Живые организмы состоят из неорганических (вода и минеральные соли) и органических веществ, подразделяющихся на 4 группы: белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и жиры. Первые три группы имеют структуру полимеров и поэтому называются биополимерами. Многие их свойства аналогичны свойствам синтетических полимеров, только состав элементарного звена существенно сложнее.
Белки – это азотсодержащие биополимеры, имеющие четыре уровня структуры. Элементарным звеном их первичной структуры являются полипептиды, состоящие из20-ти аминокислот, называемых «золотыми». Свойства белка прежде всего определяются последовательностью этих аминокислот, что и обуславливает их колоссальноеразнообразие: число сочетаний из 20 по 20 - это огромная величина (лишний раз подтверждается верность структурной теории А.М Бутлерова! ). Число повторяющихся звеньев в цепи может достигать нескольких тысяч, поэтому молекулярные массы белков очень велики. Вторичная структура белков - это полипептидная цепочка, закрученная в спираль;некоторые белки (коллаген, фибриноген) функционируют в виде такой закрученной спирали. Третичная структура- представляет собой спираль, упакованную в шарик (глобулу), она «сшивается» дисульфидными связями (мостиками из атомов серы) и характерна для большинства белков (альбумины, глобулины и др.). Некоторые белки (гемоглобин) имеют четвертичную структуру - несколько связанных друг с другом глобул, между которыми находится, например, металл (в гемоглобине это атом железа).
|
|
Белки являются основным строительным материалом животных организмов. Многие ферменты (катализаторы биохимических реакций) также являются белками. Кроме того, белки в клетке выполняют транспортную, защитную, двигательную и энергетическую функции.
Углеводы – это биополимеры, в которых элементарным звеном является глюкоза. Одна из разновидностей углеводов – клетчатка – является строительным материалом растительных организмов, другая - крахмал - запасается растениями в виде питательного вещества.
Важнейшими из биополимеров являются нуклеиновые кислоты. Их название обусловлено тем, что они находятся в клеточном ядре. Элементарным звеном в нуклеиновых кислотах являются нуклеотиды, состоящие из фосфата, азотистого основания и пятиуглеродного моносахарида – рибозы или дезоксирибозы. Длинные цепи нуклеотидов образуют биополимеры – полинуклеотиды. Различают два вида нуклеиновых кислот: РНК (рибонуклеиновая кислота, содержит рибозу) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота, содержит дезоксирибозу).
Молекула РНК контролирует биосинтез белков в клетке (в лаборатории такой синтез занимает несколько месяцев, в живой клетке – несколько минут; природа еще намногоумнее нас). Молекула ДНК выполняет две жизненно важных для клетки функции: она обуславливает размножение, а также хранит и передает потомству наследственную информацию. Вторичная структура молекулы ДНК была впервые расшифрована английскими учеными Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Френсисом Криком (1916-2004)и представляет собой сплетенную из двух ветвей двойную спираль полинуклеотидов. Под действием ферментов двойная спираль может расплетаться, и каждая из ветвей достраивает себе пару из имеющегося в клетке материала. Это свойство называется редупликацией ДНК, и именно с этого процесса начинается функционирование любого живого организма. За открытие структуры ДНК Дж. Уотсон и Ф. Крик были удостоены Нобелевской премии (1962).
|
|
3. Уровни организации живых систем.
Живые организмы являются открытыми, неравновесными, самовоспроизводящимися и саморегулирующимися системами, проходящими путь необратимого развития. Эти системы имеют восемь уровней организации. Первый и второй мы уже рассмотрели - это молекулярный и клеточный уровни. На этих уровнях все живые организмы удивительно сходны по строению и функционированию, что говорит о родстве всех живых организмов и является веским аргументом в пользу концепции биологической эволюции.
Третий уровень – тканевый. Ткань – это совокупность сходных по строению клеток, выполняющих общую функцию. На этом уровне также сохраняется сходство всего живого: всего 5 основных тканей образуют организмы многоклеточных животных и 6 - органы растений. Следующий – четвертый - уровень – системно- органный. Системы органов образуются совместно функционирующими клетками, относящимися к разным тканям. Пятый уровень - организменный - связан с деятельностью всего организма как целого. Эта деятельность у животных управляется двумя системами – нервной и гуморальной (последняя – это совокупность гормонов, растворимых органических веществ, являющихся, как правило, специфическими белками). Единицей этого уровня является особь – живая система с момента ее зарождения до смерти. На организменном уровне уже проявляется удивительное разнообразие всего живого.
Шестой уровень организации - популяционно-видовой – связан с совокупностью организмов одного вида, объединенных общим местом обитания и составляющих популяцию. Видом называют совокупность особей, сходных по строению, физиологическим и биохимическим свойствам, имеющих общее происхождение, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.
Седьмой уровень - экосистемный. Экосистемой называется совокупность всех живых организмов, населяющих однородный участок земной поверхности и связанных трофическими (пищевыми) цепями, вместе со средой их обитания.
Любая экосистема (лес, река, луг, болото) является единым природным комплексом. Характерными свойствами экосистем являются их устойчивость и способность к самовоспроизведению.
Последний – восьмой уровень - биосферный. Биосфера – это совокупность всех экосистем Земли, система высшего порядка, занимающая все геосферные земные оболочки. Учение о биосфере было разработано выдающимся русским ученым В.И. Вернадским, о нем будет сказано отдельно. Только при комплексном изучении жизненных явлений на всех уровнях можно получить целостное представление о биологической форме существования материи.
Таким образом, живая природа имеет восемь уровней организации. На первых уровнях прослеживается удивительное сходство всех живых объектов, говорящее об их родстве и подтверждающее концепцию биологической эволюции. На организменном уровне проявляется разнообразие живых организмов, которое является основой устойчивости биосферы.
|
|
Приведенная иерархия уровней организации живого иллюстрирует путь развития биологии от терминологической, описательной науки, какой она была в ХУШ веке, к подлинному лидеру в естествознании, каким она стала к концу ХХ века благодаря выходу на молекулярный уровень