмов-хемосинтетиков – энергия , выделяемая при окислении ими разных неорганических веществ
  
• У хемотрофов ( животных ) – химическая энергия связей органических веществ
  

• Во всех случаях в процессе ассимиляции расходуется энергия АТФ , аккумулированная в её макроэргических связях
  

• В клетке локализуется на рибосомах ( биосинтез белков ) , эндоплазматической сети ( синтез липидов и полисахаридов ) , в хлоропластах ( фотосинтез углеводов )
  
• Неразрывно связана с внешней средой , которая является источником органогенных элементов и веществ ( сырья )
  
• Неразрывно связана с диссимиляцией – источником необходимой энергии и сырья для синтеза
  

Функции анаболизма

1. Усвоение необходимых для организма веществ и превращение их в соединения , аналогичные компонентам организма ( белки и нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК )
   
2. Образование первичной продукции экосистем ( фотосинтез и хемосинтез )
   
3. Образование строительного материала клетки и организма
   
4. Образование запаса органических веществ ( органических депо )
   
5. Синтез метаболических ферментов и других билогически активных веществ , необходимых для жизнедеятельности ( гормонов , витаминов , макроэргов – АТФ )