Белки. Строение и биологические функции

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского

(ФГБОУ ВО ИрГАУ)

 

 

Кафедра общей биологии и экологии
Контрольная работа по дисциплине «Основы биоэтики» Защита животных от жестокости
	Выполнил (-а): студент (-ка) 1 курса направления 020400.62 «Биология» Буданова Алина
	Проверил: доцент, к.б.н. Мокрый А.В.
Иркутск 2017

 

Содержание

1. Основные признаки живых систем…………………………………………….….3

2. Белки. Строение и биологические функции. …………………………………….8

3. Концепция экосистемы. Потоки вещества и энергии в экосистемах…………..15

 

Основные признаки живых систем.

Живой мир Земли представлен великим разнообразием живых организмов – бактерий, растений, грибов, животных. Всё это – уникальные формы жизни. Исторически возникшие биологическое разнообразие форм жизни на нашей планете – важнейшее свойство и ценность живой природы. В то же время у всех форм живого много общего, отличающего живую природу от неживой, что может служить свидетельством единства происхождения живой материи.

Определяя отличия живой природы от неживой, часто называют такие особенности живых существ, как питание, дыхание, размножение, выделение, подвижность, раздражимость, приспособленность, рост и развитие. В этих особенностях проявляются общие свойства живого. Однако строго научное разграничение на живые и неживые объекты встречает определённые трудности. Так, до сих пор нет единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне клеток организма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в вирусной частице в это время отсутствуют метаболические процессы, она не способна размножаться и т.д. Специфика живых объектов и жизненных процессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной структуры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни.

Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени. Структурная компактность и энергетическую экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне. "Именно в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул, - пишет Энгельгардт, - состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии". Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т.е. являются открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное.: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа "против равновесия" (Э. Бауэр).

Таким образом не смотря на то, что вопрос отличия живого и неживого до сих пор остается дискуссионным, можно выделить ряд общих свойств живых систем:

· Единство химического состава

· Обмен веществ

· Самовоспроизведение

· Наследственность

· Изменчивость

· Рост и развитие

· Раздражимость

· Ритмичность

· Относительная энергозависимость

· Дискретность и целостность

Далее рассмотрим данные свойства подробнее.

1. Единство химического состава.

В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, загнием, алюминием и т.д. В живых организмах есть ещё и органические вещества (сложные биополимеры) – углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты, образующие упорядоченные структуры.

Важнейшую роль в жизни организмов выполняют нуклеиновые кислоты и белки. Они обладают одним очень важным свойством – молекулярной дисимметрией (асимметрией), или молекулярной хиралъностъю, то есть оптической активностью, связанной с дисимметрией строения молекул. То есть их функционирование в клетках обеспечивает саморегуляцию всех процессов жизнедеятельности организма, его самовоспроизведение, а значит, само явление «жизнь».

В живых организмах 98 % химического состава приходится на 6 элементов (макробиогены): около 60 % кислорода, 20 % углерода, 10 % водорода, 3 % азота, 3,5 % кальция, 1 % фосфора. Для сравнения - неживая природа состоит (вес. %):

- атмосфера – 78 % азота и 21 % кислорода;

- литосфера – 34,6 % железа, 29,5 % кислорода, 15,2 % кремния,12,7 % магния;

- гидросфера – 88,9 % кислорода и 11,1 % водорода.

 

Обмен веществ.

Обмен веществ – это совокупность протекающих в организме многочисленных химических превращений веществ, поступивших при питании и дыхании из внешней среды.

Любой живой организм представляет собой открытую систему, то есть систему, которая не может существовать без постоянного притока энергии в виде пищи, света и т.д. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее элементы, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. При небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или изменяется их агрегатное состояние, тогда как у живых организмов обмен имеет качественно иной уровень, включая процессы синтеза и распада.

Путем ряда сложных химических превращений вещества, поглощенные из окружающей среды, трансформируются в вещества живого организма, из которых строится их тело. Такие процессы называются ассимиляцией (анаболизм), или пластическим обменом. Процессы, обратные ассимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, получили название диссимиляции (катаболизм). При таком распаде веществ утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза, вследствие чего диссимиляцию называют еще энергетическим обменом. Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены многочисленными химическими реакциями, объединенными в метаболические цепи, циклы, каскады. Последние представляют собой совокупность взаимосвязанных реакций, протекание которых строго упорядочено во времени и пространстве.

Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и как следствие - постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

 

3. Самовоспроизведение (репродукция).

Самовоспроизведение, репродукция, или размножение, - это свойство организмов воспроизводить себе подобных; этот процесс осуществляется практически на всех уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной молекулы ДНК при её удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, то есть образования структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК.

Отметим, что в живом мире преобладает бесполое и партеногенетическое (без самцов) размножение. Половой процесс менее распространен и в большей степени присущ высшим и низшим животным, а также цветковым растениям. Очень часто половой процесс многоступенчатый, связан с множеством уникальных приспособлений (физиологические, морфологические, поведенческие и т.д.). Например, у некоторых червей (паоло) в новолуние отрывается часть тела, которая всплывает к поверхности моря и только там происходит их размножение. В южных странах это период обжорства для большинства животных. Процесс воспроизводства особенно сложен у паразитов, так он происходит в телах хозяев при многократной смене формы тела и генетических структур. Однако в эволюционном отношении это, возможно, самые защищенные организмы.

Таким образом, самовоспроизведение – важнейшее свойство живого, поддерживающее непрерывность существования жизни.

 

Наследственность

Заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обусловлена стабильностью, основанной на постоянстве строения молекул ДНК.

Живые организмы передают потомкам заложенную в их генах информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Ген - единица наследственности, являющаяся мельчайшей внутриклеточной структурой. Генетический материал определяет направление развитие организма. Однако эта информация в процессе передачи несколько меняется, искажается, что делает потомков отличными от своих родителей. Это происходит по нескольким причинам. Первое - то, что процесс размножения по существу заключается в воспроизводстве (редупликации) основы организма - его ДНК. В бесполом процессе ДНК в дочерних клетках равноценно. При половом размножении новый организм получает как отцовский, так и материнский наследственный материал. Это типичный случай комбинаторики, где в процессе развития действовать будут лишь признаки. Главное, что процесс воспроизводства ДНК - сложнейшее сборочное производство, где возможны ошибки. Последние также инициируются внешними воздействиями (химические вещества, электромагнитное поле, радиация и т.д.) и внутренними причинами (стресс, патологии организма родителей и т.д.). Существуют также врожденные генетические аномалии.

 

Изменчивость

Изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц, то есть изменчивость зависит от условий окружающей среды и реакции индивида на них. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, то есть отбора наиболее приспособленных особей с «репродуктивным преимуществом» к конкретным условиям существования в природе, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов. Интересно, что во всех популяциях существует изменчивость.

 

6. Рост и развитие.

Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение состава или структуры объектов живой и неживой природы. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом. В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его биомассы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма - увеличение размеров и массы организма, связанное с репродукцией у него новых клеток, молекул и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.

 

Раздражимость.

Всякое изменение окружающих условий среды представляет собой по отношению к организму раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости, что позволяет ему ориентироваться в окружающей среде, следовательно, выживать в изменяющихся условиях. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.

Организмы, не имеющие нервной системы, например простейшие или растения, лишены и рефлексов. Их реакции, выражающиеся в изменении характера движения или роста, принято называть таксисами или тропизмами, прибавляя при их обозначении название раздражителя. Каждый род таксиса может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, действует раздражимость на организм притягивающим или отталкивающим образом.Под тропизмами понимают определенный характер роста, который свойственен растениям. Так, гелиотропизм означает рост наземных частей растений (стебля, листьев) по направлению к Солнцу, а геотропизм - рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли. Для растений характерны также настии – движения частей растительного организма, например движение листьев в течение светового дня, зависящее от положения Солнца на небосводе, раскрытие и закрытие венчика цветка и т. д.

8. Ритмичность.

Под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, то есть на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

 

9. Относительная энергозависимость.

Живые тела представляют "открытые" системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи в виде пищи из окружающей среды. Живые организмы в отличие от объектов неживой природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерживают пространственное единство системы.

 

Дискретность и целостность

Рассматривая любые явления и свойства живой и неживой природы, мы обязательно приходим к проблеме целого и части – наблюдаемые объекты являются частями целого и, в свою очередь, состоят из каких-то других частей. На каждом уровне организации выделяют элементарную единицу и элементарные явления. Элементарная единица – это структура, закономерное изменение которой приводит к элементарному явлению. Элементарной единицей молекулярно-генетического уровня является ген, клеточного – клетка, организменного – особь, популяционного – совокупность особей одного вида – популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса. Переход от одного уровня к другому происходит скачкообразно, дискретно. В этой связи иерархия биологической материи может рассматриваться в двух основных направлениях. Во-первых, это разделение живой материи по ее структурированности: молекула, органоид, клетка, ткань, орган, организм, популяция, вид, биоценоз, биогеоценоз, биосфера, ноосфера. Во-вторых, это дифференциация по типу получения энергии (царства растений, грибов, животных, вирусов) и степени развития (от низших организмов к высшим, например, – от амеб до человека).

Можно сказать, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно отграниченные особи, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка - рибосомами и т.д. вплоть до макромолекул. Свойство дискретности организма является основой его структурной упорядоченности, возможности постоянного самообновления с заменой структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки и целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения неприспособленных особей и сохранение индивидов с полезными для выживания признаками.

Отметим, что все звенья органического мира взаимосвязаны и взаимозависимы в своем существовании и развитии, то есть целостны и подчиняются общим законам. Например, зеленые растения в процессе фотосинтеза выделяют кислород, необходимый аэробным организмам для дыхания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ, который растения используют для синтеза органических веществ.

 

 

Строение белков

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из остатков α-L-аминокислот (которые являются мономерами), также в состав белков могут входить модифицированные аминокислотные остатки и компоненты неаминокислотной природы. Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки из 5 аминокислотных остатков оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислотных остатков (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10¹³⁰ вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.

При образовании белка в результате взаимодействия α-карбоксильной группы (-COOH) одной аминокислоты с α-аминогруппой (-NH₂) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют N- и C-концом, в зависимости от того, какая из групп концевого аминокислотного остатка свободна: -NH₂ или -COOH, соответственно. При синтезе белка на рибосоме первым (N-концевым) аминокислотным остатком обычно является остаток метионина, а последующие остатки присоединяются к C-концу предыдущего.

К. Линдстрём-Ланг предложил выделять 4 уровня структурной организации белков:

1. Первичную

2. Вторичную

3. Третичную

4. Четвертичную

Хотя такое деление несколько устарело, им продолжают пользоваться. Отметим, что на рисунке изображены уровни организации белков.

 

Первичная структура.

Первичная структура определяется порядком чередования аминокислот в цепи. Изменение в расположении даже одной аминокислоты ведет к образованию совершенно новой молекулы белка. Если молекула белка состоит всего из 10 аминокислотных остатков, то число теоретически возможных вариантов белковых молекул, отличающихся порядком чередования аминокислот – 1020. Имея 20 аминокислот, можно составить из них еще большее количество разнообразных комбинаций. В организме человека обнаружено порядка десяти тысяч различных белков, которые отличаются как друг от друга, так и от белков других организмов.

Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — устойчивые сочетания аминокислотных остатков, выполняющие определённую функцию и встречающиеся во многих белках. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка. По степени гомологии (сходства) аминокислотных последовательностей белков разных организмов можно оценивать эволюционное расстояние между таксонами, к которым принадлежат эти организмы.

Первичную структуру белка можно определить методами секвенирования белков или по первичной структуре его мРНК, используя таблицу генетического кода:

Прочерками обозначены триплеты, кодирующие стоп-кодоны.

 

Вторичная структура

 

На основе первичной структуры возникает вторичная структура - белковая цепь укладывается в спираль, состоящую из равномерных витков. Соседние витки соединены между собой слабыми водородными связями, которые при многократном повторении придают устойчивость молекулам белков с этой структурой.

Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей. Они слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость и жесткость. На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).

Приведем самые распространённые типы вторичной структуры белков:

· Альфа-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3,6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0,54 нм, спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Хотя α-спираль может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина.

· Бета-листы - несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга (0,34 нм на аминокислотный остаток) в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α-спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β-листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин

· Пи-спирали;

· неупорядоченные фрагменты.

 

Третичная структура

Спираль вторичной структуры укладывается в клубок, образуя третичную структуру. Форма клубка у каждого вида белков строго специфична и полностью зависит от первичной структуры, т. е. от порядка расположения аминокислот в цепи. Третичная структура удерживается благодаря множеству слабых электростатических связей: положительно и отрицательно заряженные группы аминокислот притягиваются и сближают даже далеко отстоящие друг от друга участки белковой цепи. Сближаются и иные участки белковой молекулы, несущие, например, гидрофобные (водоотталкивающие) группы.

Основную роль в образовании третичной структуры играют гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. В водных растворах гидрофобные радикалы стремятся спрятаться от воды, группируясь внутри глобулы, в то время как гидрофильные радикалы в результате гидратации (взаимодействия с диполями воды) стремятся оказаться на поверхности молекулы. У некоторых белков третичная структура стабилизируется дисульфидными ковалентными связями, возникающими между атомами серы двух остатков цистеина. На уровне третичной структуры существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.В стабилизации третичной структуры принимают участие:

· ковалентные связи

· ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;

· водородные связи;

· гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула сворачивается так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.

Третичную структуру имеют также многие молекулы нуклеиновых кислот; в частности, универсальную третичную структуру имеют молекулы тРНК.

 

Четвертичная структура

Она характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами. Субъединицы удерживаются в молекуле благодаря ионным, гидрофобным и электростатическим взаимодействиям. Иногда при образовании четвертичной структуры между субъединицами возникают дисульфидные связи. Наиболее изученным белком, имеющим четвертичную структуру, является гемоглобин. Он образован двумя α-субъединицами (141 аминокислотный остаток) и двумя β-субъединицами (146 аминокислотных остатков).

Белки четвертичной структуры могут быть определены с использованием различных экспериментальных методов, которые требуют образца белка в различных экспериментальных условиях. Эксперименты часто обеспечивают оценку массы нативного белка и, вместе со знанием массы и/или стехиометрии субъединицы, позволяют предположить четвертичную структуру. Число субъединиц в белковом комплексе часто может быть определено путём измерения гидродинамического молекулярного объёма или массы интактного комплекса. Некоторые методы биоинформатики были разработаны для прогнозирования признаков четвертичной структуры белков на основе информации об их последовательности.

 

В структурах белковых молекул наблюдается следующая закономерность: чем выше структурный уровень, тем слабее поддерживающие их химические связи. Связи, образующие четвертичную, третичную, вторичную структуру, крайне чувствительны к физико-химическим условиям среды, температуре, радиации и т. д. Под их воздействием структуры молекул белков разрушаются до первичной — исходной структуры. Такое нарушение природной структуры белковых молекул называется денатурацией. При удалении денатурирующего агента многие белки способны самопроизвольно восстанавливать исходную структуру. Если же природный белок подвергается действию вьюокой температуры или интенсивному действию других факторов, то он необратимо денатурируется. Именно фактом наличия необратимой денатурации белков клеток объясняется невозможность жизни в условиях очень высокой температуры.

Функции белков

Классификация белков по их функциям является достаточно условной, так как один и тот же белок может выполнять несколько функций. Хорошо изученным примером такой многофункциональности служит лизил-тРНК-синтетаза — которая не только присоединяет остаток лизина к тРНК, но и регулирует транскрипцию нескольких генов. Многие функции белки выполняют благодаря своей ферментативной активности.

Основные функции

1. Каталическая: управление скоростью химических реакций в биологических системах. Ферменты — это белки, обладающие специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), в том числе репликацию и репарацию ДНК и матричный синтез РНК.

2. Транспортная: Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство (аффинность) к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата. Так, Белок крови гемоглобин осуществляет перенос кислорода к органам и тканям. Альбумины участвуют в переносе липидов. Ряд других белков могут образовывать комплексы с железом, медью, жирами, витаминами и доставлять их к нужным органам.

3. Защитная: реализуется белками-антителами, которые вырабатываются иммунной системой организма при попадании в него чужеродных веществ, называемых антигенами (бактерий, вирусов и др.). Защитная функция также реализуется в способности белков крови, в частности фибриногена, образовывать сгусток (сворачиваться). Это защищает организм от потери крови при ранениях.

4. Структурная: Белки соединительной ткани, креатин, коллаген, эластин, ретикулин выполняют структурную функцию. Из них состоят покровы тела (кожи, волосы, ногти), сосуды. Белковые комплексы с липидами участвуют в образовании биомембран клеток.

5. Питательная: Питательная функция реализуется белками, ответственными за питание плода. Белки грудного молока (казеин), также выполняет эту функцию.

6. Моторная: Целый класс моторных белков обеспечивает движения организма, например, сокращение мышц, в том числе локомоцию (миозин), перемещение клеток внутри организма (например, амебоидное движение лейкоцитов), движение ресничек и жгутиков, а также активный и направленный внутриклеточный транспорт (кинезин, динеин). Динеины и кинезины проводят транспортировку молекул вдоль микротрубочек с использованием гидролиза АТФ в качестве источника энергии. Динеины переносят молекулы и органоиды из периферических частей клетки по направлению к центросоме, кинезины — в противоположном направлении. Динеины также отвечают за движение ресничек и жгутиков эукариот. Цитоплазматические варианты миозина могут принимать участие в транспорте молекул и органоидов по микрофиламентам.

Таким образом, из этого не полного списка функций белков, можно сделать вывод, что этим веществам принадлежит важная роль в живом организме.

 

 

Устойчивость экосистемы

 

Экосистема может быть описана комплексной схемой прямых и обратных связей, поддерживающих гомеостаз системы в некоторых пределах параметров окружающей среды. Таким образом, в некоторых пределах экосистема способна при внешних воздействиях поддерживать свою структуру и функции относительно неизменными. Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный — способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии и упругий — способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы. В англоязычной литературе используются сходные понятия: локальная устойчивость — англ. local stability (резистентный гомеостаз) и общая устойчивость — англ. global stability (упругий гомеостаз).

Иногда выделяют третий аспект устойчивости — устойчивость экосистемы по отношению к изменениям характеристик среды и изменению своих внутренних характеристик. В случае, если экосистема устойчиво функционирует в широком диапазоне параметров окружающей среды и/или в экосистеме присутствует большое число взаимозаменяемых видов (то есть, когда различные виды, сходные по экологическим функциям в экосистеме, могут замещать друг друга), такое сообщество называют динамически прочным (устойчивым). В обратном случае, когда экосистема может существовать в весьма ограниченном наборе параметров окружающей среды, и/или большинство видов незаменимы в своих функциях, такое сообщество называется динамически хрупким (неустойчивым). Необходимо отметить, что данная характеристика в общем случае не зависит от числа видов и сложности сообществ. Классическим примером может служить Большой Барьерный риф у берегов Австралии (северо-восточное побережье), являющийся одной из «горячих точек» биоразнообразия в мире — симбиотические водоросли кораллов, динофлагелляты, весьма чувствительны к температуре. Отклонение от оптимума буквально на пару градусов ведёт к гибели водорослей, а до 50-60 % (по некоторым источникам до 90 %) питательных веществ полипы получают от фотосинтеза своих мутуалистов.

У экосистем существует множество состояний, в которых она находится в динамическом равновесии; в случае выведения из него внешними силами, экосистема совершенно необязательно вернётся в изначальное состояние, зачастую её привлечёт ближайшее равновесное состояние (аттрактор), хотя оно может быть очень близким к первоначальному.

 

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского

(ФГБОУ ВО ИрГАУ)

 

 

Кафедра общей биологии и экологии
Контрольная работа по дисциплине «Основы биоэтики» Защита животных от жестокости
	Выполнил (-а): студент (-ка) 1 курса направления 020400.62 «Биология» Буданова Алина
	Проверил: доцент, к.б.н. Мокрый А.В.
Иркутск 2017

 

Содержание

1. Основные признаки живых систем…………………………………………….….3

2. Белки. Строение и биологические функции. …………………………………….8

3. Концепция экосистемы. Потоки вещества и энергии в экосистемах…………..15

 

Основные признаки живых систем.

Живой мир Земли представлен великим разнообразием живых организмов – бактерий, растений, грибов, животных. Всё это – уникальные формы жизни. Исторически возникшие биологическое разнообразие форм жизни на нашей планете – важнейшее свойство и ценность живой природы. В то же время у всех форм живого много общего, отличающего живую природу от неживой, что может служить свидетельством единства происхождения живой материи.

Определяя отличия живой природы от неживой, часто называют такие особенности живых существ, как питание, дыхание, размножение, выделение, подвижность, раздражимость, приспособленность, рост и развитие. В этих особенностях проявляются общие свойства живого. Однако строго научное разграничение на живые и неживые объекты встречает определённые трудности. Так, до сих пор нет единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне клеток организма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в вирусной частице в это время отсутствуют метаболические процессы, она не способна размножаться и т.д. Специфика живых объектов и жизненных процессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной структуры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений жизни.

Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени. Структурная компактность и энергетическую экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне. "Именно в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул, - пишет Энгельгардт, - состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие возрастанию энтропии". Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, т.е. являются открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а наблюдается обратное.: восстанавливаются разности энергетических потенциалов, химического состава и т.д., т.е. непрерывно происходит работа "против равновесия" (Э. Бауэр).

Таким образом не смотря на то, что вопрос отличия живого и неживого до сих пор остается дискуссионным, можно выделить ряд общих свойств живых систем:

· Единство химического состава

· Обмен веществ

· Самовоспроизведение

· Наследственность

· Изменчивость

· Рост и развитие

· Раздражимость

· Ритмичность

· Относительная энергозависимость

· Дискретность и целостность

Далее рассмотрим данные свойства подробнее.

1. Единство химического состава.

В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, загнием, алюминием и т.д. В живых организмах есть ещё и органические вещества (сложные биополимеры) – углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты, образующие упорядоченные структуры.

Важнейшую роль в жизни организмов выполняют ну