Структурно-функциональная организация клетки

Научное определение жизни по Ф. Энгельсу. Молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой уровень организации жизни. Прокариоты как одноклеточные доядерные организмы. Строение метафазной хромосомы. Уровни упаковки генетического материала.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Структурно-функциональная организация клетки

Биология - наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Биология изучает процессы жизнедеятельности организмов, их жизненные циклы, взаимосвязи с окружающей средой, происхождение, историческое и индивидуальное развитие. Многообразие живой природы так велико, что о БИОЛОГИИ правильно говорить как о комплексе естественных наук, которые изучают жизнь живых существ с разных сторон. Термин «БИОЛОГИЯ» впервые был введен в 1802 году одновременно учеными Ламарком и Тревиранусом. Современная биология - это сложный высокодифференцированный комплекс фундаментальных и прикладных достижений живой природы. Составной частью биологии является МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ, которая изучает человека, его происхождение, эволюцию, географическое распространение, численность и структуру популяций человека в пространстве и времени.

МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ изучает наследственность человека, его генетическую систему, генотипические и индивидуальные отличия людей, их экологию, физиологию, особенности поведения. В медицинских вузах некоторые биологические дисциплины выделились в самостоятельные науки, такие как АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ, ГИСТОЛОГИЯ, БИОХОМИЯ, МИКРОБИОЛОГИЯ.

Курс медицинской биологии является базой для изучения других теоретических дисциплин ФАРМАКОЛОГИИ, БИОХИМИИ, а также клинических дисциплин ТЕРАПИИ, ПЕДИАТРИИ, ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ, ХИРУРГИИ и др.

Что такое жизнь?

Впервые научное определение жизни дал Ф. Энгельс в своем труде «Диалектика природы»: « Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел.»

Современное определение жизни было дано русским ученым ВОЛЬКЕНШТЕЙНОМ: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующие и самовоспроизводящие системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».

Основные свойства жизни.

Единство химического состава.

Обмен веществ и энергии (самообновление).

Репродукция (самовоспроизведение).

Саморегуляция.

Раздражимость и движение.

Биологическая ритмичность.

Наследственность и изменчивость.

Рост и развитие.

Способность противостоять увеличению энтропии.

Дискретность и целостность.

Уровни организации жизни

1. Молекулярно - генетический уровень:

- элементарная структура: коды наследственной информации.

- элементарное явление: воспроизведение этих кодов по принципу матричного синтеза или конвариантной редупликации молекулы ДНК.

- экологические проблемы уровня: рост мутагенных факторов и увеличение доли мутаций в генофондах.



2. Клеточный уровень:

- элементарная структура: клетки.

- элементарное явление: жизненные циклы клеток.

- экологические проблемы уровня: рост клеточной патологии в результате загрязнения среды, нарушения воспроизведения клеток.

Каждая клетка - относительно автономная самостоятельно функционирующая единица. Клетки у многоклеточных объединяются в ткани и системы органов.

3. Организменный уровень:

- элементарная структура: организмы и системы органов, из которых они состоят.

- элементарное явление: комплекс физиологических процессов, обеспечивающих жизнедеятельность.

Элементарная единица жизни - организм. Регулирующая система уровня - генотип. Наследственная информация, закодированная в генотипе, реализуется определенными фенотипическими проявлениями, определяет механизм адаптации и формирует определенное поведение живых существ в конкретных условиях среды.

- экологические проблемы уровня: снижение адаптационных возможностей организмов, развитие пограничных состояний у человека.

4. Популяционно-видовой уровень.

- элементарная структура: популяции.

- элементарное явление: видообразование на основе естественного отбора.

Популяция - основная единица эволюции. Регулирующая система уровня - ее генофонд, который определяет эволюционные перспективы и экологическую пластичность популяций. Причины, вызывающие изменение генофонда популяций: мутации, комбинативная изменчивость, популяционные волны, изоляция. Реализация изменений осуществляется путем естественного отбора.

- экологические проблемы уровня: снижение экологических показателей популяций (численности, плотности, возрастного состава).

5. Биосферно-биогеоценотический уровень.

- элементарная структура: биогеоценозы.

- элементарное явление: динамические взаимосвязи биогеоценозов в масштабах биосферы.

Биогеоценоз - элементарная единица потока энергии и круговорота веществ. Регулирующая система - генопласт - совокупность генофондов и генотипов, адаптированных друг к другу популяций в окружающей их среде. Весь комплекс биогеоценозов образует живую оболочку Земли - Биосферу. Между биогеоценозами осуществляется не только материально - энергетический обмен, но и постоянная конкурентная борьба, что придает биосфере большую динамичность.

- экологические проблемы уровня: увеличение количества антропоценозов и их глобальное распространение, загрязнение среды, разрушение озонового экрана Земли.

Биологические уровни организации живой природы взаимно связаны между собой по принципу биологической иерархии. Система нижнего уровня обязательно входит в состав более высшего уровня.



Размещено на

Рис. 1

Клетка - наипростейшая биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клетка - основная структурно-функциональная и генетическая единица живого. Через нее идут потоки вещества, энергии и информации. Это динамически стойкая открытая система, состоящая из многих взаимосвязанных элементов. Клетка - основа строения прокариот, одноклеточных, грибов, растений и животных.

Прокариоты - одноклеточные доядерные организмы

Особенности строения:

Небольшие размеры - 0,5 - 3 мкм.

Отсутствует ядерная мембрана, т.е. нет морфологически обособленного ядра.

Генетический материал представлен одной длиной кольцевой молекулой ДНК, упакованной в клетке в виде петель (нуклеоид). Гистоновые белки не выявлены, отсутствует нуклеосомная организация хроматина. Молекулярная масса ДНК прокариот составляет 2,5Ч109 ±0,5Ч109 ,что соответствует примерно 2000 структурных генов.

Отсутствуют мембранные органоиды.

Наружная клеточная мембрана часто образует выпячивания в цитоплазму (мезосомы), выполняющих функцию образования АТФ.

Отсутствует клеточный центр, не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение.

Покрыты клеточной стенкой, содержащей гликопептид муреин - механически плотный защитный элемент клеточной стенки.

В цитоплазме могут содержаться плазмиды - мелкие кольцевые молекулы ДНК, содержащие один или несколько генов.

Размножаются амитозом каждые 20 минут.

Эукариоты - организмы, клетки которых имеют ядро, окруженное мембранной оболочкой.

Особенности строения:

Форма клеток разнообразная, размеры колеблются в пределах от 5 до 100 мкм.

Клетки имеют сходный химический состав и обмен веществ.

Клетки разделены системой мембран на компартменты.

Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, которые имеют сложное строение и образованы нитями ДНК и гистоновыми белковыми молекулами.

В цитоплазме находятся мембранные органоиды, центриоли.

Деление клеток митотическое.

Ядро - обязательный структурный компонент каждой эукариотической клетки, содержащий генетический материал. В животных клетках наследственная информация хранится в ядре и митохондриях. В растительных клетках - в ядре, митохондриях и пластидах. Ядро состоит из:

1. Ядерная оболочка;

2. Кариоплазма;

3. Хроматин;

4. Ядрышко.

Форма ядра зависит от формы самой клетки и от функций, которые она выполняет.

Размеры ядра, также в основном, зависят от размеров клетки.

Ядерно-цитоплазматический индекс - соотношение объемов ядра и цитоплазмы. Изменение этого соотношения есть одной из причин клеточного деления или нарушения обмена веществ.

Ядерная оболочка интерфазного ядра состоит из двух элементарных мембран (наружной и внутренней); между ними находится перинуклеарное пространство, которое через каналы эндоплазматического ретикулума связано с р...