Многие микроскоп нам тайн открыл - невидимых частиц, жил в теле, других см.

Ломоносов

ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОК

Клеточный уровень организации жизни

Клеточный уровень жизни - это уровень организации, свойства которого определяются клетками с их составными компонентами и их участием в процессах превращения веществ, энергии и информации.

Клетка биологической системой с характерными особенностями структуры, функций и свойств.

Структурная организация. Клетка является основной структурной единицей для колониальных и многоклеточных организмов, а у одноклеточных существ она является одновременно и самостоятельным целостным организмом. Основными структурными частями клетки являются поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро (нуклеоид в прокариотических организмов), построенные по определенным подсистем и элементов, которыми являются органеллы. Существуют два типа организации клеток - прокариотических и эукариотический. Базовым уровнем организации для клеток является молекулярный уровень.

Функциональная организация. Клеток, чтобы выжить, необходимо: а) получать энергию из окружающая ища и трансформировать в нужную ей форму; б) избирательно пропускать, перемещать и выводить вещества; в) хранить, реализовывать и передавать генетическую информацию следующему поколению; г) постоянно поддерживать химические реакции, необходимые для поддержания внутреннего равновесия; д) распознавать сигналы среды и определенным образом реагировать на них; е) образовывать новые молекулы и структуры взамен срок жизни которых истек.

Каждая живая клетка представляет собой систему, которая превращает вещества, энергию и информацию, которые поступают к ней, и таким образом обеспечивает процессы жизнедеятельности организма. Клетка является функциональной единицей для осуществления таких функций, как опора, движение, питание, дыхание, кровообращение, выделения, размножения, движение, регуляция процессов и тому подобное. Клетки одноклеточных организмов выполняют все эти жизненные функции, а большинство клеток многоклеточного организма специализированные на выполнении одной главной жизненной функции. Но в обоих случаях любая функция клетки является следствием согласованной работы всех ее компонентов. Организация и функционирование всех компонентов клетки связаны прежде всего с биологическими мембранами. Внешние взаимосвязи между клетками поддерживаются путем выделения химических веществ и установления контактов, внутренние взаимосвязи между элементами клетки обеспечиваются гиалоплазмы.

Свойства . Клетка является элементарной биосистемой, поскольку именно на уровне клеток проявляются все свойства жизни. Основными свойствами клетки являются открытость, обмен веществ, иерархичность, целостность, саморегуляция, самообновления, самовоспроизведения, ритмичность и др. Определяются эти свойства структурно-функциональной организацией биомембран, цитоплазмы и ядра.

Жизнь является многоуровневой системой (от греч. система - объединение, совокупность). Выделяют такие основные уровни организации живого: молекулярный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный. Все уровни тесно связаны между собой и возникают один из другого, что свидетельствует о целостности живой природы.

Молекулярный уровень организации живого

Это единство химического состава (биополимеры: белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты), химических реакций. С этого уровня начинаются процессы жизнедеятельности организма: энергетический, пластический и прочие обмены, изменение и реализация генетической информации.

Клеточный уровень организации живого

Клеточный уровень организации живого. Животная клетка

Клетка является элементарной структурной единицей живого. Это единица развития всех живых организмов, живущих на Земле. В каждой клетке происходят процессы обмена веществ, преобразования энергии, обеспечивается сохранение, преобразование и передача генетической информации.

Каждая клетка состоит из клеточных структур, органелл, которые выполняют определенные функции, поэтому возможно выделить субклеточный уровень .

Органно-тканевой уровень организации живого

Органно-тканевой уровень организации живого. Эпителиальные ткани, соединительные ткани, мышечные ткани и нервные клетки

Клетки многоклеточных организмов, которые выполняют подобные функции, имеют одинаковое строение, происхождение, объединяются в ткани. Различают несколько типов тканей, которые имеют отличия в строении и выполняют разные функции (тканевой уровень).

Ткани в разном соединении образуют разные органы, которые имеют определенное строение и выполняют определенные функции (органный уровень).

Органы объединяются в системы органов (системный уровень).

Организменный уровень организации живого

Организменный уровень организации живого

Ткани объединяются в органы, системы органов и функционируют как единое целое - организм. Элементарной единицей этого уровня является особь, которая рассматривается в развитии от момента зарождения до конца существования как единая живая система.

Популяционно-видовой уровень организации живого

Популяционно-видовой уровень организации живого

Совокупность организмов (особей) одного вида, имеющего общее место обитания, образует популяции. Популяция является элементарной единицей вида и эволюции, так как в ней происходят элементарные эволюционные процессы, этот и следующие уровни - надорганизменные.

Экосистемный уровень организации живого

Экосистемный уровень организации живого

Совокупность организмов разных видов и уровней организации образует этот уровень. Здесь можно выделить биоценотический и биогеоценотический уровни.

Популяции разных видов взаимодействуют между собой, образуют многовидовые группировки (биоценотический уровень).

Взаимодействие биоценозов с климатическими и другими небиологическими факторами (рельефом, почвой, соленостью и т. п.) приводит к образованию биогеоценозов (биогеоценотический). В биогеоценозах происходит поток энергии между популяциями разных видов и круговорот веществ между его неживой и живой частями.

Биосферный уровень организации живого

Биосферный уровень организации живого. 1 – молекулярный; 2 – клеточный; 3 – организменный; 4 – популяционно-видовой; 5 – биогеоценотический; 6 – биосферный

Представлен частью оболочек Земли, где существует жизнь, - биосферой. Биосфера состоит из совокупности биогеоценозов, функционирует как единая целостная система.

Не всегда можно выделить весь перечисленный набор уровней. Например, у одноклеточных клеточный и организменный уровни совпадают, а органно-тканевой уровень отсутствует. Иногда можно выделить дополнительные уровни, например, субклеточный, тканевой, органный, системный.

Изучить структуру клеток

Механизм устойчивости клетки как биосистемы

Клетка –элементарная структурная единица жизни

Биологические молекулы:

Углеводы

Части клетки:

Цитоплазма

Органоиды

Обмен веществ

Самовоспроизведение ДНК

Генетическая регуляция внутриклеточных процессов

Передача наследственной информации от клетки к клетке

Накопление изменений в генетическом аппарате

Реагирование на раздражение при взаимодействии с внешней средой

1. сложность и разнообразие биологических молекул

2. Специфичность функционирования внутриклеточных структур

3. Уникальность устойчивости физико-химических связей внутриклеточных структур

4. Упорядоченность протекания процессов жизнедеятельности

1. клетка основная структурная единица живых организмов (рост, развитие, обмен веществ)

2 . Клетка свободноживущий одноклеточный организм

Матричный синтез органических веществ происходит только в клетке

Особенностью клеток является их специализация, дифференциация свойств и форм

Использование для жизни разнообразных абиотических и биотических условий среды

Эволюция развития организмов (автотрофных и гетеротрофных)

Появление разных форм клеток (прокариоты и эукариоты, неподвижные и подвижные)

Создание многоклеточных и симбиотических форм жизни

Появление клетки привело круговороту веществ в биосфере

Уровни организации живой природы

Выделяют 8 уровней.

Каждый уровень организации характеризуется определенным строением (химическим, клеточным или организменным) и соответствующими свойствами.

Каждый следующий уровень обязательно содержит в себе все предыдущие.

Давайте разберем каждый уровень подробно.

8 уровней организации живой природы

1. Молекулярный уровень организации живой природы

• : органические и неорганические вещества,
• (метаболизм): процессы диссимиляции и ассимиляции,
• поглощение и выделение энергии.

Молекулярный уровень затрагивает все биохимические процессы, которые происходят внутри любого живого организма — от одно- до многоклеточных.

Этот уровень сложно назвать «живым» . Это скорее «биохимический» уровень — поэтому он является основой для всех остальных уровней организации живой природы.

Поэтому именно он лег в основу классификации на царства — какое питательное вещество является основным у организма:у животных — , у грибов — хитин, у растений это- .

Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровене:

2. Клеточный уровень организации живой природы

Включает в себя предыдущий — молекулярный уровень организации.

На этом уровне уже появляется термин « » как «мельчайшая неделимая биологическая система»

• Обмен веществ и энергии данной клетки (разный в зависимости от того, к какому царству принадлежит организм);
• Органойды клетки;
• Жизненные циклы — зарождение, рост и развитие и деление клеток

Науки, изучающие клеточный уровень организации :

Генетика и эмбриология изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.

3. Тканевый уровень организации:

Включает в себя 2 предыдущих уровня — молекулярный и клеточный .

Этот уровень можно назвать «многоклеточным » — ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.

Наука — Гистология

4. Органный (ударение на первый слог) уровень организации жизни

• У одноклеточных органы — это органеллы — есть общие органеллы — характерные для всех или прокариотических клеток, есть отличающиеся.
• У многоклеточных организмов клетки общего строения и функций объединены в ткани, а те, соответственно, в органы, которые, в свою очередь, объединены в системы и должны слаженно взаимодействовать между собой.

Тканевый и органный уровни организации — изучают науки:

5. Организменный уровень

Включает в себя все предыдущие уровни: молекулярный , клеточный, тканевый уровни и органный .

На этом уровне идет деление Живой природы на царства — животных, растений и грибов.

Характеристики этого уровня:

• Обмен веществ (как на уровне организма, так и на клеточном уровне тоже)
• Строение (морфология) организма
• Питание (обмен веществ и энергии)
• Гомеостаз
• Размножение
• Взаимодействие между организмами (конкуренция, симбиоз и т.д.)
• Взаимодействие с окружающей средой

Науки:

6. Популяционно-видовой уровень организации жизни

Включает молекулярный , клеточный, тканевый уровни, органный и организменный .

Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.

Основные процессы на этом уровне:

• Взаимодействие организмов между собой (конкуренция или размножение)
• микроэволюция (изменение организма под действием внешних условий)

Клетка является структурной единицей всех живых организмов . Она обладает всеми признаками целостного организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители. Известны одноклеточные организмы, состоящие из единственной клетки, которая существует автономно, и многоклеточные: от мелких, состоящих из нескольких сотен клеток, до крупных, к которым относится человеческий организм, включающий в себя 10 14 клеток. Размеры растительных и животных клеток колеблются от 5 до 20 мкм без прямой зависимости между размерами организмов и размерами их клеток.

Практически все ткани многоклеточных организмов состоят из клеток. Но есть и исключения: например, сердечная мышца животных и человека состоит из клеточной массы со множеством ядер, некоторые структуры организма (например, минеральная основа костей) образованы не клетками, а продуктами их секреции. Изучением клеток занимается наука цитология.

Появление термина «клетка» связано с именем английского биолога Роберта Гука (1665). К концу XIX в. в биологии сложилась клеточная теория строения живых организмов, основные положения которой лежат в основе современных биологических наук:

• клетка является основной единицей строения и развития живых организмов;
• клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности;
• каждая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
• в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани, из которых состоят органы, объединенные в общую систему (организм) и связанные процессами регуляции.

Биохимия клетки. В живых организмах наиболее распространены элементы, входящие в так называемые органические соединения: углерод, водород, кислород и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Кроме четырех основных элементов в клетке содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Их количество измеряется десятыми и сотыми долями процентов. Эти элементы названы макроэлементами в отличие от микроэлементов (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.), которые находятся в клетке в значительно меньших количествах, но также необходимы для ее жизнедеятельности.

Химические элементы входят в состав неорганических (вода, минеральные соли, оксиды, кислоты, основания) и органических (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды) соединений. Вода является основным веществом живых организмов и составляет около 80% массы тела человека. Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена се способностью образовывать водородные связи, растворять многие вещества, создавать среду для протекания большинства химических реакций в клетке; кроме того, молекулы воды сами вступают во многие жизненно важные реакции.

Белки. Среди органических веществ живой клетки белки стоят на первом месте как по количеству (10-12% общей массы клетки), так и по важности в процессах жизнеобеспечения. Белки представляют собой высокомолекулярные соединения - цепочки аминокислот, содержащие десятки и сотни аминокислот. Молекулы различных белков отличаются друг от друга молекулярной массой, числом и составом аминокислот, последовательностью расположения их в белковой молекуле. Это обусловливает огромное разнообразие белковых молекул, которое определяет специфичность белковых молекул для разных биологических видов и для отдельных индивидуумов.

Специфичность белковых молекул является важным фактором иммунных процессов организма, которые обеспечивают сопротивляемость различным микроорганизмам, аллергические реакции, несовместимость тканей разных особей, приводящую к отторжению тканей при пересадке или тяжелым реакциям при переливании «несовместимой» крови. Так организм поддерживает постоянство своей внутренней среды - важное условие его существования. Количество разнообразных белковых молекул у всех видов живых организмов оценивается числом 10 10 -10 12 .

Молекулы белка имеют сложную структуру: цепочка аминокислот (первичная структура белка) сворачивается в спираль (вторичная структура белка), между атомами соседних витков возникает притяжение, и образуются водородные связи, которые приводят к формированию специфичной для данного белка конфигурации (третичная структура). Количество аминокислот и порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для каждого белка, но биологическую активность белок проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому нарушение первичной структуры белка из-за замены хотя бы одной аминокислоты может привести к утрате его биологической активности. Объединение белков в комплексы из нескольких молекул представляет собой четвертичную структуру белка (например, гемоглобин состоит из четырех молекул белка и только в такой форме способен присоединять и транспортировать кислород).

Функции белков в клетке важны и многообразны:

• строительная - белки участвуют в образовании всех клеточных и межклеточных структур;
• энергетическая - белки наряду с другими питательными веществами служат важным источником энергии для организма: при расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж (~4,2 ккал);
• двигательная - сократительные белки участвуют в разных видах движений, таких как мерцание ресничек у простейших или сокращение мышц у животных;
• транспортная - присоединение химических элементов или биологически активных веществ и перенос их к тканям и органам тела;
• ферментативная (каталитическая ) - белки-ферменты служат катализаторами химических реакций в живой клетке, ускоряя их протекание в сотни и тысячи миллионов раз;
• защитная (иммунная ) - выработка особых белков (антител) в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или клеток, способных связывать и обезвреживать чужеродные вещества.

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу по наследству информации о структуре белковых молекул, определяющей свойства тканей и закономерности их развития. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) хранят в себе информацию о составе белков клетки, а РНК (рибонуклеиновые кислоты) переносят ее от ДНК к месту синтеза клеткой собственных белковых молекул из аминокислот, поступивших с пищей.

Углеводы, или сахариды, - органические вещества, состоящие преимущественно из углерода и воды, подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды). Моносахариды служат источником энергии в обменных процессах организма (при окислении 1 г углеводов выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии) и участвуют в поддержании постоянства осмотического давления жидкостей организма. Сложные углеводы участвуют в построении клеточных структур, в том числе клеточных стенок, воспринимающей части клеточных рецепторов, ДНК и РНК. Запасы питательных веществ в живом организме представлены полисахаридами, которые при необходимости расщепляются до моносахаридов и могут служить непосредственным источником энергии.

Липиды - жиры и жироподобные вещества - входят в состав всех живых клеток и играют важную роль в жизненных процессах. Большинство липидов - производные высших жирных кислот, спиртов или альдегидов, они могут быть простыми (состоящими из жирных высокомолекулярных кислот или альдегидов и спиртов) и сложными (включающими производные ортофосфорной кислоты - фосфолипиды или остатки сахаров - гликолипиды). Химические и физические свойства липидов определяются наличием в их молекулах как полярных молекулярных группировок (-СООН, -ОН, - NH 2 и др.), так и неполярных углеводородных цепей. Благодаря такому строению большинство липидов являются поверхностно-активными веществами и формируют биологические мембраны (см. Клеточная мембрана). Будучи одним из основных компонентов клеточных мембран, липиды влияют на их проницаемость, на активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в межклеточном взаимодействии, в мышечном сокращении, в иммунохимических процессах. Кроме того, липиды играют важнейшую роль в энергетическом обмене организма. В ходе расщепления 1 г жиров освобождается большое количество энергии - 38,9 кДж (~9,3 ккал). Жировые вещества накапливаются в жировой ткани и служат запасным источником энергии. Низкая теплопроводность и водоотталкивающие свойства липидных субстанций обеспечивают защитную функцию липидов: покровные ткани растений и животных содержат жировые вещества, создающие термо- и гидроизоляцию внутренних органов. Кроме того, прослойка жировой ткани защищает внутренние органы от механических воздействий.

• Исключением являются вирусы, представляющие собой промежуточную форму междуживой и неживой природой и нс имеющие клеточной структуры. Каждая вирусная частицасостоит из информационного материала, зафиксированного в РНК или ДНК, заключенного в белковую оболочку, живет и размножается путем проникновения в живую клеткуи использования ее резервов для собственного размножения.