Понятие «жизни» и свойства живого

1.     Понятие «жизни» и свойства живого.

Что такое  жизнь? 
Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.» 
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.Жизнь возникает и протекает в виде высокоорганизованных  целостных биологических систем. Биосистемами являются организмы,  их структурные единицы (клетки, молекулы), виды, популяции, биогеоценозы и биосфера.Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

1. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные  элементы (98% химического состава приходится  на 4 элемента: углерод, кислород, водород, азот, а в общей массе веществ основную долю составляет вода - не мене 70 – 85%). Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда. 
2. Клеточное строение: Все живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов.

3. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и дыхания, и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) . 
4. Репродукция, или самовоспроизведение, - способность живых систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех уровнях организации живого; 
а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне; 
б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне; 
в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне; 
г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных клеток - на тканевом уровне; 
д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового (увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются половыми клетками - гаметами). 
5. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. . 
6. Изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул ДНК. 
7. Рост и развитие. Рост - процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений), возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом. 
8. Приспособленность. Это соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости. 
9. Раздражимость. Способность живых организмов избирательно реагировать на внешние или внутренние воздействия. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах: 
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя (положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.; 
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу, против силы тяжести); 
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка). 
10. Дискретность (деление на части). Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых функциях. 
11. Авторегуляция - способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов - гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем - нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений. 
12. Ритмичность. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). 
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования. 
13. Энергозависимость. Живые тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы. Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия в виде пищи из окружающей среды.

14. Целостность  - живая материя определенным образом организована, подчинена ряду специфических законов, характерных для неё.

2 Уровни организации жизни

Все живые организмы в природе  состоят из одинаковых уровней организации, это общая для всех живых организмов характерная биологическая закономерность. Выделяют следующие уровни организации живых организмов — молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.  
Молекулярно-генетический уровень. Это наиболее элементарный характерный для жизни уровень. Как бы сложно или просто ни было строение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярных соединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и другие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Их называют иногда биологическими макромолекулярными веществами. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходят другие процессы.  
Клеточный уровень. Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле. Отдельные органоиды в составе клетки имеют характерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельных органоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессы жизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли и простейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клетка существует как отдельный организм. Вспомните одноклеточные водоросли, хламидомонады, хлореллу и простейших животных — амебу, инфузорию и др. У многоклеточных организмов одна клетка не может существовать как отдельный организм, но она является элементарной структурной единицей организма. 
Тканевый уровень-Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань. Тканевый уровень характерен только для многоклеточных организмов. Также отдельные ткани не являются самостоятельным целостным организмом. Например, тела животных и человека состоят из четырех различных тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная). Растительные ткани называются: образовательная, покровная, опорная, проводящая и выделительная. Вспомните строение и функции отдельных тканей.

Органный уровень

У многоклеточных организмов объединение  нескольких одинаковых тканей, сходных  по строению, происхождению и функциям, образует органный уровень. В составе  каждого органа встречается несколько  тканей, но среди них одна наиболее значительная. Отдельный орган не может существовать как целостный  организм. Несколько органов, сходных  по строению и функциям, объединяясь, составляют систему органов, например пищеварения, дыхания, кровообращения и т. д.  
Организменный уровень

Растения (хламидомонада, хлорелла) и  животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной  клетки, представляют собой самостоятельный  организм)А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать в тесной взаимосвязи с окружающей средой.

Популяционно-видовой уровень

Совокупность особей одного вида пли  группы, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей  того же вида, составляет популяцию. На популяционном уровне осуществляются простейшие эволюционные преобразования, что способствует постепенному появлению  нового вида.  
Биогеоценотический уровень

Совокупность организмов разных видов  и различной сложности организации, приспособленных к одинаковым условиям природной среды, называется биогеоценозом, или природным сообществом. В  состав биогеоценоза входят многочисленные виды живых организмов и условия  природной среды. В природных  биогеоценозах накапливается энергия  и передается от одного организма  к другому. Биогеоценоз включает неорганические, органические соединения и живые организмы.

Биосферный уровень

Совокупность всех живых  организмов на нашей планете и  общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень. На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение  интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли  или изменения концентрации углекислого  газа в атмосфере, связанные с  деятельностью человека. Главную  роль в биосферном уровне выполняют "живые вещества", т. е. совокупность живых организмов, населяющих Землю. Также в биосферном уровне имеют значение "биокосные вещества", образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов и "косных" веществ (т. е. условий окружающей среды. На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы. 

3.Атомный состав клетки.

   Из 110 элементов  Периодической системы Менделеева  в состав организмов входит  более половины, причем 24 из них  являются обязательными и обнаруживаются  почти во всех типах клеток. По процентному содержанию в  клетке химические элементы делятся  на три группы: макро-, микро - и ультрамикроэлементы. 

 Макроэлементы составляют в  сумме порядка 98% всех элементов  клетки и входят в состав  жизненно важных биологических  веществ. К ним относят водород  (>60%), кислород (~ 25%),  углерод (~10%), азот (~3%). 

 К микроэлементам принадлежит  8 элементов, содержание которых  в клетке составляет менее  2-3 %. Это магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), сера (S) , фосфор (P), хлор (Cl). 

 К группе ультрамикроэлементов относят цинк, медь, йод, фтор, марганец, кобальт, кремний и другие элементы, содержащиеся в клетке в исключительно малых количествах (суммарное содержание порядка 0,1%).

Несмотря на низкое содержание в  живых организмах, микро - и ультрамикроэлементы играют чрезвычайно важную роль: они входят в состав различных ферментов, гормонов, витаминов и обуславливают тем самым нормальное развитие и функционирование клетки и всего организма в целом. Так, например, медь является составной частью ферментов, занятых в процессах тканевого дыхания. Цинк – необходимый компонент почти ста ферментов, например, он содержится в гормоне поджелудочной железы – инсулине. Кобальт входит в состав витамина B12, регулирующего кроветворную функцию. Железо является компонентом гемоглобина, а йод – гормона щитовидной железы – тироксина.

Роль ряда ультрамикроэлементов в организме еще не уточнена или даже неизвестна (мышьяк)

Макроэлементы

Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.

Биогенные элементы

Кислород — 65%, Углерод — 18%, Водород — 10%, Азот — 3%

Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами. Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы

Рекомендуемая суточная доза > 200 мг:

Калий, Кальций, Магний, Натрий, Сера, Фосфор, Хлор

Микроэлементы

Термин «микроэлементы»  получил особое распространение  в медицинской, биологической и  сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для  агрономов стало очевидным, что  даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.

Микроэлементами - называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент

Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.

Основные микроэлементы

По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):Бром, Железо, Йод, Кобальт, Марганец, Медь, Молибден, Селен, Фтор, Хром, Цинк

Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых  он принимает участие. К числу несомненно важных относят бор, ванадий, кремний и др.

Ультрамикроэлементы

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

4.Роль воды  в клетке:  
1) обеспечение упругости клетки. Последствия потери клеткой воды  
2)увядание листьев, высыхание плодов;  
3)ускорение химических реакций за счет растворения веществ в воде;  
4)обеспечение перемещения веществ: поступление большинства веществ в клетку и удаление их из клетки в виде растворов;  
5)обеспечение растворения многих химических веществ (ряда солей, сахаров);  
6)участие в ряде химических реакций;  
7)участие в процессе теплорегуляции благодаря способности к медленному нагреванию и медленному остыванию.

8)является электролитом.

5.Белки. Строение и функции.

Это полимеры, мономерами которых  являются аминокислоты. В основном они состоят из углерода, водорода, кислорода и азота.