ÚROVNĚ ORGANIZACE ŽIVOTA

Živá příroda je holistický, ale heterogenní systém, který se vyznačuje hierarchická organizace. Pod Systém, ve vědě chápou jednotu nebo integritu, složenou z mnoha prvků, které jsou v pravidelných vztazích a vzájemných spojeních. Hlavní biologické kategorie, jako je genom (genotyp), buňka, organismus, populace, biogeocenóza, biosféra, jsou systémy. Hierarchický nazývá se systém, ve kterém jsou části nebo prvky uspořádány v pořadí od nejnižší k nejvyšší. Ve volné přírodě se tedy biosféra skládá z biogeocenóz reprezentovaných populacemi organismů odlišné typy a těla organismů mají buněčnou strukturu.

Hierarchický princip organizace umožňuje vyčlenit jednotlivce úrovně, což je výhodné z hlediska studia života jako komplexního přírodního jevu.

Široce používaný v biomedicínské vědě klasifikace úrovně v souladu s nejdůležitějšími částmi, strukturami a součástmi těla, které jsou přímými předměty studia badatelů různých specializací. Takovými objekty mohou být organismus jako takový, orgány, tkáně, buňky, intracelulární struktury, molekuly. Výběr úrovní uvažované klasifikace je v dobré shodě s rozlišením metod používaných biology a lékaři: studium předmětu pouhým okem, pomocí lupy, světelně-optického mikroskopu, elektronového mikroskopu a moderní fyzikální a chemické metody. Zřejmý je i vztah mezi těmito úrovněmi a typickými velikostmi studovaných biologických objektů (tab. 1.1).

Tabulka 1.1. Úroveň organizace (studie) přidělená v mnohobuněčném organismu (podle E. Ds. Roberts et al., 1967, se změnami)

Vzájemné pronikání myšlenek a metod různých oborů přírodních věd (fyzika, chemie, biologie), vznik věd na rozhraní těchto oborů (biofyzika, biochemie, molekulární biologie) vedl k rozšíření klasifikace, až na příděl. molekulárních a elektronově atomových úrovních. Lékařsko-biologický výzkum prováděný na těchto úrovních již poskytuje praktický přístup k veřejnému zdraví. Přístroje založené na jevech elektronové paramagnetické a nukleární magnetické rezonance se tedy úspěšně používají k diagnostice chorob a stavů těla.

Schopnost zkoumat základní biologické procesy, které probíhají v těle na buněčné, subcelulární a dokonce i molekulární úrovni, je vynikající, ale ne jediná. punc moderní biologie. Vyznačuje se hlubokým zájmem o procesy ve společenstvech organismů, které určují planetární roli života.

Klasifikace tak byla doplněna o supraorganismální úrovně, jako jsou druhy, biogeocenotické, biosférické.

Výše diskutovanou klasifikaci následuje většina specifických biomedicínských a antropobiologických věd. To není překvapivé, protože odráží úrovně organizace živé přírody prostřednictvím historicky stanovených úrovní jejího studia. Cílem kurzu biologie na lékařské fakultě je naučit co nejvíce úplný popis biologické „dědictví“ lidí. K vyřešení tohoto problému je vhodné použít klasifikaci, která co nejpřesněji odráží úrovně organizace života.

Ve jmenované klasifikaci se rozlišují molekulárně-genetické, buněčné, organismické, případně ontogenetické, populačně-druhové, biogeocenotické úrovně. Zvláštnost této klasifikace spočívá v tom, že jednotlivé úrovně hierarchického systému života jsou v ní určeny na společném základě pro přidělení pro každou úroveň. základní jednotka A elementární jev. Elementární jednotka je struktura nebo předmět, jehož pravidelné změny, označované jako elementární jev, přispívají na odpovídající úrovni k procesu uchování a rozvoje života. Korespondence rozlišených úrovní s klíčovými body evolučního procesu, mimo které nestojí žádný živý tvor, je činí univerzálními a zasahuje do celé oblasti života, včetně člověka.

Základní jednotka zapnuta molekulárně genetické úrovni gen je fragment molekuly nukleové kyseliny, ve kterém je zaznamenáno kvalitativně a kvantitativně stanovené množství biologické (genetické) informace. Elementární jev spočívá především v procesu konvariantní reduplikace, nebo sebereprodukce, s možností některých změn v obsahu informace zakódované v gen. Prostřednictvím replikace DNA se kopíruje biologická informace obsažená v genech, což zajišťuje kontinuitu a zachování (konzervativitu) vlastností organismů v řadě generací. Reduplikace je tedy základem dědičnosti.

Kvůli omezené stabilitě molekul nebo chybám syntézy v DNA (čas od času, ale nevyhnutelně) dochází k poruchám, které mění informaci genů. V následné replikaci DNA jsou tyto změny reprodukovány v molekulách kopií a zděděny organismy dceřiné generace. K těmto změnám dochází a replikují se přirozeně, díky čemuž je replikace DNA kovariantní, tzn. vyskytující se někdy s určitými úpravami. Tyto změny v genetice se nazývají genetický(nebo pravda) mutace. Replikační konvariance tedy slouží jako základ pro mutační variaci.

Biologická informace obsažená v molekulách DNA se přímo nepodílí na životních procesech. Přechází do aktivní formy a přechází na molekuly bílkovin. Označený přenos se provádí díky mechanismu syntéza matrice, ve kterém původní DNA slouží, jako v případě reduplikace, jako templát (forma), ale pro tvorbu nikoli dceřiné molekuly DNA, ale messenger RNA, která řídí biosyntézu proteinů. Uvedené dává důvod klasifikovat matricovou syntézu informačních makromolekul jako elementární jev na molekulárně genetické úrovni organizace života.

Vtělení biologické informace do konkrétních životních procesů vyžaduje speciální struktury, energii a různé chemikálie (substráty). Výše popsané podmínky u volně žijících zvířat zajišťuje buňka, která slouží jako elementární struktura buněčné úrovni. Představuje se elementární jev buněčné metabolické reakce tvoří základ toků energie, látek a informací. Díky aktivitě buňky se látky přicházející zvenčí přeměňují na substráty a energii, které jsou (v souladu s dostupnou genetickou informací) využívány v procesu biosyntézy bílkovin a dalších pro tělo nezbytných sloučenin. Na buněčné úrovni tak dochází ke konjugaci mechanismů přenosu biologických informací a přeměny látek a energie. Elementární jev na této úrovni slouží jako energetický a materiální základ života na všech ostatních úrovních jeho organizace.

základní jednotka tělo / ta úroveň je individuální ve svém vývoji od okamžiku vzniku až po ukončení existence jako živého systému, což nám také umožňuje tuto úroveň nazývat ontogenetické. Základním jevem této úrovně jsou pravidelné změny organismu v individuálním vývoji. Tyto změny zajišťují růst organismu, diferenciaci jeho částí a zároveň integraci vývoje do jediného celku, specializaci buněk, orgánů a tkání. Během ontogeneze za určitých podmínek vnější prostředí dochází k vtělení dědičné informace do biologických struktur a procesů, na základě genotypu se utváří fenotyp organismů daného druhu.

základní jednotka populačně-druhová úroveň slouží populace - skupina jedinců stejného druhu. Sdružování jednotlivců do populace nastává v důsledku shody genofond, používá se v procesu sexuální reprodukce k vytvoření genotypů jedinců příští generace. Obyvatel, vzhledem k možnosti mezipopulačních přechodů, je otevřený genetický systém. Působením na genofond populace elementárních evolučních faktorů, jako je mutační proces, kolísání počtu jedinců, přirozený výběr, dochází k evolučně významným změnám genofondu, které na dané úrovni představují elementární jevy.

Organismy jednoho druhu obývají území se známými abiotickými parametry (klima, půdní chemie, hydrologické podmínky) a interagují s organismy jiných druhů. V procesu spojování historický vývoj na určitém území organismů různých systematických skupin vznikají dynamická, časově stabilní společenstva - biogeocenózy, které slouží jako základní jednotka biogeocenotické(ekosystém) úroveň. Elementární jev na uvažované úrovni představují energetické toky a koloběhy látek. Vedoucí úloha v těchto cyklech a tocích patří živým organismům. Biogeocenóza je materiálně a energeticky otevřený systém. Biogeocenózy, lišící se druhovým složením a charakteristikami své abiotické části, jsou na planetě sjednoceny do jediného komplexu - oblasti distribuce života, popř. biosféra.

Výše uvedené úrovně odrážejí nejdůležitější biologické jevy, bez kterých je evoluce a následně i samotná existence života nemožná. I když jsou elementární jednotky a jevy na jednotlivých úrovních odlišné, jsou všechny úzce propojeny a svůj specifický úkol řeší v rámci jediného evolučního procesu. Elementární základy tohoto procesu jsou spojeny s konvariantní reduplikací na molekulárně genetické úrovni v podobě jevů dědičnosti a skutečné mutační variability. Zvláštní role buněčné úrovně je v energetické, materiální a informační podpoře toho, co se děje na všech ostatních úrovních. Na ontogenetické úrovni se biologická informace obsažená v genech transformuje do komplexu znaků a vlastností organismu. Výsledný fenotyp se stává dostupným pro působení přirozeného výběru. Na populačně-druhové úrovni se zjišťuje evoluční hodnota změn souvisejících s molekulárně-genetickou, buněčnou a ontogenetickou úrovní. Specifická role biogeocenotické úrovně spočívá ve vytváření společenstev organismů různých druhů přizpůsobených k soužití v určitém biotopu. Důležitým rozlišovacím znakem takových společenství je jejich stabilita v čase.

Uvažované úrovně odrážejí obecnou strukturu evolučního procesu, jehož přirozeným výsledkem je člověk. Elementární struktury a jevy typické pro tyto úrovně proto platí i pro lidi, nicméně s některými zvláštnostmi danými jejich sociální podstatou.

ÚROVNĚ ŽIVÉ ORGANIZACE

Existuje molekulární, buněčná, tkáňová, orgánová, organismus, populace, druhová, biocenotická a globální (biosférická) úroveň organizace živých. Na všech těchto úrovních se projevují všechny vlastnosti charakteristické pro živé věci. Každá z těchto úrovní se vyznačuje rysy vlastními jiným úrovním, ale každá úroveň má své vlastní specifické rysy.

Molekulární úroveň. Tato úroveň je hluboko v organizaci živého a je reprezentována molekulami nukleových kyselin, proteinů, sacharidů, lipidů a steroidů, které jsou v buňkách a nazývají se biologické molekuly. Na této úrovni se zahajují a provádějí nejdůležitější procesy vitální činnosti (kódování a přenos dědičných informací, dýchání, metabolismus a energetický metabolismus, variabilita atd.). Fyzikálně-chemická specifičnost této úrovně spočívá v tom, že složení živých zahrnuje velký počet chemické prvky, ale většinu života představují uhlík, kyslík, vodík a dusík. Molekuly se tvoří ze skupiny atomů a z těch druhých vznikají složité chemické sloučeniny, které se liší strukturou a funkcí. Většinu těchto sloučenin v buňkách představují nukleové kyseliny a proteiny, jejichž makromolekuly jsou polymery syntetizované v důsledku tvorby monomerů a jejich kombinací v určitém pořadí. Kromě toho mají monomery makromolekul ve stejné sloučenině stejné chemické skupiny a jsou spojeny pomocí chemických vazeb mezi atomy, jejich nespecifické

ikální části (oblasti). Všechny makromolekuly jsou univerzální, protože jsou postaveny podle stejného plánu, bez ohledu na jejich druh. Tím, že jsou univerzální, jsou zároveň jedinečné, protože jejich struktura je jedinečná. Například složení nukleotidů DNA zahrnuje jednu dusíkatou bázi ze čtyř známých (adenin, guanin, cytosin nebo thymin), v důsledku čehož je každý nukleotid jedinečný svým složením. Sekundární struktura molekul DNA je také jedinečná.

Biologická specifičnost molekulární úrovně je určena funkční specifitou biologických molekul. Například specifičnost nukleových kyselin spočívá v tom, že kódují genetickou informaci pro syntézu proteinů. Kromě toho se tyto procesy provádějí jako výsledek stejných fází metabolismu. Například biosyntéza nukleových kyselin, aminokyselin a proteinů probíhá ve všech organismech podobným způsobem. Oxidace mastných kyselin, glykolýza a další reakce jsou také univerzální.

Specifičnost proteinů je dána specifickou sekvencí aminokyselin v jejich molekulách. Tato sekvence definuje další specifické biologické vlastnosti bílkoviny, protože jsou hlavní stavební bloky buňky, katalyzátory a regulátory reakcí v buňkách. Sacharidy a lipidy slouží jako nejdůležitější zdroje energie, zatímco steroidy jsou důležité pro regulaci řady metabolických procesů.

Na molekulární úrovni dochází k přeměně energie – energie záření na chemickou energii uloženou v sacharidech a dalších chemických sloučeninách a chemická energie sacharidů a dalších molekul – na biologicky dostupnou energii uloženou ve formě makroergických vazeb ATP. Nakonec se zde energie makroergických fosfátových vazeb přeměňuje na práci – mechanickou, elektrickou, chemickou, osmotickou. Mechanismy všech metabolických a energetických procesů jsou univerzální.

Biologické molekuly také zajišťují kontinuitu mezi molekulami a další úrovní (buněčnou), protože jsou materiálem, ze kterého se tvoří supramolekulární struktury. Molekulární úroveň je "aréna" chemické reakce které dodávají energii na buněčnou úroveň.

Buněčná úroveň. Tuto úroveň organizace živých představují buňky fungující jako nezávislé organizace.

mov (bakterie, prvoci atd.), stejně jako buňky mnohobuněčných organismů. Hlavním specifikem této úrovně je, že na ní začíná život. Buňky, které jsou schopny života, růstu a reprodukce, jsou hlavní formou organizace živé hmoty, elementárními jednotkami, ze kterých jsou postaveny všechny živé bytosti (prokaryota a eukaryota). Mezi rostlinnými a živočišnými buňkami nejsou žádné zásadní rozdíly ve struktuře a funkci. Některé rozdíly se týkají pouze struktury jejich membrán a jednotlivých organel. Mezi prokaryotickými buňkami a eukaryotickými buňkami jsou patrné rozdíly ve struktuře, ale z funkčního hlediska jsou tyto rozdíly vyrovnány, protože pravidlo „buňka z buňky“ platí všude.

Specifičnost buněčné úrovně je dána specializací buněk, existencí buněk jako specializovaných jednotek mnohobuněčného organismu. Na buněčné úrovni dochází k diferenciaci a uspořádání životně důležitých procesů v prostoru a čase, což je spojeno s omezením funkcí do různých subcelulárních struktur. Například eukaryotické buňky mají výrazně vyvinuté membránové systémy (plazmatická membrána, cytoplazmatické retikulum, lamelární komplex) a buněčné organely (jádro, chromozomy, centrioly, mitochondrie, plastidy, lysozomy, ribozomy). Membránové struktury jsou „arénou“ nejdůležitějších životních procesů a dvouvrstvá struktura membránového systému výrazně zvětšuje plochu „arény“. Membránové struktury navíc zajišťují prostorovou separaci mnoha biologických molekul v buňkách a jejich fyzický stav umožňuje neustálý difúzní pohyb některých molekul proteinů a fosfolipidů v nich obsažených. Membrány jsou tedy systémem, jehož součásti jsou v pohybu. Vyznačují se různými přestavbami, které určují dráždivost buněk - nejdůležitější vlastnost naživu.

úroveň tkáně. Tuto úroveň představují tkáně, které kombinují buňky určité struktury, velikosti, umístění a podobných funkcí. Tkáně vznikly v průběhu historického vývoje spolu s mnohobuněčností. U mnohobuněčných organismů vznikají během ontogeneze v důsledku buněčné diferenciace. U zvířat se rozlišuje několik typů tkání (epiteliální, pojivové, svalové, krevní, nervové a reprodukční). Závody

stíny rozlišují meristematické, ochranné, základní a vodivé tkáně. Na této úrovni dochází ke specializaci buněk.

Orgánová úroveň. Zastoupeny orgány organismů. U rostlin a živočichů jsou orgány tvořeny o různé množství tkaniny. U prvoků provádějí trávení, dýchání, oběh látek, vylučování, pohyb a rozmnožování různé organely. Pokročilejší organismy mají orgánové systémy. Obratlovci se vyznačují cefalizací, která spočívá v koncentraci nejdůležitějších nervových center a smyslových orgánů v hlavě.

Úroveň organismu. Tuto úroveň představují samotné organismy – jednobuněčné a mnohobuněčné organismy rostlinné a živočišné povahy. Specifickým rysem organismické úrovně je, že na této úrovni dochází k dekódování a implementaci genetické informace, vytváření strukturních a funkčních znaků vlastních organismům daného druhu.

druhová úroveň. Tato úroveň je určena rostlinnými a živočišnými druhy. V současné době existuje asi 500 tisíc rostlinných druhů a asi 1,5 milionu živočišných druhů, jejichž zástupci se vyznačují širokou škálou biotopů a obývají různá ekologické niky. Druh je také jednotkou klasifikace živých bytostí.

populační úroveň. Rostliny a zvířata neexistují izolovaně; jsou sjednoceni v populacích, které se vyznačují určitým genofondem. V rámci stejného druhu může existovat jeden až mnoho tisíc populací. V populacích probíhají elementární evoluční transformace, vyvíjí se nová adaptivní forma.

Biocenotická úroveň. Představují ji biocenózy - společenstva organismů různých druhů. V takových společenstvech na sobě organismy různých druhů do určité míry závisejí. V průběhu historického vývoje se vyvinuly biogeocenózy (ekosystémy), což jsou systémy skládající se ze vzájemně závislých společenstev organismů a abiotických faktorů prostředí. Ekosystémy jsou charakterizovány rovnováhou tekutin mezi organismy a abiotické faktory. Na této úrovni se provádějí materiálně-energetické cykly spojené s životně důležitou činností organismů.

Globální (biosférická) úroveň. Tato úroveň je nejvyšší formou organizace života (živých systémů). Představuje ji biosféra. Na této úrovni jsou všechny cykly hmoty a energie sjednoceny do jediného obřího biosférického cyklu látek a energie.

Mezi různými úrovněmi organizace života existuje dialektická jednota. Živobytí je organizováno podle typu systémové organizace, jejímž základem je hierarchie systémů. Přechod z jedné úrovně do druhé je spojen se zachováním funkčních mechanismů fungujících na předchozích úrovních a je doprovázen objevením se struktury a funkcí nových typů, jakož i interakcí charakterizovanou novými rysy, tj. objeví se nová kvalita.

2. Nukleové kyseliny (DNA a RNA) a proteiny přitahují pozornost jako substrát života. Nukleové kyseliny jsou složité chemické sloučeniny obsahující uhlík, kyslík, vodík, dusík a fosfor. DNA je genetický materiál buněk a určuje chemickou specifitu genů. Pod kontrolou DNA probíhá syntéza proteinů, na které se podílí RNA. Všechny živé organismy v přírodě se skládají ze stejných úrovní organizace; to je charakteristický biologický vzorec společný všem živým organismům. Rozlišují se tyto úrovně organizace živých organismů: Molekulárně-genetická úroveň.

Toto je nejzákladnější charakteristika života. Bez ohledu na to, jak složitá nebo jednoduchá je struktura jakéhokoli živého organismu, všechny se skládají ze stejných molekulárních sloučenin. Příkladem toho jsou nukleové kyseliny, proteiny, sacharidy a další složité molekulární komplexy organických a anorganických látek.

Někdy se jim říká biologické makromolekulární látky. Na molekulární úrovni probíhají různé životní procesy živých organismů: metabolismus, přeměna energie. Pomocí molekulární úrovně se uskutečňuje přenos dědičné informace, vznikají jednotlivé organely a dochází k dalším procesům.

Buněčná úroveň.

Buňka je stavební a funkční jednotka všech živých organismů na Zemi. Jednotlivé organely v buňce mají charakteristickou stavbu a plní specifickou funkci. Funkce jednotlivých organel v buňce jsou propojeny a provádějí běžné životní procesy.

U jednobuněčných organismů (jednobuněčných řas a prvoků) probíhají všechny životní procesy v jedné buňce a jedna buňka existuje jako samostatný organismus. Vzpomeňte si na jednobuněčné řasy, chlamydomonas, chlorellu a prvoky - améby, nálevníky aj. U mnohobuněčných organismů nemůže jedna buňka existovat jako samostatný organismus, ale je elementární stavební jednotkou organismu.

úroveň tkáně.

Soubor buněk a mezibuněčných látek podobného původu, struktury a funkcí tvoří tkáň. Tkáňová úroveň je typická pouze pro mnohobuněčné organismy. Také jednotlivé tkáně nejsou samostatným celostním organismem. Například těla zvířat a lidí se skládají ze čtyř různých tkání (epiteliální, pojivová, svalová a nervová). Rostlinná pletiva se nazývají: vzdělávací, krycí, podpůrná, vodivá a vylučovací. Připomeňte si stavbu a funkce jednotlivých tkání.

Orgánová úroveň.

U mnohobuněčných organismů tvoří orgánovou úroveň spojení několika stejných tkání, podobných strukturou, původem a funkcemi. Každý orgán obsahuje několik tkání, ale jedna z nich je nejvýznamnější. Samostatný orgán nemůže existovat jako celý organismus. Několik orgánů, které mají podobnou strukturu a funkci, se spojí a vytvoří orgánový systém, například trávení, dýchání, krevní oběh atd.

Úroveň organismu.

Rostliny (chlamydomonas, chlorella) a živočichové (améby, nálevníky aj.), jejichž těla se skládají z jedné buňky, jsou samostatným organismem. Samostatný jedinec mnohobuněčných organismů je považován za samostatný organismus. V každém jednotlivém organismu probíhají všechny životně důležité procesy charakteristické pro všechny živé organismy - výživa, dýchání, metabolismus, dráždivost, rozmnožování atd. Každý samostatný organismus za sebou zanechává potomstvo.

U mnohobuněčných organismů nejsou buňky, tkáně, orgány a orgánové systémy samostatným organismem. Pouze ucelená soustava orgánů specializovaných na vykonávání různých funkcí tvoří samostatný samostatný organismus. Vývoj organismu od oplodnění do konce života trvá určitou dobu. Tento individuální vývoj každého organismu se nazývá ontogeneze. Organismus může existovat v těsném vztahu s prostředím.

Populační-druhová úroveň.

Soubor jedinců jednoho druhu nebo skupiny, kteří existují po dlouhou dobu v určité části areálu relativně odděleně od jiných agregátů stejného druhu, tvoří populaci. Na populační úrovni se provádějí nejjednodušší evoluční přeměny, což přispívá k postupnému vzniku nového druhu.

Biogeocenotická úroveň.

Souhrn organismů různých druhů a organizace různé složitosti, přizpůsobených stejným podmínkám prostředí, se nazývá biogeocenóza nebo přirozené společenství. Složení biogeocenózy zahrnuje četné typy živých organismů a podmínky prostředí. V přirozených biogeocenózách se energie akumuluje a přenáší z jednoho organismu na druhý. Biogeocenóza zahrnuje anorganické, organické sloučeniny a živé organismy.

biosférická úroveň.

Úhrn všech živých organismů na naší planetě a jejich společné přirozené prostředí tvoří biosférickou úroveň. Na biosférické úrovni rozhoduje moderní biologie globální problémy, například stanovení intenzity tvorby volného kyslíku vegetačním krytem Země nebo změn koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře souvisejících s činností člověka.

Zejména vlastnosti živých věcí lze nazvat:

1. Sebeobnova, která je spojena s neustálou výměnou hmoty a energie a která je založena na schopnosti uchovávat a využívat biologické informace ve formě jedinečných informačních molekul: proteinů a nukleových kyselin.

2. Samoreprodukce, která zajišťuje kontinuitu mezi generacemi biologických systémů.

3. Seberegulace, která je založena na toku hmoty, energie a informací.

4. Většina chemických procesů v těle není v dynamickém stavu.

5. Živé organismy jsou schopné růstu.

trvalý, které tráví celý svůj životní cyklus v hostitelském organismu a využívají jej jako zdroj potravy a stanoviště (například ascaris, tasemnice, vši);

A) intrakavitární - lokalizované v dutinách spojených s vnějším prostředím (například ve střevě - ascaris, bičík);

b) tkáň lokalizované v tkáních a uzavřených dutinách; (např. motolice jaterní, cysticerci tasemnice);

PROTI) intracelulární- lokalizované v buňkách; (např. malarická plazmodia, toxoplazma).

další, nebo druhý mezihostitel (např. ryba pro motolice kočičí);

1) Zažívací(ústy s jídlem) - vajíčka helmintů, cysty prvoků v případě nedodržování pravidel osobní hygieny a hygieny potravin (zelenina, ovoce); larvy helmintů (trichinella) a vegetativní formy prvoků (toxoplasma) s nedostatečným kulinářským zpracováním masných výrobků.

2) Ve vzduchu(přes sliznice dýchacích cest) - viry (chřipka) a bakterie (záškrt, mor) a někteří prvoci (toxoplazma).

3) Kontakt na domácnost(přímý kontakt s nemocnou osobou nebo zvířetem, prostřednictvím prádla a předmětů pro domácnost) - vajíčka kontaktních helmintů (špendlík, zakrslá tasemnice) a mnoha členovců (vši, svrab).

4) Přenosné- za účasti přenašeče - členovce:

A) očkování - přes proboscis při sání krve (malarická plazmodia, trypanozomy);

b) kontaminace- při česání a vtírání exkrementů nebo nosné hemolymfy do kůže (všivý tyfus, mor).

Transplacentární(přes placentu) - toxoplazma, malarická plazmodia.

Sexuální(při pohlavním styku) - virus AIDS, Trichomonas.

Transfúze(při krevní transfuzi) - virus AIDS, malarická plazmodia, trypanozomy.

a) vysoce přizpůsobené(rozpory v systému se prakticky neobjevují);

Rozlišují se následující formy projevu specifičnosti:

aktuální: určitá lokalizace v hostiteli (vši hlavy a těla, roztoč svrab, střevní helminti);

stáří(děti častěji postihují pinworms a zakrslá tasemnice);

sezónní(výskyt amébové úplavice je spojen s obdobím jaro-léto, trichinelóza - s obdobím podzim-zima).

Nejtěžší věc v životě je s jednoduchostí.

A. Koni

ELEMENTÁLNÍ SLOŽENÍ ORGANISMŮ

Molekulární úroveň organizace života

- jde o úroveň organizace, jejíž vlastnosti jsou určovány chemickými prvky a molekulami a jejich účastí na procesech přeměny látek, energie a informací. Aplikace strukturně-funkčního přístupu k pochopení života na této úrovni organizace nám umožňuje identifikovat hlavní strukturální složky a procesy, které určují strukturální a funkční uspořádání úrovně.

Strukturní organizace molekulární úrovně. Elementární strukturní složky molekulární úrovně organizace života jsou chemické prvky Jak určité typy atomy, a nejsou vzájemně propojené a mají své vlastní specifické vlastnosti. Distribuce chemických prvků v biosystémech je určena právě těmito vlastnostmi a závisí především na velikosti náboje jádra. Nazývá se věda, která studuje rozložení chemických prvků a jejich význam pro biosystémy biogeochemie. Zakladatelem této vědy byl geniální ukrajinský vědec V. I. Vernadskij, který objevil a vysvětlil souvislost mezi živou a neživou přírodou prostřednictvím biogenního toku atomů a molekul při realizaci jejich základních životních funkcí.

Chemické prvky se spojují a tvoří odpustil složité anorganické sloučeniny, které jsou spolu s organickými látkami molekulárními složkami molekulární úrovně organizace. Jednoduché látky (kyslík, dusík, kovy atd.) jsou tvořeny chemicky spojenými atomy téhož prvku a složité látky (kyseliny, soli atd.) se skládají z atomů různých chemických prvků.

Od jednoduchých a složitých anorganických látek až po biologické systémy vytvořený meziproduktové sloučeniny(například acetát, ketokyseliny), které tvoří jednoduché organická hmota nebo malé biomolekuly. Jedná se především o čtyři třídy molekul – mastné kyseliny, monosacharidy, aminokyseliny a nukleotidy. nazývají se stavební bloky, protože se z nich staví molekuly další hierarchické podúrovně. Jednoduché strukturní biomolekuly jsou vzájemně kombinovány různými kovalentními vazbami a tvoří se makromolekuly. Jsou to tak důležité třídy jako lipidy, proteiny, oligo- a polysacharidy a nukleové kyseliny.

V biosystémech mohou být makromolekuly kombinovány prostřednictvím nekovalentních interakcí supramolekulární komplexy. Nazývají se také intermolekulární komplexy nebo molekulární soubory nebo komplexní biopolymery (například komplexní enzymy, komplexní proteiny). Na nejvyšší, již buněčné úrovni organizace, se supramolekulární komplexy spojují s tvorbou buněčných organel.

Molekulární úroveň je tedy charakterizována určitou strukturní hierarchií molekulární organizace: chemické prvky - jednoduché a složité anorganické sloučeniny - meziprodukty - malé organické molekuly - makromolekuly - supramolekulární komplexy.

Funkční organizace na molekulární úrovni . Molekulární úroveň organizace živé přírody spojuje a velké množství různé chemické reakce, které určují jeho uspořádanost v čase. Chemické reakce jsou jevy, při kterých se některé látky mající určité složení a vlastnosti přeměňují na jiné látky. - s jiným složením a jinými vlastnostmi. reakce mezi prvky, anorganické látky nejsou specifické pro živé věci, specifické pro život existuje určitý řád těchto reakcí, jejich posloupnost a spojení do uceleného systému. Existují různé klasifikace chemických reakcí. Na základě změn množství výchozích a konečných látek se rozlišují 4 typy reakcí: zprávy, rozšíření, výměna A substituce. V závislosti na využití energie emitují exotermický(uvolňuje se energie) a endotermní(energie je absorbována). Organické sloučeniny jsou také schopny různých chemických přeměn, které mohou probíhat jak beze změn uhlíkového skeletu, tak se změnami. Reakce bez změny uhlíkové kostry jsou substituční, adiční, eliminační, izomerizační reakce. NA reakce se změnou uhlíkového skeletu zahrnují reakce, jako je prodlužování řetězce, zkracování řetězce, izomerizace řetězce, cyklizace řetězce, otevírání kruhu, kontrakce kruhu a expanze kruhu. Naprostá většina reakcí v biosystémech je enzymatická a tvoří agregát zvaný metabolismus. Hlavní typy enzymatických reakcí redox, transfer, hydrolýza, nehydrolytický rozklad, izomerizace a syntéza. V biologických systémech může mezi organickými molekulami docházet i k reakcím polymerace, kondenzace, syntézy matrice, hydrolýzy, biologické katalýzy atd. Většina reakcí mezi organickými sloučeninami je specifická pro živou přírodu a v neživé přírodě k nim dojít nemůže.

Vědy, které studují molekulární úroveň. Hlavní vědní obory, které studují molekulární úroveň, jsou biochemie a molekulární biologie. Biochemie je věda o podstatě životních jevů a jejich základem je metabolismus a pozornost molekulární biologie je na rozdíl od biochemie zaměřena především na studium struktury a funkcí bílkovin.

Biochemie - věda, která studuje chemické složení organismy, struktura, vlastnosti, význam chemických sloučenin v nich nacházejících se a jejich přeměna v procesu metabolismu. Termín "biochemie" byl poprvé navržen v roce 1882, nicméně se má za to, že získal široké použití po práci německého chemika K. Neuberga v roce 1903. Biochemie jako samostatná věda vznikla ve druhé polovině 19. století. díky vědecká činnost takoví známí biochemici jako A. M. Butlerov, F. Wehler, F. Misher, A. Ya. Danilevsky, Yu. Liebikh, L. Pasteur, E. Buchner, K. A. Timiryazev, M. I. Lunin a další Moderní biochemie tvoří spolu s molekulární biologií, bioorganickou chemií, biofyzikou, mikrobiologií jeden celek vzájemně propojených věd - fyzikální a chemické biologie, která studuje fyzikální a chemické základy živé hmoty. Jedním z obecných úkolů biochemie je stanovení mechanismů fungování biosystémů a regulace vitální aktivity buněk, které zajišťují jednotu metabolismu a energie v těle.

Molekulární biologie - věda, která studuje biologické procesy na úrovni nukleových kyselin a proteinů a jejich nadmolekulárních struktur. Za datum vzniku molekulární biologie jako samostatné vědy se považuje rok 1953, kdy F. Crick a J. Watson na základě biochemie a dat rentgenové difrakce navrhli model trojrozměrné struktury DNA, který se nazývala dvojitá šroubovice. Nejdůležitějšími sekcemi této vědy jsou molekulární genetika, molekulární virologie, enzymologie, bioenergetika, molekulární imunologie a molekulární vývojová biologie. Základními úkoly molekulární biologie je stanovení molekulárních mechanismů hlavních biologických procesů v důsledku strukturních a funkčních vlastností a interakce nukleových kyselin a proteinů, jakož i studium regulačních mechanismů těchto procesů.

Metody pro studium života na molekulární úrovni vznikaly především ve 20. století. Nejběžnější z nich jsou chromatografie, ultracentrifugace, elektroforéza, rentgenová difrakční analýza, fotometrie, spektrální analýza, tracerová metoda atd.

Úrovně organizace bydlení

V organizaci živé se rozlišuje především molekulární, buněčná, tkáňová, orgánová, organismus, populace, druhy, biocenotická a globální (biosférická) úroveň. Na všech těchto úrovních se projevují všechny vlastnosti charakteristické pro živé věci. Každá z těchto úrovní se vyznačuje rysy vlastními jiným úrovním, ale každá úroveň má své vlastní specifické rysy.

Molekulární úroveň. Tato úroveň je hluboko v organizaci živého a je reprezentována molekulami nukleových kyselin, proteinů, sacharidů, lipidů a steroidů, které se nacházejí v buňkách a jak již bylo řečeno, nazývané biologické molekuly.

Velikosti biologických molekul se vyznačují poměrně významnou rozmanitostí, která je dána prostorem, který zaujímají v živé hmotě. Nejmenší biologické molekuly jsou nukleotidy, aminokyseliny a cukry. Naopak molekuly bílkovin se vyznačují mnohem většími velikostmi. Například průměr molekuly lidského hemoglobinu je 6,5 nm.

Biologické molekuly jsou syntetizovány z nízkomolekulárních prekurzorů, kterými jsou oxid uhelnatý, voda a vzdušný dusík, a které se v procesu metabolismu přeměňují přes meziprodukty se vzrůstající molekulovou hmotností (stavební bloky) na biologické makromolekuly s velkou molekulovou hmotností (obr. 42). Na této úrovni začínají a probíhají nejdůležitější procesy vitální činnosti (kódování a přenos dědičných informací, dýchání, metabolismus a energie, variabilita atd.).

Fyzikálně-chemická specifičnost této úrovně spočívá v tom, že složení živého zahrnuje velké množství chemických prvků, ale hlavní elementární složení živého představuje uhlík, kyslík, vodík, dusík. Molekuly se tvoří ze skupin atomů a z těch druhých vznikají složité chemické sloučeniny, které se liší strukturou a funkcí. Většinu těchto sloučenin v buňkách představují nukleové kyseliny a proteiny, jejichž makromolekuly jsou polymery syntetizované v důsledku tvorby monomerů, a jejich sloučeniny v určitém pořadí. Kromě toho mají monomery makromolekul ve stejné sloučenině stejné chemické skupiny a jsou spojeny pomocí chemických vazeb mezi atomy jejich nespecifických částí (míst).

Všechny makromolekuly jsou univerzální, protože jsou stavěny podle stejného plánu, bez ohledu na jejich druh. Tím, že jsou univerzální, jsou zároveň jedinečné, protože jejich struktura je jedinečná. Například složení nukleotidů DNA zahrnuje jednu dusíkatou bázi ze čtyř známých (adenin, guanin, cytosin a thymin), v důsledku čehož je jakýkoli nukleotid nebo jakákoli sekvence nukleotidů v molekulách DNA unikátní svým složením, stejně jako sekundární struktura molekuly DNA je také jedinečná. Většina proteinů obsahuje 100-500 aminokyselin, ale sekvence aminokyselin v molekulách proteinů jsou jedinečné, což je činí jedinečnými.

Slučování, makromolekuly odlišné typy tvoří supramolekulární struktury, jejichž příkladem jsou nukleoproteiny, což jsou komplexy nukleových kyselin a proteinů, lipoproteiny (komplexy lipidů a proteinů), ribozomy (komplexy nukleových kyselin a proteinů). V těchto strukturách jsou komplexy vázány nekovalentně, ale nekovalentní vazba je velmi specifická. Biologické makromolekuly se vyznačují kontinuálními přeměnami, které jsou zajišťovány chemickými reakcemi katalyzovanými enzymy. Při těchto reakcích enzymy přeměňují substrát na reakční produkt během extrémně krátké doby, což může být několik milisekund nebo dokonce mikrosekund. Například doba rozvinutí šroubovice dvouvláknové DNA před její replikací je jen několik mikrosekund.

Biologická specifičnost molekulární úrovně je určena funkční specifitou biologických molekul. Například specifičnost nukleových kyselin spočívá v tom, že kódují genetickou informaci pro syntézu proteinů. Tato vlastnost není sdílena jinými biologickými molekulami.

Specifičnost proteinů je dána specifickou sekvencí aminokyselin v jejich molekulách. Tato sekvence dále určuje specifické biologické vlastnosti proteinů, protože jsou hlavními strukturními prvky buněk, katalyzátory a regulátory různých procesů probíhajících v buňkách. Sacharidy a lipidy jsou nejdůležitějšími zdroji energie, zatímco steroidy ve formě steroidních hormonů jsou důležité pro regulaci řady metabolických procesů.

Specifičnost biologických makromolekul je také dána skutečností, že procesy biosyntézy se provádějí jako výsledek stejných fází metabolismu. Navíc biosyntéza nukleových kyselin, aminokyselin a proteinů probíhá ve všech organismech bez ohledu na jejich druh podle podobného vzoru. Oxidace mastných kyselin, glykolýza a další reakce jsou také univerzální. Například glykolýza se vyskytuje v každé živé buňce všech eukaryotických organismů a je prováděna jako výsledek 10 po sobě jdoucích enzymatických reakcí, z nichž každá je katalyzována specifickým enzymem. Všechny aerobní eukaryotické organismy mají ve svých mitochondriích molekulární „stroje“, kde probíhá Krebsův cyklus a další reakce spojené s uvolňováním energie. Na molekulární úrovni dochází k mnoha mutacím. Tyto mutace mění sekvenci dusíkatých bází v molekulách DNA.

Na molekulární úrovni je zářivá energie fixována a tato energie se přeměňuje na chemickou energii uloženou v buňkách v sacharidech a jiných chemických sloučeninách a chemickou energii sacharidů a dalších molekul na biologicky dostupnou energii uloženou ve formě makroenergetických vazeb ATP. Nakonec se na této úrovni energie makroergických fosfátových vazeb přeměňuje na práci – mechanickou, elektrickou, chemickou, osmotické, mechanismy všech metabolických a energetických procesů jsou univerzální.

Biologické molekuly také zajišťují kontinuitu mezi molekulární úrovní a další úrovní (buněčnou), protože jsou materiálem, ze kterého se tvoří supramolekulární struktury. Molekulární úroveň je „arénou“ chemických reakcí, které poskytují energii buněčné úrovni.

Buněčná úroveň. Tuto úroveň organizace živých tvorů představují buňky působící jako samostatné organismy (bakterie, prvoci a další), stejně jako buňky mnohobuněčných organismů. Hlavním specifikem této úrovně je, že na ní začíná život. Buňky jsou schopny života, růstu a rozmnožování a jsou základní formou organizace živé hmoty, elementárními jednotkami, ze kterých jsou postaveny všechny živé bytosti (prokaryota a eukaryota). Mezi rostlinnými a živočišnými buňkami nejsou žádné zásadní rozdíly ve struktuře a funkci. Některé rozdíly se týkají pouze struktury jejich membrán a jednotlivých organel. Mezi prokaryotickými buňkami a buňkami eukaryotických organismů jsou patrné rozdíly ve struktuře, ale z funkčního hlediska jsou tyto rozdíly vyrovnány, protože všude platí pravidlo „buňka z buňky“. Supramolekulární struktury na této úrovni tvoří membránové systémy a buněčné organely (jádra, mitochondrie atd.).

Specifičnost buněčné úrovně je dána specializací buněk, existencí buněk jako specializovaných jednotek mnohobuněčného organismu. Na buněčné úrovni dochází k diferenciaci a uspořádání životně důležitých procesů v prostoru a čase, což je spojeno s omezením funkcí do různých subcelulárních struktur. Například eukaryotické buňky mají výrazně vyvinuté membránové systémy (plazmatická membrána, cytoplazmatické retikulum, lamelární komplex) a buněčné organely (jádro, chromozomy, centrioly, mitochondrie, plastidy, lysozomy, ribozomy).

Membránové struktury jsou „arénou“ nejdůležitějších životních procesů a dvouvrstvá struktura membránového systému výrazně zvětšuje plochu „arény“. Membránové struktury navíc zajišťují oddělení buněk od okolí a také prostorové oddělení mnoha biologických molekul v buňkách. Buněčná membrána má vysoce selektivní permeabilitu. Proto jejich fyzický stav umožňuje neustálý difúzní pohyb některých proteinových a fosfolipidových molekul, které obsahují. Kromě membrán pro všeobecné použití mají buňky vnitřní membrány, které omezují buněčné organely.

Regulací výměny mezi buňkou a prostředím mají membrány receptory, které vnímají vnější podněty. Příklady vnímání vnějších podnětů jsou zejména vnímání světla, pohyb bakterií ke zdroji potravy, reakce cílových buněk na hormony, jako je inzulín. Některé membrány samy o sobě současně generují signály (chemické a elektrické). "Pozoruhodným rysem membrán je, že na nich dochází k přeměně energie. Zejména na vnitřních membránách chloroplastů dochází k fotosyntéze, zatímco na vnitřních membránách dochází k oxidativní fosforylaci. mitochondrie.

Membránové komponenty jsou v pohybu. Membrány, postavené převážně z proteinů a lipidů, se vyznačují různými přestavbami, které určují dráždivost buněk – nejdůležitější vlastnost živého.

úroveň tkáně reprezentované tkáněmi, které kombinují buňky určité struktury, velikosti, umístění a podobných funkcí. Tkáně vznikly v průběhu historického vývoje spolu s mnohobuněčností. U mnohobuněčných organismů vznikají během ontogeneze v důsledku buněčné diferenciace. U zvířat se rozlišuje několik typů tkání (epiteliální, pojivové, svalové, nervové a také krevní a lymfatické). U rostlin se rozlišují pletiva meristematická, ochranná, bazická a vodivá. Na této úrovni dochází ke specializaci buněk.

Orgánová úroveň. Zastoupeny orgány organismů. U prvoků provádějí trávení, dýchání, oběh látek, vylučování, pohyb a rozmnožování různé organely. Pokročilejší organismy mají orgánové systémy. U rostlin a živočichů se orgány tvoří díky různému počtu tkání. Obratlovci se vyznačují cefalizací, která je chráněna koncentrací nejdůležitějších center a smyslových orgánů v hlavě.

Úroveň organismu. Tuto úroveň představují samotné organismy – jednobuněčné a mnohobuněčné organismy rostlinné a živočišné povahy. Specifickým rysem úrovně organismu je to, že na této úrovni dochází k dekódování a implementaci genetické informace, vytváření strukturních a funkčních znaků, které jsou organismům tohoto druhu vlastní. Organismy jsou v přírodě jedinečné, protože jejich genetický materiál je jedinečný, což určuje jejich vývoj, funkce a jejich vztah k životnímu prostředí.

populační úroveň. Rostliny a zvířata neexistují izolovaně; jsou seskupeny v populaci. Vytvořením nadorganizmového systému se populace vyznačují určitým genofondem a určitým biotopem. V populacích také začínají elementární evoluční přeměny a vyvíjí se adaptivní forma.

druhová úroveň. Tato úroveň je určena druhy rostlin, zvířat a mikroorganismů, které existují v přírodě jako živé články. Populační složení tohoto druhu je mimořádně rozmanité. Jeden druh může zahrnovat jeden až mnoho tisíc populací, jejichž zástupci se vyznačují nejrozmanitějšími biotopy a zaujímají různé ekologické niky. Druhy jsou výsledkem evoluce a vyznačují se obratem. Nyní existující druhy není podobný druhům, které existovaly v minulosti. Druh je také jednotkou klasifikace živých bytostí.

Biocenotická úroveň. Představují ji biocenózy - společenstva organismů různých druhů. V takových společenstvech na sobě organismy různých druhů do určité míry závisejí. V průběhu historického vývoje se vyvinuly biogeocenózy (ekosystémy), což jsou systémy skládající se ze vzájemně závislých společenstev organismů a abiotických faktorů prostředí. Ekosystémy se vyznačují dynamickou (mobilní) rovnováhou mezi organismy a abiotickými faktory. Na této úrovni se provádějí materiálně-energetické cykly spojené s životně důležitou činností organismů.

Biosférická (globální) úroveň. Tato úroveň je nejvyšší formou organizace života (živých systémů). Představuje ji biosféra. Na této úrovni jsou všechny cykly hmoty a energie sjednoceny do jediného obřího biosférického cyklu látek a energie.

Mezi různými úrovněmi organizace živého existuje dialektická jednota, bydlení je organizováno podle typu organizace systému, jejímž základem je hierarchie systémů. Přechod z jedné úrovně do druhé je spojen se zachováním funkčních mechanismů fungujících na předchozích úrovních a je doprovázen vznikem struktury a funkcí nových typů, jakož i interakcí charakterizovanou novými rysy, tj. spojené se vznikem nové kvality.

Otázky k diskusi

1. Jaký je obecný metodologický přístup k pochopení podstaty života? Kdy to vzniklo a proč?

2. Je možné definovat podstatu života? Pokud ano, jaká je tato definice a jaký je její vědecký základ?

3. Je možné nastolit otázku substrátu života?

4. Vyjmenuj vlastnosti živého. Uveďte, které z těchto vlastností jsou charakteristické pro neživé věci a které pouze pro živé věci.

5. Jaký význam má pro biologii dělení živého na úrovně organizace? Má taková jednotka praktickou hodnotu?

6. Co společné rysy charakterizovat různé úrovně organizace živých věcí?

7. Proč jsou nukleoproteiny považovány za substrát života a za jakých podmínek tuto roli plní?

Literatura

Věrný D. Vznik života M.: Mir. 1969. 391 stran.

Oparin AV Hmota, život, intelekt. M.: Věda. 1977. 204 stran

Pekhov A.P. Biologie a vědecký a technický pokrok. M: Znalosti. 1984. 64 stran.

Karcher S. J. Molecular Biology. Akad. Lis. 1995. 273 stran.

Murphy M. P., O "Neill L. A. (Eds.) What is Life? The Next Fifty Years. Cambridge University Press. 1995. 203 pp.