ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Значення досягнень біологічної науки в житті людини і суспільства

Біологічні науки є теоретичною основою медицини, агрономії, тваринниц тва, а також усіх галузей виробництва, пов'язаних із живими організмами.

Завдяки знанню законів спадковості та мінливості можна створювати високопродуктивні сорти культурних рослин і породи свійських тварин. Біологічні знання допомагають у боротьбі зі шкідниками та хворобами культурних рослин, паразитами тварин. Досягнення сучасної біології набули практичного застосування у промисловому біологічному синтезі амінокислот, кормових білків, ферментів, вітамінів, стимуляторів росту й засобів захисту рослин, інших необхідних речовин.

За допомогою методів генної інженерії біологи створили організми з новими комбінаціями спадкових ознак і властивостей, наприклад рослини з підвищеною стійкістю до захворювань, засолення ґрунтів, здатністю до фіксації атмосферного азоту тощо. Багато сільськогосподарських культур створено за допомогою методів генної інженерії, серед них 11 сортів сої, 24 сорти картоплі, 32 сорти кукурудзи, 3 сорти цукрового буряку, 5 сортів рису, 8 сортів томатів, 3 сорти пшениці.

Генна інженерія лежить в основі розробки принципів біотехнології, пов'язаної з виробництвом біологічно активних речовин - це, наприклад, інсулін, антибіотики, інтерферон, нові вакцини для профілактики інфекційних захворювань людини та тварин.

Теоретичні досягнення біології широко застосовуються в медицині. Наприклад, генетичні дослідження дозволяють розробляти методи ранньої діагностики, лікування та профілактики багатьох спадкових хвороб людини.

 

 

Запитання для контролю:

1.Що вивчає біологія ?

2. Які біологічні науки ви знаєте?Наведіть приклади застосування біологічних знань?

3. Яких ви знаєте вчених –біологів України?

4. Назвіть основні методи біологічних досліджень

5.Назвіть основні властивості живої матерії .

6.Які рівні організації живої матерії ви знаєте?

7. Спробуйте дати власне визначення поняття життя

 

Розділ I

Молекулярний рівень організації життя

Тема1. Неорганічні речовини живих організмів.

НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ

Науку, яка вивчає хімічний склад організмів, будову, властивості, локалізацію і роль виявлених у них сполук, шляхи їх виникнення і перетворення, які в сукупності забезпечують обмін речовин і енергії, називають біологічною хімієюабо біохімією. Як самостійна наука вона сформувалася приблизно 100 років тому, проте біохімічні процеси люди використовували ще за сивої давнини, не маючи уявлення, звичайно, про їх сутність.Сучасна біохімія проводить свої дослідження на різних рівнях організації живої матерії: молекулярному, клітинному, тканинно-органному, організмовому.

Проблеми, що постають перед сучасною біохімічною наукою, надзвичайно важливі для людства, їх дослідження має цікаві й захоплюючі перспективи. Так, вивчення обміну речовин в організмі людини з метою розробки ефективних методів боротьби з "хворобами віку" - раком, серцево-судинними захворюваннями, СНІДом — покликані оздоровити людство, збільшити тривалість життя. Біохімічні дослідження стали шляхом до розв'язання цієї проблеми.

1. Хімічний і елементний склад живих організмів

У складі живих організмів виявлено понад 70 елементів таблиці Менделєєва. Серед них немає жодного, який би не існував в неживій природі, це свідчить про єдність органічного світу. За кількісним складом в організмі всі елементи можна поділити на 4 групи.

У живих організмах в найбільшій кількості присутні чотири хімічні елементи: кисень, водень, вуглець, азот. Це органогенні елементи(перша група), на них припадає майже 98% хімічного вмісту клітини. Друга група - це макроелементи . До них належать — Р, К, S, СІ, Са, Мg, Na, Fe, масова частка яких становить до 1,9%. Третя група — це мікроелементи. Сім елементів цієї І групи (Zn, Мn, Со, Си, F, Вг, І) відіграють важливу роль в процесах життєдіяль­ності. Вміст кожного з них у клітині менший 0,01%. Ще менше в клітині ультрамікроелементів-четверта група. Концентрація їх в організмі надто мала — від 10-4 до 10-6 %; 12 з них визнані необхідними для життєдіяльності рослин (В, Li, А1, Sі, Sn, Сd, Аs, Sе, V, Ті, Сr, Ni). Хімічні елементи ,що входять до складу живих організмів і виконують біологічні функції, називають -біогенними

  1. Вміст хімічних елементів у клітині.

Всі хімічні елементи, що містяться в клітині, входять до складу органічних і неорганічних сполук або перебувають у вигляді іонів.

Таблиця 3..Склад хімічних сполук

 

 

У мікроскопічній клітині міститься кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що відбуваються в клітині основа її життя, розвитку, функціонування.

  1. Співвідношення хімічних елементів у живій і неживій природі

За набором елементів жива і нежива природа мало чим відрізняються. Увесь вихідний матеріал для побудови живих молекул постачає нежива природа. Цікаво зазначити, що морська вода за вмістом елементів близька до внутрішнього середовища живих організмів, а її іонний склад майже ідентичний складові плазми крові людини. У живих тілах поряд з речовинами, поширеними у неживій природі, міститься багато речовин, характерних тільки для живих організмів. Відомо, що до складу клітини входять понад 70 хімічних елементів, але яких-небудь спеціальних елементів, характерних лише для живих організмів, не знайдено. Однак лише щодо 27 елементів достовірно відомо, що вони виконують певні біологічні функції. Деякі організми інтенсивно накопичують ті чи інші хімічні елементи. Так, деякі морські водорості можуть накопичувати Йод, ряска — Радій, діатомові водорості й злаки — Силіцій, молюски та ракоподібні — Купрум, хребетні — Ферум, деякі бактерії


Малюнок 12.Вода в природі

 


Таблиця 4. Вміст у клітині хімічних сполук.

Неорганічні Кількість у % Органічні сполуки Кількість у %
Вода 70 - 80 Білки 10-20
Мінеральнісолі   1-1,5     Вуглеводи   Вуглеводи   0,2 - 2,0
    Жири жириНуклеїнові кислоти, 1-5
    Нуклеїнові кислоти , АТФ 0,4-0,5

 

Якщо органічний склад живих організмів відносно подібний, то у компонентах неживої природи він різний. Наприклад, у водній оболонці Землі (гідросфері) переважають водень і кисень, у атмосфері — кисень і азот, у літосфері — кремній, алюміній, кисень, тощо.

4. Неорганічні сполуки у життєдіяльності живих організмів. Вода, її роль у життєдіяльності організмів

Найважливішою неорганічною сполукою є вода. Немає жодного з існуючих організмів, який би міг обходитись без води. Вміст її у клітинах різноманітних структур коливається від 40% (рослини, жирова тканина) до 99% (медуза).

 

 
 


Малюнок 13. Будова молекули води.


Велика кількість води у живих організмах пояснюється тим, що вона бере участь практично в усіх процесах життєдіяльності. Необхідний вміст води підтримується переважно за рахунок надходження її ззовні з їжею (для людини приблизно 2 –З л на добу).

Молекула води (Н,О) складається з двох атомів водню, сполучених з атомом кисню міцним ковалентним зв'язком. Цей зв'язок виникає між атомами водню та кисню за рахунок утворення спільної пари електронів по одному від кожного атома. Молекула води електронейтральна, але на її різних полюсах розміщені позитивні і негативні заряди, тобто вона полярна.Саме тому дві сусідні молекули води можуть притягуватись одна до одної за рахунок сил електростатичної взаємодії між негативним зарядом на атомі кисню однієї молекули і позитивним зарядом на атомі водню іншої. Такий тип зв'язку називають водневим. Вода в клітині перебуває у двох формах: вільній та зв'язаній. Вільна вода становить 96 % усієї води в клітині та використовується переважно як розчинник. Зв'язана вода, на частку якої припадає приблизно 4 % усієї води клітини, неміцно з'єднана з білками водневими зв'язками.

Усі речовини клітини поділяються на дві групи: гідрофільні («ті, що люблять воду») та гідрофобні («ті, що бояться води») (від грец. hydro — вода, phileo — любити, phobos — боязнь).

До гідрофільних належать речовини, які мають високу розчинність у воді. Це солі, цукри, амінокислоти. Гідрофобні речовини, навпаки, у воді практично нерозчинні. До них належать, наприклад, жири. А існують речовини, яким притаманні гідрофільно-гідрофобні, або амфіфільні, властивості. Амфіфільність — це властивість молекул речовин, яка полягає у тому, що одна їх частина є гідрофільною, а друга — гідрофобною. До амфіфільних речовин належать, наприклад, фосфоліпіди. Білки також мають амфіфільні властивості.

       
 
 
   


 

Малюнок 14.Вода в крові людини.Малюнок15.Вода в харчуванні людини.

       
 
 
   


Завдяки яким властивостям вода може виконувати численні функції в живих організмах:

1. Вода —найкращий розчинник із відомих рідин. У ній розчиняються всі необхідні живому організмові сполуки (органічні та мінеральні речовини, гази). Всі речовини поділяються на такі, що здатні добре розчинятися у воді — гідрофільні (від грец. гідро — вода, філіа — дружба) або полярні, та нерозчинні у воді —гідрофобні(від грец. фобос — страх) або неполярні.

2. До гідрофільних сполук багатокристалічних солей належить, наприклад кухонна сіль (NаСІ). Протилежні електричні заряди молекули води притягують іони Na і СІ- , витягуючи їх із кристалічної решітки. До розчинних у воді речовин належать кислоти, луги, спирти, аміни, вуглеводи, білки та ін.

3. Гідрофобні речовини (майже всі ліпіди, деякі білки) у воді не розчиняються і тому можуть розділяти окремі ділянки всередині клітини (компартменти) або цілі клітини.

4. Вода має високу теплопровідність. У цьому її виняткове значення при розподілі тепла по організму під час екзотермічних процесів. Завдяки цьому температура всього тіла теплокровних тварин практично однакова.

5. Вода має високу температуру кипіння. Ця властивість робить можливим існування живих організмів у земних умовах (температура на поверхні Землі рідко досягає 100°С).

6. Воді властива велика теплота випаровування:випаровуючись, вона охолоджує тіло, з якого випаровується. Наприклад, у тварин (потовиділення, теплова задишка) та рослин (транспірація).

7. Вода має максимальну густину при4°С. Тому тверда вода (лід) легша від рідкої, що має життєво важливе значення для організмів, які зимують у водоймищах.

8. Вода має великий поверхневий натяг.Ця властивість забезпечує, зокрема, збереження форми живих клітин, можливість існування деяких організмів на водній поверхні (ряска, водомірки та ін.). Малюнок 16.

9. Вода визначає фізичні властивості клітин-об’єм і внутрішньоклітинний тиск (тургор)

На основі перелічених властивостей можна назвати біологічні функції води:

транспортну;

механічну, тобто сприяє збереженню внутрішнього тиску та форми клітин;

метаболічну — як субстрат при синтезі та розпаді біологічних речовин;

електронодонорну — як джерело електронів при фотосинтезі

  1. Мінеральні солі. Їх біологічна роль

До неорганічних речовин клітини, крім води, належать також солі. Солі неорганічних речовин мають важливе значення для підтримання життєдіяльності клітини і організму в цілому. В організмі вони перебувають в іонному стані, або у вигляді твердих сполук. Іони утворені катіонами металів К+, Na+, Са2+,Мg2+ і аніонами кислот (соляної -НСl сірчаної - H2SO4, фосфорної —H3PO4- i вугільної — Н2 СО3).Концентрації катіонів та аніонів у клітині і у її життєвому середовищі, як правило, дуже відрізняється. Різниця між кількістю іонів на поверхні та всередині клітини забезпечує виникнення нервового та м’язевого збудження,,перенесення речовин через мембрану., перетворення енергії.Різна концентрація іонів калію та натрію зовні й всередині клітини призводить до появи різниці електричних потенціалів на зовнішній і внутрішній поверхнях плазматичних мембран, що зумовлює передачу збудження по нервах або у м'язах, а також забезпечує транспорт речовин у клітину.Іони кальцію і магнію виконують регуляторну функцію, активують багато ферментів. Сполуки кальцію і фосфору відкладаються у кістках, надаючи їм міцності. Сполуки кальцію входять до складу черепашок молюсків і форамініфер, панцирів раків тощо.

У деяких найпростіших (радіолярій) внутрішньоклітинний скелет побудований із двооксиду кремнію. Збільшення вмісту іонів калію спричиняє токсичний вплив на серцевий м яз.

Багато важливих функцій виконують неорганічні кислоти та їх солі. Соляна кислота створює кисле середовище у шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлункового соку. Карбонатна кислота та її аніони формують бікарбонатну буферну систему Залишки ортофосфорної кислоти,приєднуючись до ряду білків клітини, змінюють їхню фізіологічну активність .Від вмісту солей залежить надходження води до клітини та буферні властивості клітин і тканин .Луги теж відіграють велику біологічну роль в роль,оскільки при дисоціації є джерелом йонів ОН та йонів металів. Загальний вміст неорганічних речовин у клітині варіює, в межах від одного до кількох відсотків.

  1. Біологічна роль кисню

Кисень є окисником поживних речовин у процесі дихання тварин .рослин , грибів ,деяких бактерій ,під час якого виділяється енергія Але є такі види організмів(анаероби) ,що можуть існувати у безкисневих умовах і утворюють енергію за рахунок бродіння (група прокаріотів деякі найпростіші та більшість гельмінтів). Кисень може бути шкідливим для живого організму,якщо він є окисником ДНК та інших компонентів клітини ,тому деякі клітини мають систему захисту від дії кисню. Аеробні організми, або аероби (від грец. aer — повітря і bios — життя), — це організми, здатні жити й розвиватися лише за наявності в середовищі вільного кисню, який вони використовують як окисник. До аеробних організмів належать усі рослини, більшість найпростіших і багатоклітинних тварин, майже всі гриби, частина бактерій, тобто переважна більшість відомих видів живих істот .


Малюнок17.Аеробні організми

 

Таблиця 5.Біологічне значення деяких елементів

Елемент , йон Кількість у клітині в % Біологічне значення
Са 0.04-2,0 У тварин входить до складу кісток , зубів, бере участь у зсіданні крові .У рослин входить до складу оболонки клітини
P 0,20-1,00 Входить до складу АТФ , ферментів ,кісткової тканини , зубів , нуклеїнових кислот
Fe 0,01-0,015 Входить до складу гемоглобіну крові ,рогівки очей,бере участь в утворенні хлорофілу
І 0,0001   Входить до складу гормонів щитоподібної залози,бере участь в обміні речовин .
F 0,0001   Входить до складу емалі зубів
Na 0,02-0,03 Забезпечує проведення нервових імпульсів ,стимулює синтез гормонів , регулює осмотичний тиск у клітині .
Cu 0,0002 Бере участь у процесах творення крові , фотосинтезу.
К 0,15-0.4 Бере участь в процесі фотосинтезу ,Забезпечує транспорт речовин у клітину . проведення нервових імпульсів .

Запитання для контролю:

1..Що вивчає наука біохімія ?

2.Які хімічні елементи входять до складу живих організмів ?

3.Які біологічні функції виконує вода ?

4.У якому стані містяться в клітині солі ? Яка їх роль ?

5.Назвіть іони неорганічних сполук в клітині .

6.Які живі організми використовують високий поверхневий натяг води?

7.Яку роль відіграє кисень в живих організмах?

8.Які аніони й катіони мають найбільше значення для клітин?

9.Які живі організми використовують високий поверхневий натяг води?

10.Як підвищення йонів Калію впливає на роботу м ’яза серця?

Тема 2 ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти