явления происходящие на молекулярном уровне жизни

Биология

Уровни организации живых систем

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

Химический состав клеток: органические и неорганические вещества,

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

На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.

Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровне:

Молекулярная биология, молекулярная генетика

2. Клеточный уровень организации живой природы

Включает в себя предыдущий — молекулярный уровень организации.

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

Обмен веществ и энергии данной клетки (разный в зависимости от того, к какому царству принадлежит организм);

Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы

Науки, изучающие клеточный уровень организации: цитология, генетика, эмбириология

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.

Обмен веществ; раздражимость

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

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

У одноклеточных органы — это органеллы — есть общие органеллы — характерные для всех эукариотических 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.

Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др.

Тканевый и органный уровни организации — изучают науки: ботаника,

зоология, анатомия, физиология, медицина

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 )

Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания

Науки: анатомия, генетика, морфология, физиология

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.

Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды

Основные процессы на этом уровне:
Взаимодействие организмов между собой (конкуренция или размножение)

Науки, изучающие этот уровень: популяционная генетика, эволюционистика, экология

7. Биогеоценотический уровень организации жизни

На этом уровне уже учитывается почти все:

Пищевое взаимодействие организмов между собой — пищевые цепи и сети

Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами

Наука, изучающая этот уровень — Экология

8. Биосферный уровень организации живой природы

Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы

Он включает в себя:
Взаимодействие как живых, так и неживых компонентов природы

Источник

Процессы жизнедеятельности на молекулярном уровне

Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость. Элементарной единицей на молекулярном уровне служит ген – фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определённый в качественном и количественном отношении объём биологической информации.

Вопрос 2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70—80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород, азот и фосфор.

Вопрос 3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства свойства и не являются биополимрами.

Вопрос 4. Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?
Независимо от уровня сложности и выполняемых в клетке функций все биополимеры обладают следующими особенностями:
• в их молекулах мало длинных ответвлений, но много коротких;
• полимерные цепи прочны и не распадаются самопроизвольно на части;
• способны нести разнообразные функциональные группы и молекулярные фрагменты, обеспечивающие биохимическую функциональную активность, т. е. способность осуществлять нужные клетке биохимические реакции и превращения в среде внутриклеточного раствора;
• обладают гибкостью, достаточной для образования очень сложных пространственных структур, необходимых для выполнения биохимических функций, т. е. для работы белков как молекулярных машин, нуклеиновых кислот как программирующих молекул и т.д.;
• связи С—Н и С—С биополимеров, несмотря на их прочность, одновременно являются аккумуляторами электронной энергии.
Главным свойством биополимеров является линейность полимерных цепей, так как только линейные структуры легко кодируются и «собираются» из мономеров. Кроме того, если полимерная нить обладает гибкостью, то из нее довольно просто образовать нужную пространственную конструкцию, а после тот как построенная таким образом молекулярная машина амортизируется, сломается, ее легко разобрать на составные элементы, чтобы снова их использовать. Сочетание этих свойств имеется только в полимерах на углеродной основе. Все биополимеры в живых системах способны выполнять определённые свойства и выполнять множество важнейших функций. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позволяет существовать огромному разнообразию вариантов биополимеров, независимо от видовой принадлежности организма. У всех живых организмов биополимеры построены по единому плану.

Источник

Урок Бесплатно Уровни организации живых систем

Введение

Также ученые стремятся рассмотреть отдельные составляющие организма, проследить взаимодействие этих составляющих друг на друга и их влияние на отдельный субъект. Изучая внутренние органы животных, исследователи пытаются понять, как один орган влияет на другой (например, как головной мозг регулирует деятельность остальных органов).

То есть биология пытается развить представление о целостности живой природы на основе анализа и синтеза, поэтому учеными были выделены уровни организации живых организмов для понимания устройства и взаимодействия всего живого и неживого.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня, то есть характер клеточного уровня организации определяется молекулярным, характер организменного- клеточным уровнем.

Например, сердце формируется благодаря особому строению и функциям мышечных клеток, которое было определено их молекулярным строением.

Деление живого на уровни весьма условно, оно просто отражает системный подход в изучении природы.

Каждый отдельный уровень изучает соответствующий отдел науки о живом: молекулярной биологии, цитологии, генетики, анатомии, физиологии, экологии и других наук.

Выделяют три большие группы уровней организации:

Суборганизменный уровень включает, в свою очередь, пять уровней: атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный.

Организменный (или онтогенетический) уровень- это сам организм.

Надорганизменный уровень включает в себя три подуровня: популяционно- видовой, биогеоценотический, биосферный.

vid klassif

Мы с вами изучим основные уровни организации живых систем:

Суборганизменные уровни организации

1. Молекулярный уровень организации жизни

Молекулярный уровень можно назвать первым и наименьшим, но именно он является определяющим в строении и функции последующих уровней организации, то есть это как бы основа всех дальнейших уровней.

1353973715

Формируют этот уровень молекулы белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, которые сами по себе вне клеточных структур не являются живыми, но именно они создают надмолекулярные клеточные структуры, в которых проявляются отдельные, но очень важные признаки жизни.

Благодаря изучению молекулярного уровня можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности, основы последовательных биохимических реакций в организме.

1313726249

Компоненты молекулярного уровня: молекулы неорганических и органических соединений, молекулярные комплексы химических соединений (клеточная мембрана или мембраны ядра).

Основные процессы молекулярного уровня:

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

ladle chat 80

Атомный (элементарный) уровень: на нем рассматривается роль отдельных химических элементов в живом организме (Fe, F, I, Se, Na).

Субклеточный уровень образован органеллами клетки (митохондриями, хлоропластами, рибосомами, лизосомами), ядром, хромосомами и другими субклеточными структурами.

На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур ученые изучают строение и функции органелл, а также других включений клетки

2. Клеточный уровень организации жизни

Единицей этого уровня является клетка (клетки бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов (мукор, дрожжи), клеток многоклеточных организмов)).

Клетка- это структурная и функциональная единица всего живого.

Более подробную информацию о клетке вы можете узнать из урока «Клетка- основа жизни».

Именно на этом уровне прослеживаются все признаки живого (размножение, рост, обмен веществ, раздражение и другие признаки).

Клетка также является минимальной единицей живого, способной к самостоятельному существованию либо в виде одноклеточных организмов, либо в тканях многоклеточного организма.

Если говорить об организмах одноклеточных, то к таковым мы можем отнести бактерии и простейшие (амеб, эвглен, инфузорий), среди грибов к одноклеточным относятся дрожжи и мукор.

Если рассматривать многоклеточных организмов, то количество клеток в их организме может быть очень велико, и эти клетки могут сильно отличаться по строению, хоть и находятся в одном организме. Например, посмотрим на нервную и мышечную клетки человека:

nerv musk cell

Вне клетки жизни нет. Такие организмы, как вирусы, подтверждают это правило, потому что они могут проявлять признаки живого и реализовывать свою наследственную информацию только тогда, когда попали в живую клетку.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

ladle chat 80

Стволовыми клетками называются незрелые клетки особого типа, способные развиваться во все виды клеток, составляющих различные ткани организма.

Стволовые клетки в организме находятся как бы в спящем состоянии, у них замедлен обмен веществ.

Они являются резервом организма в случае возникновения различных стрессовых ситуаций (травмы, ранения, болезни).

После «активации» они служат «материалом» для восстановления (регенерации) пораженных органов или тканей.

Также стволовые клетки необходимы для непрерывно происходящей в организме физиологической регенерации (замена старых клеток на новые).

Ученые полагают, что из стволовых клеток в отдаленной перспективе можно будет выращивать практически любую ткань, что может помочь лечению многих заболеваний.

cell all

Компоненты клеточного уровня: комплексы молекул химических соединений и органеллы клетки.

Основные процессы клеточного уровня:

Науки, ведущие исследования на клеточном уровне:

3. Тканевый уровень организации жизни

Единицей этого уровня является ткань.

Ткань— это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общностью происхождения, строения и выполняемых функций.

Ткани возникли в ходе эволюционного развития вместе с многоклеточностью организмов.

В ходе онтогенеза ткани образуются на ранних стадиях эмбрионального развития благодаря дифференциации клеток.

Дифференциация клеток- процесс, в результате которого клетка становится специализированной, то есть приобретает химические, морфологические и функциональные особенности, свойственные только для нее.

У животных различают несколько типов тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.

У растений выделяют следующие виды тканей: образовательная, основная (фотосинтезирующая), проводящая (флоэма, ксилема), покровная, механическая.

На этом уровне происходит специализация клеток.

Более подробно вы можете узнать о тканях из наших уроков: «Ткани растений» и «Ткани животных».

Компоненты тканевого уровня: клетки и межклеточная жидкость.

Основные процессы тканевого уровня: процессы, характерные для того или иного вида тканей (гомеостаз, регенерация).

Наука, ведущая исследования на тканевом уровне:

4. Органный уровень организации жизни

Составляют этот уровень органы многоклеточных организмов.

1198915108

Орган- это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию.

Орган чаще всего образован несколькими видами тканей, среди которых одна (две) преобладает.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

ladle chat 80

У простейших организмов, конечно же, нет тканей и органов, так как они состоят всего из одной клетки, но функции пищеварения, дыхания, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл в их клетках.

Организменный уровень организации жизни

Все живое на Земле существует в виде обособленных субъектов- особей, которые формируют организменный уровень.

При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия, простейшие (амеба, инфузория, эвглена), то есть это организмы, которые одновременно могут представлены и клеточным и организменным уровнем организации.

euglena i tufeljka

Компоненты органного уровня: клетки одноклеточных; клетки и ткани, из которых образованы органы многоклеточных организмов.

Основные процессы органного уровня:

Науки, ведущие исследования на органном уровне:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

ladle chat 80

Биометрия- система распознавания людей по одной или более физическим или поведенческим чертам (трёхмерная фотография лица или тела, образец голоса, отпечатки пальцев, рисунок вен руки, группа крови, специальное фото роговицы глаза и так далее).

К примеру, в Китае активно используется технология распознавания лиц в различных областях, начиная от оплаты покупок до общественной безопасности.

723081853

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Источник

Молекулярный уровень жизни

Особенности молекулярного уровня жизни

Изучая биосферу, ознакомившись с биогеоценотическим, популяционно-видовым, организменным и клеточным уровнями организации живой материи, мы подошли к самому глубинному – молекулярному уровню организации жизни, находящемуся на границе между живой и неживой (косной) материей. Он является первоосновой жизни на нашей планете.

Молекулярный уровень можно рассматривать как первичную основу жизни.

Действительно, какую бы сторону биологической организации мы ни рассматривали, неизбежно приходим к макромолекулам органических соединений, реакциям и физико-химическим процессам между ними. Только через выяснение молекулярных механизмов процессов жизнедеятельности клетки можно подойти к пониманию сущностных свойств живого.

Однако следует подчеркнуть, что знание структуры и свойств макромолекул, умение изучать их в условиях лаборатории еще не дают понимания свойств жизни, поскольку жизнь начинается только тогда, когда эти многочисленные молекулы как структурные единицы целостной системы находятся в клетке и взаимодействуют между собой как единая система. Вне клетки процессов жизни нет. Выделенные из клетки макромолекулы теряют свою биологическую сущность и характеризуются лишь физическими и химическими свойствами, но не являются живыми. Поэтому их называют биологическими молекулами, или биомолекулами, так как они проявляет свои биологические свойства только в живых клетках.

Молекулярный уровень живой материи представлен многочисленным рядом биологических молекул – ДНК, РНК, АТФ, белками, углеводами, липидами и другими сложными соединениями, способными создавать крупные молекулярные комплексы, совместно выполняющие определенные специфические функции.

Все крупные молекулы органических веществ – полимеры, синтезированные из мономеров, соединенных в определенном порядке, фактически представляют собой особые системы, состояние из взаимосвязанных компонентов. Сами мономеры различны, но в одной и той же макромолекуле, соединенные друг с другом химическими связями, они становятся единым целым, выполняющим определенные функции.

Характерно, что все макромолекулы имеют общий план строения в клетках всех организмов независимо от их видовой принадлежности. Это объясняется тем, что во всех макромолекулах органических соединений одним из основных элементом выступает углерод. Только благодаря его уникальным физико-химическим свойствам образуются крупные, сложные и разнообразные молекулы разных органических соединений. Атом углерода, имея четыре валентные связи, способен в определенном порядке объединять большое число атомов в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Углеродные цепи и кольца являются «скелетами» сложных органических молекул, в чем проявляются их уникальность и универсальность.

Уникальность макромолекул – в специфике их биологических функций. Например, молекулы нуклеиновых кислот являются носителями генетического кода и участвуют в передаче генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму. Молекулы липидов являются основными элементами, участвующими в строительстве биологических мембран и всех внутриклеточных структур. Молекулы белков служат катализаторами и регуляторами всевозможных химических реакций в клетке. Молекулы углеводов, будучи первоосновой построения биологических молекул всех органических соединений, участвуют в накоплении солнечной энергии в виде энергии химических связей. Молекулы хлорофилла являются активными участниками фотосинтеза. Функциональное своеобразие биологических молекул в клетке тесно связано с их физико-химическими и биохимическими свойствами.

Единство физико-химических свойств и биологических функций макромолекул – особенность молекулярного уровня организации живой материи.

Специфику молекулярного структурного уровня живой материи отражают его структура, процессы, организация, значение в природе.

Структурными элементами молекулярного уровня жизни оказываются макромолекулы различных органических соединений и взаимодействующие молекулярные комплексы в форме специфических структур. Среди них особо следует отметить ДНК, различные РНК, макроэргические молекулы АТФ, АДФ, ГТФ и многочисленные молекулярные комплексы (ферментные, белков-переносчиков, дыхательная цепь, а у растений – фотосистема I и фотосистема II, реакционный центр и др.). Одни из них локализованы в строго определенных местах, например фосфолипиды – в бислое мембраны, комплекс АТФ-синтазы – во внутренней мембране тилакоидов хлоропластов и крист митохондрий, но многие размещаются в цитоплазме (гиалоплазме, матриксе).

Основные процессы молекулярного уровня жизни: репликация (самовоспроизведение) генетической информации, ее транскрипция и трансляция; окислительно-восстановительные реакции синтеза и распада веществ; управление скоростью протекания реакций с помощью ферментов; фотосинтез (в хлорофиллсодержащих клетках), создающий органические вещества при участии солнечной энергии; биосинтез и полимеризация сложных макромолекул из молекул простых органических соединений (мономеров); обеспечение процессов жизнедеятельности энергией.

Организация молекулярного уровня жизни характеризуется величайшей сбалансированностью и упорядоченностью всех реакций метаболизма, саморегуляцией, системным характером протекания биохимических процессов, сложностью и разнообразием молекулярного состава, многочисленностью и специфичностью ферментов, а также матричной основой осуществления биосинтеза. Все это координируется генетической информацией. Гены задают программу, а сами процессы в молекулярных системах осуществляют ферменты в различных частях организма.

Основными регуляторами реализации генетической информации всех происходящих реакций выступают ферменты, которые, будучи катализаторами, обеспечивают соответствующую скорость, последовательность (управляемость) и экономичность протекания процессов. Упорядоченность и организованность характерны и в размещении ферментов. Обычно они располагаются молекулярными слоями на внутренних структурах: на пластинах, мембранах, гранулах. При этом они размещаются именно в том порядке, в котором «работают» в цепях многочисленных ферментативных реакций. Последовательность расположения создает своего рода ферментативный «конвейер», который обеспечивает таким способом ступенчатый характер химических реакций, их высокую скорость и эффективность. Организующее значение имеет и распределение субстратов ферментативных реакций. Субстратные вещества, активно концентрируясь в одних участках клетки, в других создают их дефицит. Это явление выступает подобно обратной связи одним из факторов регуляции скорости ферментативных реакций и способствует передвижению веществ в область их малой концентрации.

В организации молекулярного уровня имеет значение и то, что все химические вещества, синтезируемые в клетке, как правило, образуются в результате не одной, а нескольких последовательных реакций (примером может служить полисома в биосинтезе белков). В результате в гиалоплазме (матриксе) имеется множество однотипных молекул, способных выполнять активные функции взамен изношенных и инактивированных молекул.

Значение молекулярного уровня жизни

На молекулярном уровне осуществляется важнейший процесс жизни – превращение лучистой энергии Солнца в химическую, запасаемую в химических связях органических соединений. Энергия, ассимилированная органическими веществами в макроэргических связях АТФ, становится биологически доступной для всех живых организмов, особенно для гетеротрофов.

На молекулярном уровне жизни происходит включение всевозможных химических элементов Земли в различные соединения, участвующие в обменных процессах живых организмов. Именно на этой ступени организации живой материи из внутриклеточных элементов (химических веществ) возникают молекулярные комплексы, «работающие» совместно как биологические системы, обеспечивающие синтез сложных и значимых биологических молекул живого вещества, из которых затем в клетке образуется важнейшие надмолекулярные структуры: цитоплазма, биологическая мембрана, ядро и органоиды, антенные комплексы в хлоропластах, ферментные комплексы, электрон-транспортные цепи и др. Существуют биосистемы обеспечения биохимических процессов необходимой энергией – преобразующие и запасающие солнечную энергию, способствующие высвобождению запасенной энергии путем расщепления органических веществ.

Преобразование солнечной энергии, создание живого вещества, кодирование информации, обеспечение генетической преемственности и устойчивости молекулярных структур в поколениях, упорядоченность физико-химических процессов – основная роль молекулярного уровня жизни в биосфере.

Наличие в живой материи молекулярных комплексов, осуществляющих определенные высокоупорядоченные биохимические процессы – биосинтез белков, гликолиз (в цитоплазме), клеточное дыхание (в митохондриях), фотосинтез (в хлоропластах), позволяет судить о наличии в живой материи биологических систем не только клеточного, но и молекулярного уровня жизни.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Биографии известных людей
Adblock
detector