Биология как наука. Основные свойства живых организмов.

Биология - наука о жизни и живых организмах. Биология является комплексной наукой и включает разделы, такие как:

1. Цитология – наука, изучающая строение, химический состав, процессы жизнедеятельности и размножения клеток.

2. Анатомия - наука о строении тела и органов.

3. Ботаника - наука о растениях.

4. Зоология - наука о животных.

5. Генетика - наука о наследственности и изменчивости.

6. Микробиология - наука о микроорганизмах.

7. Гистология - наука о микроскопическом строении тканей.

8. Физиология - наука о функциях органов, систем органов и целого организма.

9. Биохимия - наука о химических процессах, происходящих в живых организмах.

10. Экология - наука о взаимосвязях организмов с внешней средой.

11. Эмбриология - наука о развитии зародышей.

Живым организмам характерен ряд свойств, которые отличают их от предметов неживой природы.

Свойства живых организмов:

1. Обмен веществ. Обмен веществ - это наиболее общее свойство живого, характерное всем живым организмам. Обмен веществ выполняет две функции: обеспечение клетки строительным материалом и обеспечение клетки энергией. Поэтому выделяют:

а) Пластический обмен – это все реакции биосинтеза, которые способствуют построению клетки и обновлению ее состава. Организмы в процессе питания постоянно берут из окружающей среды и используют материалы для роста и процессов жизни. Растения и животные отличаются по способу питания. Растения - автотрофы. Они сами создают сложные органические питательные вещества из простых неорганических, используя энергию света в процессе фотосинтеза. Животные - гетеротрофы. Они используют готовые питательные вещества.

б) Энергетический обмен – это все реакции расщепления органических соединений, которые обеспечивают клетку энергией. Энергию организмы получают в процессе энергетического обмена при расщеплении белков, жиров, углеводов до воды и углекислого газа. Энергия накапливается в молекулах АТФ.

1. Раздражимость - это способность живых организмов реагировать на изменение внешней и внутренней среды.
2. Движение. Живые организмы или их части способны двигаться.
3. Выделение. Химические реакции в организме приводят к образованию углекислого газа и воды. Это продукты обмена веществ, которые должны выводится из организма через органы выделения.
4. Размножение. Все организмы способны воспроизводить потомство. При размножении образуются организмы похожие на родителей. Размножение бывает половое и бесполое. Размножение обеспечивает постоянное существование вида.
5. Рост. Это увеличение в размерах, увеличение массы тела. Рост - результат обмена веществ.

Предмет, задачи и методы цитологии.

Предметом изучения цитологии являются клетки прокариотических (бактерии и синезеленые водоросли) и эукариотических (протисты, грибы, растения и животные) организмов.

К задачамцитологии относятся: изучение строения и функций клеток; их химического состава; обменных процессов в клетке (энергетический и пластический обмен); размножения и развития клеток; приспособления их к условиям окружающей среды. Для решения этих задач в цитологии используются следующие методы:

 

Методы	Сущность метода	Возможности метода
Световой микроскопии	Использование светового микроскопа (увеличение объектов до 2 тыс. раз)	Изучение клеток и их наиболее крупных органоидов
Электронной микроскопии	Объект рассматривается в пучке электронов (увеличение до 200 тыс. раз)	Исследование строения отдельных органоидов клеток
Цитохимический (гистохимический)	Способность красителей избирательно окрашивать определенные органические в-ва	Позволяет изучать химический состав клетки
Авторадиографии (метод меченых атомов)	Выявление в клетке веществ, меченых радиоактивными изотопами	Исследование процессов превращения веществ и жизненного цикла клетки
Дифференциальное (разделительное) центрифугирование	Разделение клеточного содержимого в центрифуге на отдельные по массе слои	Позволяет выделять и изучать отдельные компоненты клетки
Рентгеноструктурного анализа	Исследование пространственного строения молекул сложных органических в-в	Изучение пространствен- ной структуры молекул (ДНК, РНК, белка и др.)
Замедленной кино- и фотосъемки	Съемка с помощью микроскопа	Изучение процессов деления клеток
Клеточных культур	Выращивание соматических клеток (клеточная масса или каллус) на питательных средах	Получают генетически однородные клетки или даже целые организмы
Микрохирургии	Операции на клетках для прижизненного извлечения или внедрения органоидов, ядра	Можно изучать отдельно взятые компоненты клеток

 

Цитология тесно связана с другими биологическими дисциплинами: с ботаникой, зоологией, анатомией, молекулярной биологией, экологией, эмбриологией, генетикой и другими науками.

 

Основные положения клеточной теории.

 

История открытия и изучения клетки связана с изобретением и усовершенствованием микроскопа. Клетка была открыта в 1665 г. Робертом Гуком, который описал клеточные стенки пробки. А.В. Левенгук впервые наблюдал одноклеточные организмы. Я. Пуркинье описал внутреннее содержимое клетки - протоплазму. Р.Броун открыл ядро. В 1839 году зоолог Т. Шванн на основе данных ботаника М. Шлейдена сформулировал основное положение клеточной теории:

а) все живые организмы состоят из клеток;

б) клетки животных и растений сходны по строению и химическому составу.

Немец Р. Вирхов дополнил клеточную теорию положением:

в) каждая клетка образуется путем деления материнской клетки.

Современная клеточная теории включает следующие положения:

1) Клетка - наименьшая структурная и функциональная единица живого.

2) Клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу, процессам обмена веществ и важнейшим проявлениям жизнедеятельности.

3) Новые клетки образуются путем деления материнской клетки.

4) Клетки многоклеточных организмов специализированы по функциям и образуют ткани, из которых построены органы.

Изучение клетки имеет важное значение для развития всего естествознания и для медицины в частности. Так, при многих заболеваниях поражаются клетки, а знание механизмов деления клеток, протекания обменных процессов в клетке позволит разработать новые методы лечения этих болезней.

Химический состав клетки.

В клетках обнаружено около 70 химических элементов периодической системы Менделеева. Но функции выяснены только для 24 химических элементов. При этом элементы, которые есть у живых организмов, есть и в неживой природе. Это указывает на единство живой и неживой природы.

 

	Основные (биогенные) макроэлементы, около 98% массы клетки	Макроэлементы 1,9 % массы клетки	Микроэлементы < 0,01 % массы клетки	Ультрамикро- элементы < 0,000001% массы клетки
Хим. элементы	O-62%, C-20% H-10%, N-3%	К, Na, Ca, Mg, S, P, Cl	Fe, I, Cu, Zn, B, F, Al и др.	Au, Ag, Pt, U

 

Кислород, углерод, водород и азот входят в состав органических веществ. К, Na - содержатся в клетке в виде ионов, участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Ca - необходим для свертывания крови, входит в состав костей и зубов. Mg - входит в состав хлорофилла; S – белков; P - костей, нуклеиновых кислот, АТФ; Cl - выделяющейся в желудке НCl; Fe – гемоглобина; I - гормонов щитовидной железы; F - зубной эмали; Со – витамина В_12; Zn – гормона поджелудочной железы инсулина.

Химические элементы в клетке образуют:

 

 

неорганические вещества органические вещества

 

 

вода минеральные соли липиды углеводы белки нуклеиновые кислоты