«Чебышев Н. В., Гринева Г. Г., Козарь М. В., Гуленков С. И. Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с. Учебник...»

-- [ Страница 1 ] --

ISВN 5-89004-097-9

Чебышев Н. В., Гринева Г. Г., Козарь М. В., Гуленков С. И.

Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с.

Учебник для студентов медицинских ВУЗов "Биология", авторы Н. В. Чебышев,

Г. Г. Гринева, М. В. Козарь, С. И. Гуленков, предназначен для факультетов высшего

сестринского образования и для изучения курса биологии на фармацевтических

факультетах. Он написан в соответствии с программами для этих факультетов.

Учебник может быть использован при изучении курса биологии в медицинских училищах и колледжах.

Учебник содержит введение и шесть разделов в соответствии с программой:

Молекулярно-генетический уровень организации живого

Клеточный уровень организации живого

Организменный уровень организации живого

Популяционно-видовой уровень организации живого

Биоценотический уровень организации живого

Биосферный уровень организации живого Учебник адаптирован к программам этих факультетов, хорошо иллюстрирован, что позволит студентам лучше освоить изучаемый материал.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

1.1. Введение в науку биологию Биология - наука о жизни (от греч. биос - жизнь, логос - наука) - изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естествоиспытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.

Биология относится к естественным наукам. Разделы науки биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки по объектам исследования: о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.

Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию (строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят, например, цитологию, гистологию, анатомию. Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.

Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.

Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-274 г. до н.э.) считал, что «необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические обобщения.

Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии, позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи, позволило ученым создать вакцину, предотвращающую распространение этих заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном (1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии,

3информации, вещества.

Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.

1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО

К основным свойствам живого можно отнести:

1. Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).

2. Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).

3. Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза.

4. Обмен веществ и энергии. Живые организмы - открытые системы, совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды - гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.

5. Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.

6. Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

7. Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.

8. Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития - онтогенеза. На

4определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.

9. Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.

-5НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:

1. Универсальный растворитель.

2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.

3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).

4. Участвует в химических реакциях.

5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.

6. Основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки + + ++ ++ находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это K, Na, Ca, Mg, анионы - это Сl, НСО3–, Н2РО4–.

– Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая.

Снижение концентрации К в клетке приводит к уменьшению в ней воды, количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в + межклеточной жидкости концентрация Na. Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды.

Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает возможность возникновения и распространения электрических импульсов.

Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН=7,2).

2.1.2. 0РГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов (мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

2.1.2.1. Белки Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.

Аминокислота имеет следующую формулу:

В состав аминокислот входят: NH2 - аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства.

Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.

Схема конденсации аминокислот (образование первичной структуры белка) Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка (рис. 2).

Рис. 2. Различные структуры молекул белка: / - первичная, 2 - вторичная, 3 - третичная, 4 - четвертичная (на примере гемоглобина крови).

Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.

7Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка.

При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией (рис. 3).

Рис. 3. Денатурация белка.

Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.

В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки - это тканевая специфичность.

Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков.

Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот, например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например, жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие.

Белки выполняют следующие функции:

Ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);

Структурную (например, входят в состав мембран клетки);

Рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);

Транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид углерода);

Защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета);

Двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон);

Гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);

Энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).

2.1.2.2. Жиры Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами,

8обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов.

Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой, пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие).

Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров.

Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире.

Функции липидов в клетке разнообразны:

Структурная (принимают участие в построении мембраны);

Энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);

Защитная (от потери тепла, механических повреждений);

Жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г воды);

Регуляция обмена веществ (например, стероидные гормоны - кортикостерон и др.).

2.1.2.3. Углеводы Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым К. Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: Сn(Н2O)n - углерод и вода.

Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза, фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов:

сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например, гликоген, крахмал).

Функции углеводов:

1) моносахариды, первичные продукты фотосинтеза, служат исходными для построения разнообразных органических веществ;

2) углеводы - основной источник энергии для организма, т.к. при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при окислении жира в том же объеме кислорода;

3) защитная функция. Слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов и их производных. Она предохраняет стенки полых органов (бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений. Обладая антисептическими свойствами, слизь защищает организм от проникновения болезнетворных бактерий;

4) структурная и опорная функции. Сложные полисахариды и их производные

9входят в состав плазматической мембраны, оболочки растительных и бактериальных клеток, наружного скелета членистоногих.

2.1.2.4. Нуклеиновые кислоты Нуклеиновые кислоты – это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

2.1.2.4.1. Дезоксирибонуклеиновая кислота Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - это самые крупные биополимеры, их мономером является нуклеотид (рис. 4). Он состоит из остатков трех веществ: азотистого основания, углевода дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Известны четыре нуклеотида, участвующие в образовании молекулы ДНК.

Они отличаются друг от друга азотистыми основаниями.

Два азотистых основания цитозин и тимин - производные пиримидина. Аденин и гуанин - относят к производным пурина. В названии каждого нуклеотида отражено название азотистого основания. Различают нуклеотиды: цитидиловый (Ц), тимидиловый (Т), адениловый (А), гуаниловый (Г).

Рис. 4. Схема строения нуклеотида.

–  –  –

Рис. 5. Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.

Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.), молекула ДНК представляет собой две спирально обвивающие друг друга нити (рис.

6). Обе нити вместе закручены вокруг общей оси. Две нити молекулы удерживаются рядом водородными связями, которые возникают между их комплементарными азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину.

Между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином - три (рис. 7).

ДНК находится в ядре, где она вместе с белками образует линейные структуры - хромосомы. Хромосомы хорошо видны при микроскопировании в период деления ядра; в интерфазе они деспирализованы.

11Рис. 6. Схематическое изображение структуры ДНК. На один полный оборот спирали приходится 10 пар оснований (расстояние между соседними парами оснований равно 0,34 нм).

ДНК имеется в митохондриях и пластидах (хлоропластах и лейкопластах), где их молекулы образуют кольцевые структуры. В клетках доядерных организмов также присутствует кольцевая ДНК.

ДНК способна к самоудвоению (редупликации) (рис. 8). Это имеет место в определенном периоде жизненного цикла клетки, называемом синтетическим.

–  –  –

Рис. 8. Схема удвоения ДНК.

Основная функция ДНК - хранение наследственной информации, заключенной в последовательности нуклеотидов, образующих ее молекулу, и передача этой информации дочерним клеткам. Возможность передачи наследственной информации от клетки к клетке обеспечивается способностью хромосом к разделению на хроматиды с последующей редупликацией молекулы ДНК.

В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о признаках каждой клетки и организма в целом. Эта информация называется генетической.

В молекуле ДНК закодирована генетическая информация о последовательности аминокислот в молекуле белка. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Передача и реализация информации осуществляется в клетке при участии рибонуклеиновых кислот.

2.1.2.4.2. РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА Рибонуклеиновые кислоты бывают нескольких видов. Есть рибосомальная, транспортная и информационная РНК. Нуклеотид РНК состоит из одного из азотистых оснований (аденина, гуанина, цитозина и урацила), углевода - рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулы РНК - одноцепочковые.

Рибосомальная РНК (р-РНК) в соединении с белком входит в состав рибосом.

Р-РНК составляет 80% от всей РНК в клетке. На рибосомах идет синтез белка.

Информационная РНК (и-РНК) составляет от 1 до 10% от всей РНК в клетке.

По строению и-РНК комплементарна участку молекулы ДНК, несущему информацию о синтезе определенного белка. Длина и-РНК зависит от длины участка ДНК, с которого считывали информацию. И-РНК переносит информацию о синтезе белка из ядра в цитоплазму (рис. 9).

Рис. 9. Схема синтеза и-РНК.

Транспортная РНК (т-РНК) составляет около 10% всей РНК Она имеет короткую цепь нуклеотидов и находится в цитоплазме. Т-РНК присоединяет определенные аминокислоты и подвозит их к месту синтеза белка к рибосомам. ТРНК имеет форму трилистника. На одном конце находится триплет нуклеотидов (антикодон), кодирующий определенную аминокислоту. На другом конце имеется триплет нуклеотидов, к которому присоединяется аминокислота (рис. 10).

При комплементарности триплета т-РНК (антикодона) и триплета и-РНК (кодона), аминокислота занимает определенное место в молекуле белка.

Рис. 10. Схема т-РНК.

–  –  –

выполняет функцию хранения и передачи наследственной информации. У других вирусов эту функцию выполняет вирусная ДНК.

2.1.2.4.3. АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК. При присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (Н3РО4) АМФ превращается в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) и становится источником энергии, необходимой для биологических процессов, идущих в клетке.

Рис. 11. Структура АТФ. Превращение АТФ в АДФ (- - макроэргическая связь).

Рис. 12. Передача энергии.

Схема передачи энергии с помощью АТФ из реакций, в результате которых энергия освобождается (экзотермические реакции), в реакции, потребляющие эту энергию (эндотермические реакции).

Последние реакции очень разнообразны:

биосинтез, мышечные сокращения и т.д.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из азотистого основания - аденина, сахара - рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Молекула АТФ очень неустойчива и способна отщеплять одну или две молекулы фосфата с выделением большого количества энергии, расходуемой на обеспечение всех жизненных функций клетки (биосинтез, трансмембранный перенос, движение, образование электрического импульса и др.). Связи в молекуле АТФ называют

–  –  –

3.1. Открытие клетки Клетка - основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов.

Термин «клетка» был предложен английским исследователем Робертом Гуком в 1665 г. Впервые используя микроскоп для изучения срезов пробки, он заметил множество мелких образований, похожих на ячейки пчелиных сот. Роберт Гук дал им название ячейки или клетки.

Работы Р. Гука вызвали интерес к дальнейшим микроскопическим исследованиям организмов. Возможности светового микроскопа в XVII-XVIII веках были ограничены. Накопление материала о клеточном строении растений и животных, о структуре самих клеток шло медленно. Только в тридцатых годах XIX века были сделаны фундаментальные обобщения о клеточной организации живого.

3.2. Клеточная теория Основные положения клеточной теории сформулированы ботаником

Матиасом Шлейденом (1838 г.) и зоологом-физиологом Теодором Шванном (1839 г.):

Все организмы состоят из одинаковых структурных единиц - клеток;

Клетки растений и животных сходны по строению, образуются и растут по одним и тем же законам.

В 1858 г. немецкий ученый Рудольф Вирхов обосновал принцип преемственности клеток путем деления. Он писал: «Всякая клетка происходит из другой клетки...», т.е. дал понять, откуда появляется клетка. Это утверждение стало третьим положением клеточной теории.

Изучение клетки с помощью новейших физических и химических методов исследования позволили сформулировать основные положения современной клеточной теории:

Все живые организмы состоят из клеток. Клетка - единица строения, функционирования, размножения и индивидуального развития живых организмов.

Вне клетки нет жизни.

Клетки всех организмов сходны между собой по строению и химическому составу;

На современном этапе развития живого клетки не могут образовываться из

17неклеточного вещества. Они появляются только из ранее существовавших клеток путем деления;

Клеточное строение всех ныне живущих организмов - свидетельство единства происхождения.

3.3. Строение клетки Современное определение клетки следующее: клетка - это открытая, ограниченная активной мембраной, структурированная система биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Есть и другое определение клетки. Клетка - это возникшая в результате эволюции, открытая биологическая система, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящая из ядра и цитоплазмы, способная к саморегуляции и самовоспроизведению.

На Земле существует две группы организмов. Первая представлена вирусами и фагами, не имеющими клеточного строения. Вторая группа, самая многочисленная, имеет клеточное строение. Среди этих организмов выделяют два типа организации клеток: прокариотический (бактерии и сине-зеленые водоросли) и эукариотический (все остальные).

3.3.1. Надцарство прокариот К прокариотическим (или доядерным) организмам относят бактерии и синезеленые водоросли. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, находится в цитоплазме и не отграничен от нее оболочкой.

Этот аналог ядра называют нуклеоидом.

Прокариотические клетки защищены клеточной стенкой (оболочкой), наружная часть которой образована гликопептидом - муреином. Внутренняя часть клеточной стенки представлена плазматической мембраной, выпячивания которой в цитоплазму образуют мезосомы, участвующие в построении клеточных перегородок, репродукции, и являются местом прикрепления ДНК. В цитоплазме органелл мало, но присутствуют многочисленные мелкие рибосомы.

Микротрубочки отсутствуют, движения цитоплазмы не происходит.

Многие бактерии имеют жгутики более простого строения, чем у эукариот.

Дыхание у бактерий осуществляется в мезосомах, у сине-зеленых водорослей в цитоплазматических мембранах. Хлоропластов и других клеточных органелл, окруженных мембраной, нет (рис. 13).

18Рис. 13. Прокариотическая клетка.

Размножаются прокариоты путем бинарного деления, очень быстро.

Например, бактерия кишечная палочка каждые 20 минут удваивает свою численность (табл. 2).

Таблица 2 Сравнение прокариотических и эукариотических организмов

–  –  –

3.3.2. Надцарство эукариот Большинство живых организмов объединено в надцарство эукариот, включающих царство растений, грибов и животных.

Эукариотические клетки крупнее прокариотических, состоят из поверхностного аппарата, ядра и цитоплазмы (рис. 14).

3.3.2.1. Поверхностный аппарат клетки Основная часть поверхностного аппарата клетки - плазматическая мембрана.

Клеточные мембраны - важнейший компонент живого содержимого клетки - построены по общему принципу. Согласно жидкостно-мозаичной модели, предложенной в 1972 г. Николсоном и Сингером, в состав мембран входит бимолекулярный слой липидов, в который включены молекулы белков (рис. 15).

Липиды - это водонерастворимые вещества, молекулы которых имеют два полюса, или два конца. Один конец молекулы обладает гидрофильными свойствами, его называют полярным. Другой полюс гидрофобный, или неполярный.

В биологической мембране молекулы липидов двух параллельных слоев обращены друг к другу неполярными концами, а их полярные полюса остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности.

Кроме липидов, в состав мембраны входят белки. Их можно разделить на три группы: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные). Большинство белков мембраны является ферментами.

Полуинтегральные белки образуют на мембране биохимический «конвейер», на котором в определенной последовательности осуществляется превращение веществ.

Положение погруженных белков в мембране стабилизируется периферическими белками. Интегральные белки обеспечивают передачу информации в двух направлениях: через мембрану в сторону клетки и обратно.

Интегральные белки бывают двух типов:

переносчики и каналообразующие. Последние выстилают пору, заполненную водой. Через нее осуществляется прохождение ряда растворенных неорганических веществ с одной стороны мембраны на другую.

–  –  –

Рис. 15. Строение плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, ограничивает клетку снаружи, выполняя роль механического барьера. Через нее происходит транспорт веществ внутрь клетки и наружу. Мембрана обладает свойством полупроницаемости.

Молекулы проходят через нее с различной скоростью: чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану.

На внешней поверхности плазматической мембраны в животной клетке белковые и липидные молекулы связаны с углеводными цепями, образуя гликокаликс. Углеводные цепи выполняют роль рецепторов. Благодаря им осуществляется межклеточное узнавание. Клетка приобретает способность специфически реагировать на воздействия извне.

Под плазматической мембраной со стороны цитоплазмы имеются кортикальный слой и внутриклеточные фибриллярные структуры, обеспечивающие механическую устойчивость плазматической мембраны (рис. 16).

–  –  –

У растительных клеток кнаружи от мембраны расположена плотная структура клеточная оболочка или клеточная стенка, состоящая из полисахаридов (целлюлозы) (рис. 17).

Рис. 17. Схема строения клеточной стенки растений. О - срединная пластинка, / - первичная оболочка (два слоя по обе стороны от 0), 2 - слои вторичной оболочки, 3 - третичная оболочка, ПМ плазматическая мембрана, В - вакуоль, Я - ядро.

Компоненты клеточной стенки синтезируются клеткой, выделяются из цитоплазмы и собираются вне клетки, вблизи плазматической мембраны, образуя сложные комплексы. Клеточная стенка у растений выполняет защитную функцию, образует внешний каркас, обеспечивает тургорные свойства клеток. Наличие клеточной стенки регулирует поступление воды в клетку. Вследствие этого возникает внутреннее давление, тургор, препятствующее дальнейшему поступлению воды.

3.3.2.1.1. Транспорт веществ через плазматическую мембрану Одно из важнейших свойств плазматической мембраны связано со способностью пропускать в клетку или из нее различные вещества. Это необходимо для поддержания постоянства ее состава (т.е. гомеостаза). Транспорт веществ обеспечивает наличие в клетке соответствующего рН и ионной концентрации веществ, необходимых для эффективной работы клеточных ферментов, поставляет в клетки питательные вещества, служащие источником энергии и используемые для образования клеточных компонентов. Выведение токсических и секреция необходимых клетке веществ, а также создание ионных градиентов, необходимых

23для нервной и мышечной активности, связано с транспортом веществ.

Механизм транспорта веществ в клетку и из нее зависит от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окруженных мембраной пузырьков и называется эндоцитозом и экзоцитозом.

3.3.2.1.1.1. Пассивный транспорт Пассивный транспорт происходит без затрат энергии путем диффузии, осмоса, облегченной диффузии.

Диффузия - транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, т.е. вещества поступают по градиенту концентрации.

Диффузия может быть простой и облегченной. Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии.

Например, кислород, потребляемый клетками при дыхании и СО2 в растворе быстро диффундируют через мембраны. Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется осмосом. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ.

Вещества, нерастворимые в жирах и не проходящие через поры, транспортируются через ионные каналы, образованные в мембране белками, с помощью белков-переносчиков, также находящихся в мембране. Это облегченная диффузия. Например, поступление глюкозы в эритроциты происходит путем облегченной диффузии (рис. 18).

Рис. 18. Схематическое изображение пассивного транспорта молекул по электрохимическому градиенту и активного транспорта против. Простая диффузия и пассивный транспорт, осуществляемый транспортными белками (облегченная диффузия) протекают самопроизвольно. Для активного транспорта необходимо использовать метаболическую энергию. Только неполярные и

24маленькие незаряженные полярные молекулы могут проходить через липидный бислой путем простой диффузии. Перенос других полярных молекул осуществляется со значительными скоростями белками-переносчиками или каналообразующими белками.

3.3.2.1.1.2. Активный транспорт Активный транспорт веществ через мембрану происходит с затратой энергии АТФ и при участии белков-переносчиков. Он осуществляется против градиента концентрации. Белки-переносчики обеспечивают активный транспорт через мембрану таких веществ, как аминокислоты, сахар, ионы калия, натрия, кальция и др. (рис. 19).

Рис. 19. Предположительная схема активного переноса молекул через наружную плазматическую мембрану.

Примером активного транспорта может быть работа калий-натриевого насоса.

Концентрация К+ внутри клетки в 10–20 раз выше, чем снаружи, а концентрация Na+ наоборот. Такая разница в концентрациях ионов обеспечивается работой (Nа+–К+)насоса. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов Na+ из клетки на каждые два иона К+ в клетку. В этом процессе принимает участие белок в мембране, выполняющий функцию фермента, расщепляющего АТФ, с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса.

Участие специфических мембранных белков в пассивном и активном транспорте свидетельствует о высокой специфичности этого процесса (рис. 20).

–  –  –

3.3.2.1.1.3. Эндоцитоз и экзоцитоз Макромолекулы и более крупные частицы проникают через мембрану внутрь клетки путем эндоцитоза, а удаляются из нее – экзоцитозом (рис. 21).

При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем отшнуровываясь превращаются во внутриклеточные пузырьки, содержащие захваченный клеткой материал. Продукты поглощения поступают в клетку в мембранной упаковке. Эти процессы происходят с затратой энергии АТФ.

Рис. 21. Слипание и объединение бислоев при экзоцитозе и эндоцитозе. Внеклеточное пространство находится сверху, оно отделено от цитоплазмы (снизу) плазматической мембраной. Из-за наличия стадии слипания бислоев экзоцитоз и эндоцитоз не повторяют друг друга в обратном порядке: при экзоцитозе слипаются два монослоя плазматической мембраны, обращенные к цитоплазме, тогда как при эндоцитозе – два наружных монослоя мембраны. В обоих случаях сохраняется асимметрический характер мембран, и монослой, обращенный к цитоплазме, всегда контактирует с цитозолем.

26Различают два вида эндоцитоза – фагоцитоз и пиноцитоз (рис. 22).

Рис. 22. Схема пиноцитоза. Фагоцитоз у амебы.

Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда целых клеток и их частей). Специальные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами. В результате образуются крупные пузырьки, называемые фагосомами.

Жидкость и растворенные в ней вещества поглощаются клеткой посредством пиноцитоза.

Плазматическая мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки, это происходит в процессе экзоцитоза. Таким образом из клетки выводятся гормоны, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Некоторые секретируемые клеткой белки упаковываются в транспортные пузырьки, непрерывно переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая содержимое. Это характерно для всех эукариотических клеток.

В других клетках, главным образом секреторных, определенные белки запасаются в специальных секреторных пузырьках, которые сливаются с плазматической мембраной только после получения клеткой соответствующего сигнала извне. Данные клетки способны к секреции веществ в зависимости от определенных потребностей организма, например, в гормонах или ферментах (рис. 23).

27Рис. 23. Два пути прохождения секретируемых белков. Некоторые секретируемые белки упаковываются в транспортные пузырьки и непрерывно секретируются (конститутивный путь). Другие содержатся в специальных секреторных везикулах и высвобождаются только в ответ на стимуляцию клетки внеклеточными сигналами (регулируемый путь). Конститутивный путь осуществляется во всех эукариотических клетках, тогда как регулируемый путь - только в клетках, специализированных для секреции (секреторных клетках).

Другая важная функция мембраны - рецепторная. Она обеспечивается молекулами интегральных белков, имеющих снаружи полисахаридные концы.

Взаимодействие гормона со «своим» рецептором снаружи вызывает изменение структуры интегрального белка, что приводит к запусканию клеточного ответа. В частности, такой ответ может проявиться в образовании «каналов», по которым растворы некоторых веществ поступают в клетку или выводятся из нее.

Одна из важных функций мембраны - обеспечение контактов между клетками в составе тканей и органов.

–  –  –

Рис. 24. Схема строения эукариотической клетки (на рисунке - клетки млекопитающего). Хорошо заметная органелла ядра - это ядрышко.

3.3.2.2.1. Гиалоплазма Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы или цитозоль) – основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между клеточными органеллами.

–  –  –

Рис. 26. Трабекулярная сеть гиалоплазмы. / - трабекулярные нити, 2 - микротрубочка, 3 - полисомы, 4 - клеточная мембрана, 5 - эндоплазматический ретикулум, 6 – митохондрия, 7 микрофиламенты.

Гиалоплазма содержит около 90% воды и различные белки, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, ионы неорганических соединений, другие вещества.

Крупные молекулы белка образуют коллоидный раствор, который может переходить из золя (невязкое состояние) в гель (вязкий). В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы (гликолиз), синтез аминокислот, жирных кислот. На рибосомах, свободно лежащих в цитоплазме, происходит синтез белков.

Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет. В клетках животных организатором цитоскелета является область, расположенная рядом с ядром, содержащая пору центриолей (рис. 25, 26).

Цитоскелет определяет форму клеток, обеспечивает движение цитоплазмы, называемое циклозом.

3.3.2.2.2. Органеллы Органеллы - постоянные компоненты клетки, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции. Их можно разделить на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органеллы могут иметь одну мембрану или две.

К одномембранным относят органеллы вакуолярной системы:

эндоплазматическую сеть (ретикулум), аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие вакуоли. К двумембранным органеллам относят митохондрии и пластиды.

Немембранными органеллами считают рибосомы, клеточный центр, характерный

30для животных клеток, микротрубочки, микрофиламенты.

3.3.2.2.2.1. Одномембранные органеллы 3.3.2.2.2.1.1. Эндоплазматическая сеть Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - это система цистерн и каналов, «стенка»

которых образована мембраной. ЭПС пронизывает цитоплазму в разных направлениях и делит ее на изолированные отсеки (компартменты). Благодаря этому в клетке осуществляются специфические биохимические реакции.

Эндоплазматическая сеть выполняет также синтетическую и транспортную функции.

Если на поверхности эндоплазматической мембраны есть рибосомы, ее называют шероховатой, если рибосом нет – гладкой (рис. 27). На рибосомах осуществляется синтез белков. Белки проходят через мембрану в цистерны ЭПС, где приобретают третичную структуру и транспортируются по каналам к месту потребления. На гладкой ЭПС происходит синтез липидов, стероидов.

Рис. 27. А. Электронная микрофотография, на которой видны значительные различия в морфологии шероховатого и гладкого ЭР. Показанная здесь клетка Лейдига вырабатывает стероидные гормоны в семеннике и имеет поэтому необычно развитый гладкий ЭР. Видна также часть большой сферической липидной капли. Б. Трехмерная реконструкция участков гладкого и шероховатого ЭР в клетке печени.

31Шероховатый ЭР получил свое название из-за множества рибосом, расположенных на его цитоплазматической поверхности; он образует поляризованные стопки уплощенных цистерн, каждая из которых имеет просвет (полость) шириной от 20 до 30 нм. С этими цистернами соединены мембраны гладкого ЭР, который представляет собой сеть тонких трубочек диаметром от 30 до 60 нм.

Считается, что мембрана ЭР непрерывна и ограничивает единую полость (Л - с любезного разрешения Daniel S. Friend; Б - по R. Krstic, Ultrastructure of the Mammalian Cell. New York: SpringerVerlag, 1979).

ЭПС - основное место биосинтеза и построения мембран цитоплазмы.

Отчленяющиеся от нее пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органелл: аппарата Гольджи, лизосом, вакуолей.

3.3.2.2.2.1.2. Аппарат гольджи Аппарат Гольджи - органелла, обнаруженная в клетке итальянским исследователем Камилло Гольджи в 1898 г.

Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра. Наиболее крупные аппараты Гольджи находятся в секреторных клетках (рис. 28).

Рис. 28. Схема строения аппарата Гольджи по данным электронного микроскопа.

Основным элементом органеллы является мембрана, образующая уплощенные цистерны - диски. Они располагаются друг над другом. Каждая стопка Гольджи (у растений называемая диктиосомой) содержит от четырех до шести цистерн. Края цистерн переходят в трубочки, от которых отчленяются пузырьки (пузырьки Гольджи), транспортирующие заключенное в них вещество к месту его потребления. Отчленение пузырьков Гольджи происходит на одном из полюсов аппарата. Со временем это приводит к исчезновению цистерны. На противоположном полюсе аппарата осуществляется сборка новых дисков-цистерн.

Они формируются из пузырьков, отпочковывающихся от гладкой эндоплазматической сети. Содержимое этих пузырьков, «унаследованное» от ЭПС, становится содержимым аппарата Гольджи, в котором подвергается дальнейшей переработке (рис. 29).

32Рис. 29. Связь полости ЭР с другими внутриклеточными компартментами, с которыми ЭР контактирует. Просвет ЭР отделен как от ядра, так и от цитозоля всего одной мембраной, тогда как от собранных в стопку цистерн аппарата Гольджи он отделен двумя мембранами. В большинстве случаев ЭР и аппарат Гольджи можно рассматривать как единую функциональную единицу, части которой связаны с помощью транспортных пузырьков.

Функции аппарата Гольджи разнообразны: секреторная, синтетическая, строительная, накопительная. Одна из важнейших функций - секреторная. В цистернах аппарата Гольджи происходит синтез сложных углеводов (полисахаридов), осуществляется их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов. С помощью пузырьков Гольджи готовые секреты выводятся за пределы клетки.

Аппарат Гольджи образует гликопротеин (муцин), представляющий важную составную часть слизи; участвует в секреции воска, растительного клея.

Иногда аппарат Гольджи принимает участие в транспорте липидов.

В аппарате Гольджи происходит укрупнение белковых молекул. Он участвует в построении плазматической мембраны и мембран вакуолей. В нем формируются лизосомы.

3.3.2.2.2.1.3. Лизосомы Лизосомы (от греч. лизис – разрушение, расщепление, сома – тело) - пузырьки больших или меньших размеров, заполненные гидролитическими ферментами (протеазами, нуклеазами, липазами и другими) (рис. 30).

–  –  –

Лизосомы в клетках не представляют собой самостоятельных структур. Они образуются за счет активности эндоплазматической сети и аппарата Гольджи и напоминают секреторные вакуоли. Основная функция лизосом - внутриклеточное расщепление и переваривание веществ, поступивших в клетку или находящихся в ней, и удаление из клетки.

Выделяют первичные и вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли, аутолизосомы, остаточные тельца).

Первичные лизосомы представляют собой пузырьки, ограниченные от цитоплазмы одинарной мембраной. Ферменты, находящиеся в лизосомах, синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети и транспортируются к аппарату Гольджи. В цистернах аппарата Гольджи вещества подвергаются дальнейшим превращениям. Пузырьки с набором ферментов, отделившиеся от цистерн аппарата Гольджи, называют первичными лизосомами (рис. 31). Они участвуют во внутриклеточном пищеварении и иногда секреции ферментов, выделяющихся из клетки наружу. Это происходит, например, при замене хряща костной тканью в процессе развития, при перестройке костной ткани в ответ на повреждение. Секретируя гидролитические ферменты, остеокласты (клетки-разрушители) обеспечивают разрушение минеральной основы и органического остова матрикса кости. Накапливающиеся «обломки» подвергаются внутриклеточному перевариванию. Остеобласты (клетки-строители) создают новые элементы кости.

Рис. 31. Образование лизосом и их участие в клеточных процессах: / - синтез гидролитических ферментов в ЭР, 2 - переход их в АГ, 3 - образование первичных лизосом, 4 - выброс и использование (5) гидролаз при внеклеточном расщеплении, 6 - эндоцитозные вакуоли, 7 - слияние с ними первичных лизосом, 8 - образование вторичных лизосом, 9 - телолизосомы, 10 - экскреция остаточных телец, // - первичные лизосомы принимают участие в образовании автофагосомы (12).

34Первичные лизосомы могут сливаться с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями, образуя вторичные лизосомы. В них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза, усвоение их. Вторичные лизосомы - пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. Вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли) у простейших (амеб, инфузорий) - это способ поглощения пищи. Вторичные лизосомы могут выполнять защитную функцию, когда, например, лейкоциты (фагоциты) захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии.

Продукты переваривания поглощаются клеткой, но часть материала может остаться непереваренной. Вторичные лизосомы, содержащие нерасщепленный материал, называют остаточными тельцами или телолизосомами. Остаточные тельца обычно через плазматическую мембрану выводятся наружу (экзоцитоз).

У человека при старении организма в остаточных тельцах клеток мозга, печени и в мышечных волокнах накапливается «пигмент старения» - липофусцин.

Аутолизосомы (аутофагирующие вакуоли) присутствуют в клетках простейших, растений и животных. В этих лизосомах происходит разрушение отработанных органелл самой клетки (ЭПС, митохондрий, рибосом, гранул гликогена, включений и др.). Например, в клетках печени среднее время жизни одной митохондрии - около 10 дней. После этого срока мембраны эндоплазматической сети окружают митохондрию, образуя аутофагосому. Аутофагосомы сливаются с лизосомой, образуя аутофаголизосому, в которой происходит процесс распада митохондрии.

Процесс уничтожения структур, ненужных клетке, называется аутофагией. Число аутолизосом возрастает при повреждениях клетки. В результате высвобождения содержимого лизосом в цитоплазму происходит саморазрушение клетки или аутолиз. При некоторых процессах дифференцировки аутолиз может быть нормой.

Например, при исчезновении хвоста у головастика во время превращения его в лягушку. Ферменты лизосом принимают участие в аутолизе погибших клеток (см.

Известно более 25 генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом. Например, в лизосомах может происходить накопление гликогена, если отсутствует соответствующий фермент.

3.3.2.2.2.1.4. Вакуоли В цитоплазме клеток растений содержатся вакуоли. Они могут быть мелкими и крупными. Центральные вакуоли отделены от цитоплазмы одинарной мембраной, называемой тонопластом. Центральные вакуоли образуются из мелких пузырьков, отщепляющихся от эндоплазматической сети. Полость вакуоли заполнена клеточным соком, представляющим собой водный раствор, в котором присутствуют различные неорганические соли, сахара, органические кислоты и другие вещества (рис. 32);

Центральная вакуоль выполняет функцию поддержания тургорного давления в

35клетке. В вакуолях запасается вода, необходимая для фотосинтеза, питательные вещества (белки, сахара и др.) и продукты обмена веществ, предназначенные для выведения из клетки. В вакуолях откладываются пигменты, например, антоцианы, определяющие окраску.

Рис. 32. Вакуоль. Очень большие, окруженные одинарной мембраной везикулы, занимающие до 90% объема клетки. Они заполняют свободные пространства клетки, а также участвуют в клеточном пищеварении.

Некоторые вакуоли напоминают лизосомы. Например, белки семян запасаются в алейроновых вакуолях, которые, обезвоживаясь, превращаются в алейроновые зерна. При прорастании семян в зерна поступает вода и они снова превращаются в вакуоли. В этих вакуолях становятся активными белки–ферменты, помогающие расщеплять запасные белки, используемые при прорастании семян.

Эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы и вакуоли образуют вакуолярную систему клетки, отдельные элементы которой могут переходить друг в друга при перестройке и изменении функции мембран.

3.3.2.2.2.1.5. Пероксисомы Пероксисомы – мельчайшие пузырьки, содержащие набор ферментов (рис.

33). Свое название органеллы получили от перекиси водорода, промежуточного продукта в цепи биохимических реакций, идущих в клетке. Ферменты пероксисомы, и прежде всего каталаза, нейтрализуют токсичную перекись водорода (Н2О2), вызывая ее распад с выделением воды и кислорода.

Для врачей Уфа 2015 ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОРТЕЗИРОВАНИЯ КОЛЕННОГО СУСТАВА В ПОСЛЕОПЕРАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ Пособие для врачей Уфа 2015 СОДЕРЖАНИЕ Аннотация 6 Введение 8 Показания и...»

«УДК 617.758.1-089-053.2 Наш опыт применения пликции для лечения косоглазия Сердюк В. Н.1, Клопоцкая Н. Г.2, Тарнопольская и. Н.1, Петренко е. А.1, Тихомирова В. В.1 КУ «Днепропетровская областная клиническая офтальмологическая больница ДОС», г. Днепропетровск, Украина ГУ «Днепропетровская медицинская академия», г. Днепропетровск, Украина резюме. Представлены результаты усиливающей операции – пликции – у 23 детей с содружественным, травматическим и паралитическим косоглазием, в том числе на...»

«Павлов Андрей Леонидович Изменения структур внутренних органов и головного мозга при терминальных состояниях, обусловленных интоксикацией алкоголем и его суррогатами, судебно-медицинское и клиническое значение 14.03.05 – судебная медицина 14.01.11 – нервные болезни Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении «Российский центр судебно-медицинской экспертизы»...»

«Vladimir Paperni Антимедицинские мотивы в романе Льва Толстого «Война и мир» А. Вступление: тема Лев Толстой на протяжении своей долгой жизни много раз болел - разными болезнями. И всегда рядом с ним были врачи. Особенно много врачей собралось у его постели, когда он умирал. А после его смерти врачи много писали и о болез­ нях самого Толстого, и о болезнях его персонажей, со «славо­ словьями и похвалами» отзываясь о медицинской проница­ тельности Толстого. Из уважения к Толстому его нападки на...»

«Ионов Дмитрий Викторович ДИАГНОСТИКА И ЛЕЧЕБНАЯ ТАКТИКА ПРИ ИНОРОДНЫХ ТЕЛАХ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА У ДЕТЕЙ 14.01.19 – Детская хирургия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва 2015 Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия последипломного образования» Министерства здравоохранения Российской Федерации Научный...»

«Ваше руководство по снижению артериального давления Что такое высокое артериальное давление (АД) и предгипертония? Артериальное давление – это сила, с которой кровь действует на стенки артерий. Артериальное давление поднимается и снижается в течение суток. Стойкое повышение АД называется высоким артериальным давлением. Медицинский термин, обозначающий высокое артериальное давление, называется гипертония. Высокое артериальное давление опасно, потому что это заставляет работать сердце с высокой...»

«Автор Олег Белый aka Богатый Доктор www.richdoctor.ru Работа с возражениями пациента. Утилизация возражений, сопротивлений и сомнений пациента при обсуждении с лечащим врачом платных медицинских услуг Плохо, когда пациент возражает. Значит до этого многое врачом было сделано не так. Или если не многое, то что-то очень важное. Ведь если вы грамотно установили контакт с пациентом, сформировали доверительные отношения, создали благоприятный эмоциональный фон, расположили к себе, выяснили...»

«ДВАДЦАТЬ ШЕСТОЙ ВСЕРОССИЙСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ФОРУМ 4-5 Теория и практика анестезии и интенсивной терапии марта в акушерстве и гинекологии Место проведения: отель «Московская горка», №26 ул. Московская, д. 131, ЕКАТЕРИНБУРГ Конференц-зал № 1, (1 этаж) Участие в форуме БЕСПЛАТНОЕ! ARFpoint.ru ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ Татарева Светлана Викторовна к.м.н., начальник Отдела организации медицинской помощи матерям и детям Министерства здравоохранения Свердловской области (Екатеринбург) Левит Александр...»

«СВЕДЕНИЯ О РЕЗУЛЬТАТАХ ПУБЛИЧНОЙ ЗАЩИТЫ в диссертационном совете Д 001.036.01 на базе Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт кардиологии» Айманов Руслан Васильевич «Сравнение эффективности методов хирургической коррекции сердечной недостаточности ишемического генеза» по специальностям: 14.01.05 – кардиология и 14.01.26 – сердечно-сосудистая хирургия (медицинские науки) На основании защиты диссертации и результатов тайного голосования...»

«М ИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИКАЗ сШЬ № от «О проведении в 2015 году комплексных проверок медицинских организаций, подведомственных министерству здравоохранения области» В целях контроля исполнения требований Федерального закона от 21.11.2011 N 323-ФЭ Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации и оказания организационно-методической помощи медицинским организациям, подведомственным министерству здравоохранения Калужской области, ПРИКАЗЫВАЮ: 1. Специалистам...»

«Аннотация на учебную дисциплину «Неврология, медицинская генетика и нейрохирургия», изучаемую в рамках ООП 060101 «Лечебное дело» Целью изучения дисциплины «Неврология, медицинская генетика и нейрохирургия» является формирование профессиональной компетенции: «Способен и готов выполнять основные лечебные мероприятия при наиболее часто встречающихся заболеваниях и состояниях у взрослого населения и подростков, способных вызывать тяжелые осложнения и/или летальный исход при заболеваниях нервной...»

«Медицинский дайджест №3 Июнь 2011 г. Для любознательных Мороженое делает людей счастливее стр. 2 Уважаемые клиенты страховой компании «МАКС»! От лица многотысячного коллектива страховой компании поздравляем Вас с наступлением лета! Желаем Вам приятного летнего отдыха, ярких Общительные люди эмоций, а также плодотворной работы! болеют реже стр. 2 Радость от наступления долгожданного лета мы поможем Вам продлить Доктора России своими полезными советами! Андрей Курпатов: «У меня нет никаИскренне...»

«= Министерство здравоохранения Российской Федерации Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской федерации (ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России) _ ПРОТОКОЛ ЗАСЕДАНИЯ НАУЧНО-КООРДИНАЦИОННОГО СОВЕТА № 3 от 23 мая 2013 года председатель – Ректор СГМУ, заведующий кафедрой урологии д.м.н. В.М. Попков;...»

«В диссертационный совет Д 208.070.01 при ФЕБУ «Российский центр судебно-медицинской экспертизы» Министер­ ства здравоохранения Российской Федерации ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА доктора медицинских наук профессора В.Л. Попова о научно-практической значимости диссертационной работы ТОЛМАЧЕВА Сергея Игоревича «СУДЕБНО-М ЕДИЦИНСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРАЖЕНИЙ, ПРИЧИНЕННЫ Х ИЗ СРЕДСТВ САМООБОРОНЫ,СНАРЯЖ ЕННЫ Х ИРРИТАНТОМ ДИБЕНЗОКСАЗЕПИНОМ (CR)», представленной на соискание ученой степени кандидата...»

«ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РАСПОРЯЖЕНИЕ от 9 сентября 2013 г. № 1613-р МОСКВА О подписании Соглашения между Правительством Российской Федерации и Правительством Республики Абхазия о сотрудничестве в области оказания специализированной, в том числе высокотехнологичной, медицинской помощи, включая лекарственное обеспечение В соответствии с пунктом 1 статьи 11 Федерального закона О международных договорах Российской Федерации одобрить представленный Минздравом России согласованный с МИДом...»

2016 www.сайт - «Бесплатная электронная библиотека - Научные публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам , мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

УДК
ББК
ISВN 5-89004-097-9
Чебышев Н.
В., Гринева Г.
Г.
, Козарь М.
В.
, Гуленков С.
И.
Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с.
Учебник для студентов медицинских ВУЗов "Биология", авторы Н. В. Чебышев,
Г. Г. Гринева, М. В. Козарь, С. И. Гуленков, предназначен для факультетов высшего сестринского образования и для изучения курса биологии на фармацевтических факультетах. Он написан в соответствии с программами для этих факультетов.
Учебник может быть использован при изучении курса биологии в медицинских училищах и колледжах.
Учебник содержит введение и шесть разделов в соответствии с программой:
молекулярно-генетический уровень организации живого
клеточный уровень организации живого
организменный уровень организации живого
популяционно-видовой уровень организации живого
биоценотический уровень организации живого
биосферный уровень организации живого Учебник адаптирован к программам этих факультетов, хорошо иллюстрирован, что позволит студентам лучше освоить изучаемый материал.
-1-

Глава 1
ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
1.1. Введение в науку биологию
Биология - наука о жизни (от греч. биос - жизнь, логос - наука) - изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естество- испытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.
Биология относится к естественным наукам. Разделы науки биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки по объектам исследования: о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.
Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию
(строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят,
например, цитологию, гистологию, анатомию. Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.
Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.
Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-274 г. до н.э.) считал, что
«необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические обобщения.
Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии,
позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи,
позволило ученым создать вакцину , предотвращающую распространение этих заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ
Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном
(1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся,
самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии,
-2-

информации, вещества.
Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.
1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО
К основным свойствам живого можно отнести:
1. Химический состав . Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).
2. Дискретность и целостность . Любая биологическая система (клетка,
организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).
3. Структурная организация . Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза.
4. Обмен веществ и энергии . Живые организмы - открытые системы,
совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи , направленная на восстановление постоянства внутренней среды - гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.
5. Самовоспроизведение . Самообновление . Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур,
несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.
6. Наследственность . Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации,
обеспечивая материальную преемственность между поколениями.
7. Изменчивость . При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.
8. Рост и развитие . Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития - онтогенеза. На
-3-

определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.
9. Раздражимость и движение . Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.
-4-

2.1.1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:
1. Универсальный растворитель.
2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.
3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).
4. Участвует в химических реакциях.
5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.
6. Основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это K
+
, Na
+
, Ca
++
, Mg
++
,
анионы - это Сl
–
, НСО
3
–
, Н
2
РО
4
–
Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая.
Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, в 10 раз меньше в клетке, чем вне ее.
Снижение концентрации К
+ в клетке приводит к уменьшению в ней воды , количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в межклеточной жидкости концентрация Na
+
. Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды.
Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает возможность возникновения и распространения электрических импульсов.
Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН=7,2).
2.1.2. 0РГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов
(мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К
органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
2.1.2.1. Белки
Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определя- ющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В
образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.
-5-

Аминокислота имеет следующую формулу:
В состав аминокислот входят: NH
2
- аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства.
Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты –
амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.
Схема конденсации аминокислот (образование первичной структуры белка)
Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка
(рис. 2).
Рис. 2. Различные структуры молекул белка: / - первичная, 2 - вторичная, 3 - третичная,
4 - четвертичная (на примере гемоглобина крови).
Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи,
скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу
(шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.
-6-

Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка.
При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ре- натурацией (рис. 3).
Рис. 3. Денатурация белка.
Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.
В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки - это тканевая специфичность.
Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков.
Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот ,
например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например,
жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие.
Белки выполняют следующие функции:
ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);
структурную (например, входят в состав мембран клетки);
рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);
транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид углерода);
защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета);
двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон);
гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);
энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).
2.1.2.2. Жиры
Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами,
-7-

обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов.
Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой,
пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие).
Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров.
Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире.
Функции липидов в клетке разнообразны:
структурная (принимают участие в построении мембраны);
энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);
защитная (от потери тепла, механических повреждений);
жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г воды);
регуляция обмена веществ
(например, стероидные гормоны
-
кортикостерон и др.).
2.1.2.3. Углеводы
Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым
К. Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: С
n
(Н
2
O)
n
- углерод и вода.
Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза,
фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов:
сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например,
гликоген, крахмал).
Функции углеводов:
1) моносахариды, первичные продукты фотосинтеза, служат исходными для построения разнообразных органических веществ;
2) углеводы - , т.к. при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при окислении жира в том же объеме кислорода;
3) защитная функция. Слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов и их производных. Она предохраняет стенки полых органов
(бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений.
Обладая антисептическими свойствами, слизь защищает организм от проникновения болезнетворных бактерий;
4) структурная и опорная функции. Сложные полисахариды и их производные
-8-

входят в состав плазматической мембраны, оболочки растительных и бактери- альных клеток, наружного скелета членистоногих.
2.1.2.4. Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты – это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК
(рибонуклеиновая кислота).
2.1.2.4.1. Дезоксирибонуклеиновая кислота
Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - это самые крупные биополимеры, их мономером является нуклеотид (рис. 4). Он состоит из остатков трех веществ: азотистого основания, углевода дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Известны четыре нуклеотида, участвующие в образовании молекулы ДНК.
Они отличаются друг от друга азотистыми основаниями.
Два азотистых основания цитозин и тимин - производные пиримидина. Аденин и гуанин - относят к производным пурина. В названии каждого нуклеотида отражено название азотистого основания. Различают нуклеотиды: цитидиловый (Ц),
тимидиловый (Т), адениловый (А), гуаниловый (Г).
Рис. 4 . Схема строения нуклеотида.
Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего (рис. 5).
-9-

Рис. 5. Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.
Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.),
молекула ДНК представляет собой две спирально обвивающие друг друга нити (рис.
6). Обе нити вместе закручены вокруг общей оси. Две нити молекулы удерживаются рядом водородными связями, которые возникают между их комплементарными азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину.
Между аденином и тимином возникают две водородные связи , между гуанином и цитозином - три (рис. 7).
ДНК находится в ядре, где она вместе с белками образует линейные структуры - хромосомы. Хромосомы хорошо видны при микроскопировании в период деления ядра; в интерфазе они деспирализованы.
-10-

Рис. 6. Схематическое изображение структуры ДНК. На один полный оборот спирали приходится 10
пар оснований (расстояние между соседними парами оснований равно 0,34 нм).
ДНК имеется в митохондриях и пластидах (хлоропластах и лейкопластах), где их молекулы образуют кольцевые структуры. В клетках доядерных организмов также присутствует кольцевая ДНК.
ДНК способна к самоудвоению (редупликации) (рис. 8). Это имеет место в определенном периоде жизненного цикла клетки, называемом синтетическим.
Редупликация позволяет сохранить постоянство структуры ДНК. Если под воздействием различных факторов в процессе репликации в молекуле ДНК
происходят изменения в числе, порядке следования нуклеотидов, то возникают мутации.
Рис. 7. ДНК (схематическое изображение развернутых цепей).
-11-

Рис. 8 . Схема удвоения ДНК.
Основная функция ДНК - хранение наследственной информации, заключенной в последовательности нуклеотидов, образующих ее молекулу, и передача этой информации дочерним клеткам.
Возможность передачи наследственной информации от клетки к клетке обеспечивается способностью хромосом к разделению на хроматиды с последующей редупликацией молекулы ДНК.
В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о признаках каждой клетки и организма в целом. Эта информация называется генетической.
В молекуле
ДНК закодирована генетическая информация о
последовательности аминокислот в молекуле белка. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Передача и реализация информации осуществляется в клетке при участии рибонуклеиновых кислот.
2.1.2.4.2. РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
Рибонуклеиновые кислоты бывают нескольких видов. Есть рибосомальная,
транспортная и информационная РНК. Нуклеотид РНК состоит из одного из азотистых оснований (аденина, гуанина, цитозина и урацила), углевода - рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулы РНК - одноцепочковые.
Рибосомальная РНК (р-РНК) в соединении с белком входит в состав рибосом.
Р-РНК составляет 80% от всей РНК в клетке. На рибосомах идет синтез белка.
Информационная РНК (и-РНК) составляет от 1 до 10% от всей РНК в клетке.
По строению и-РНК комплементарна участку молекулы ДНК, несущему информацию о синтезе определенного белка. Длина и-РНК зависит от длины участка ДНК, с которого считывали информацию. И-РНК переносит информацию о синтезе белка из ядра в цитоплазму (рис. 9).
-12-

Рис. 9. Схема синтеза и-РНК.
Транспортная РНК (т-РНК) составляет около 10% всей РНК Она имеет короткую цепь нуклеотидов и находится в цитоплазме. Т-РНК присоединяет определенные аминокислоты и подвозит их к месту синтеза белка к рибосомам. Т-
РНК имеет форму трилистника. На одном конце находится триплет нуклеотидов
(антикодон), кодирующий определенную аминокислоту. На другом конце имеется триплет нуклеотидов, к которому присоединяется аминокислота (рис. 10).
При комплементарности триплета т-РНК (антикодона) и триплета и-РНК
(кодона), аминокислота занимает определенное место в молекуле белка.
Рис. 10. Схема т-РНК.
РНК находится в ядрышке , в цитоплазме, в рибосомах, в митохондриях и пластидах.
В природе есть еще один вид РНК. Это вирусная РНК. У одних вирусов она
-13-

выполняет функцию хранения и передачи наследственной информации. У других вирусов эту функцию выполняет вирусная ДНК.
2.1.2.4.3. АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА
Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК. При присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (Н
3
РО
4
) АМФ превращается в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) и становится источником энергии,
необходимой для биологических процессов, идущих в клетке.
Рис. 11. Структура АТФ. Превращение АТФ в АДФ (- - макроэргическая связь).
Рис. 12. Передача энергии.
Схема передачи энергии с помощью АТФ из реакций, в результате которых энергия освобождается (экзотермические реакции), в реакции, потребляющие эту энергию (эндотермические реакции). Последние реакции очень разнообразны:
биосинтез, мышечные сокращения и т.д.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из азотистого основания -
аденина, сахара - рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Молекула АТФ
очень неустойчива и способна отщеплять одну или две молекулы фосфата с выделением большого количества энергии, расходуемой на обеспечение всех жизненных функций клетки (биосинтез, трансмембранный перенос, движение,
образование электрического импульса и др.). Связи в молекуле АТФ называют
-14-

макроэргическими (рис. 11, 12).
Отщепление концевого фосфата от молекулы АТФ сопровождается выделением 40 кДж энергии.
Синтез АТФ происходит в митохондриях.
-15-

ISВN 5-89004-097-9

Чебышев Н. В., Гринева Г. Г. , Козарь М. В. , Гуленков С. И.

Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с.

Учебник для студентов медицинских ВУЗов "Биология", авторы Н. В. Чебышев, Г. Г. Гринева, М. В. Козарь, С. И. Гуленков, предназначен для факультетов высшего сестринского образования и для изучения курса биологии на фармацевтических факультетах. Он написан в соответствии с программами для этих факультетов.

Учебник может быть использован при изучении курса биологии в медицинских училищах и колледжах.

Учебник содержит введение и шесть разделов в соответствии с программой:

молекулярно-генетический уровень организации живого

клеточный уровень организации живого

организменный уровень организации живого

популяционно-видовой уровень организации живого

биоценотический уровень организации живого

биосферный уровень организации живого Учебник адаптирован к программам этих факультетов, хорошо иллюстрирован, что позволит студентам лучше освоить изучаемый материал.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

1.1. Введение в науку биологию

Биология - наука о жизни (от греч. биос - жизнь,логос - наука) - изучает закономерности жизни и развития живых существ. Термин «биология» был предложен немецким ботаником Г.Р. Тревиранусом и французским естествоиспытателем Ж.-Б. Ламарком в 1802 году независимо друг от друга.

Биология относится к естественным наукам. Разделы науки биологии можно классифицировать по-разному. Например, в биологии выделяют науки по объектам исследования: о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих

наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.

Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию (строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят, например, цитологию, гистологию, анатомию. Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.

Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.

Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-274 г. до н.э.) считал, что «необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и

практических медицинских науках используются общебиологические обобщения. Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии,

позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи, позволило ученым создать вакцину, предотвращающую распространение этих

заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ

Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном

(1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии,

информации, вещества.

Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.

1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО

К основным свойствам живого можно отнести:

1. Химический состав . Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных

только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).

2. Дискретность и целостность . Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).

3. Структурная организация . Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза.

4. Обмен веществ и энергии . Живые организмы - открытые системы,

совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды - гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.

5. Самовоспроизведение . Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур,

несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.

6. Наследственность . Молекула ДНК способна хранить, передавать

наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

7. Изменчивость . При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.

8. Рост и развитие . Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития - онтогенеза. На

определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.

9. Раздражимость и движение . Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.

2.1.1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:

1. Универсальный растворитель.

2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.

3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).

4. Участвует в химических реакциях.

5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.

6. Основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки

находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это K+ , Na+ , Ca++ , Mg++ , анионы - это Сl– , НСО3 – , Н2 РО4 – .

Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая. Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, в 10 раз меньше в клетке, чем вне ее. Снижение концентрации К+ в клетке приводит к уменьшению в ней воды, количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в межклеточной жидкости концентрация Na+ . Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды.

Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает

возможность возникновения и распространения электрических импульсов.

Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная

реакция (рН=7,2).

2.1.2. 0РГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов (мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К органическим полимерным молекулам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

2.1.2.1. Белки

Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной

единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В

образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи.

Аминокислота имеет следующую формулу:

В состав аминокислот входят: NH2 - аминокислотная группа, сдающая основными свойствами; СООН - карбоксильная группа, имеет кислотные свойства. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами – R. Аминокислоты – амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей.

Схема конденсации аминокислот (образование первичной структуры белка)

Есть первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка

Рис. 2. Различные структуры молекул белка: / - первичная, 2 - вторичная,3 - третичная,4 - четвертичная (на примере гемоглобина крови).

Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и

образовывать вторичную структуру (например, кератин). Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.

Белки, имеющие глобулярную структуру, объединяются вместе и формируют четвертичную структуру (например, гемоглобин). Замена одной аминокислоты приводит к изменению свойств белка.

При воздействии высокой температуры, кислот и других факторов сложные белковые молекулы разрушаются. Это явление называется денатурацией. При

улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией (рис. 3).

Рис. 3. Денатурация белка.

Белки отличаются видовой специфичностью. Каждый вид животных имеет свои белки.

В одном и том же организме каждая ткань имеет свои белки - это тканевая специфичность.

Организмы характеризуются также индивидуальной специфичностью белков. Белки бывают простые и сложные. Простые состоят из аминокислот, например, альбумины, глобулины, фибриноген, миозин и др. В состав сложных белков, кроме аминокислот, входят и другие органические соединения, например,

жиры, углеводы, образуя липопротеиды, гликопротеиды и другие. Белки выполняют следующие функции:

ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы);

структурную (например, входят в состав мембран клетки);

рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению);

транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид

углерода);

защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета);

двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон);

гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген);

энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии).

2.1.2.2. Жиры

Жиры - органические соединения, которые наряду с белками и углеводами,

обязательно присутствуют в клетках. Их относят к большой группе органических жироподобных соединений, классу липидов.

Жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомный спирт) и высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой, пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие).

Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров.

Жиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире.

Функции липидов в клетке разнообразны:

структурная (принимают участие в построении мембраны);

энергетическая (при распаде в организме 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии - в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов);

защитная (от потери тепла, механических повреждений);

жир - источник эндогенной воды (при окислении Юг жира выделяется 11 г

регуляция обмена веществ (например, стероидные гормоны - кортикостерон и др.).

2.1.2.3. Углеводы

Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым

К. Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: Сn (Н2 O)n - углерод и вода.

Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза, фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например, гликоген, крахмал).

Функции углеводов:

1) моносахариды, первичные продукты фотосинтеза, служат исходными для построения разнообразных органических веществ;

2) углеводы - основной источник энергии для организма, т.к. при их разложении с использованием кислорода выделяется больше энергии, чем при

окислении жира в том же объеме кислорода;

3) защитная функция. Слизь, выделяемая различными железами, содержит много углеводов и их производных. Она предохраняет стенки полых органов

(бронхи, желудок, кишечник) от механических повреждений. Обладая антисептическими свойствами, слизь защищает организм от проникновения болезнетворных бактерий;

4) структурная и опорная функции. Сложные полисахариды и их производные

входят в состав плазматической мембраны, оболочки растительных и бактериальных клеток, наружного скелета членистоногих.

2.1.2.4. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты – это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

2.1.2.4.1. Дезоксирибонуклеиновая кислота

Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - это самые крупные биополимеры, их мономером является нуклеотид (рис. 4). Он состоит из остатков трех веществ: азотистого основания, углевода дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Известны четыре нуклеотида, участвующие в образовании молекулы ДНК. Они отличаются друг от друга азотистыми основаниями.

Два азотистых основания цитозин и тимин - производные пиримидина. Аденин и гуанин - относят к производным пурина. В названии каждого нуклеотида отражено название азотистого основания. Различают нуклеотиды: цитидиловый (Ц), тимидиловый (Т), адениловый (А), гуаниловый (Г).

Рис. 4 . Схема строения нуклеотида.

Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего (рис. 5).

Рис. 5. Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.

Согласно модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953 г.), молекула ДНК представляет собой две спирально обвивающие друг друга нити (рис. 6). Обе нити вместе закручены вокруг общей оси. Две нити молекулы удерживаются рядом водородными связями, которые возникают между их комплементарными азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину. Между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином - три (рис. 7).

ДНК находится в ядре, где она вместе с белками образует линейные структуры - хромосомы. Хромосомы хорошо видны при микроскопировании в период

деления ядра; в интерфазе они деспирализованы.

Название: Биология
Чебышев Н.В.
Год издания: 2005
Размер: 13.71 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский

В рассматриваемой книге изложены основные разделы биологии, в которых представлены вопросы молекулярно-генетического, клеточного, организменного, популяционно-видового, биоценотического, биосферного уровня организации живого. Большое колличество иллюстративного материала позволяет лучше осваивать изучаемый материал. Для студентов-медиков.

Название: Медицинская паразитология и паразитарные болезни
Ходжаян А.Б., Козлов С.С., Голубева М.В.
Год издания: 2014
Размер: 9.21 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: Книга "Медицинская паразитология и паразитарные болезни" под ред., Ходжаяна А.Б., и соавт., рассматривает основные материалы характеризующие паразитарные болезни и их возбудителей. Изложена классифика... Скачать книгу бесплатно

Название: Биомембраны: Молекулярная структура и функции
Геннис Р.
Год издания: 1997
Размер: 4.4 МБ
Формат: djvu
Язык: Русский
Описание: Книга "Биомембраны: Молекулярная структура и функции" под ред., Генниса Р., рассматривает гистологию, физиологию и биохимию мембран клеток. Описано строение мембраны, ее основные особенности у различн... Скачать книгу бесплатно

Название: Общая биология
Макеев В.А.
Год издания: 1997
Размер: 1.7 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: В рассматриваемой книге Макеева В.А. "Общая биология" изложены основные разделы биологии, в которых представлены вопросы молекулярно-генетического, клеточного, организменного, популяционно-видового, б... Скачать книгу бесплатно

Название: Медицинская паразитология
Генис Д.Е.
Год издания: 1991
Размер: 3.87 МБ
Формат: djvu
Язык: Русский
Описание: В практическом пособии "Медицинская паразитология" под ред., Гениса Д.Е., рассматриваются вопросы практической паразитологии: освещают представителей паразитов с подробным описанием их характеристик и... Скачать книгу бесплатно

Название: Руководство по медицинской паразитологии
Алимходжаева П.Р., Журавлева Р.А.
Год издания: 2004
Размер: 24.17 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: В учебном пособии "Руководство по медицинской паразитологии" под ред., Алимходжаева П.Р., и соавт., рассматриваются вопросы практической паразитологии: освещают представителей паразитов с подробным оп... Скачать книгу бесплатно

Название: Медицинская паразитология
Мяндина Г.И., Тарасенко Е.В,
Год издания: 2013
Размер: 26.62 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: В учебном пособии "Медицинская паразитология" под ред., Мяндина Г.И., и соавт., рассматриваются вопросы практической паразитологии: освещают представителей паразитов с подробным описанием их характери... Скачать книгу бесплатно

Название: Медицинская паразитология
Чебышев Н.В.
Год издания: 2012
Размер: 13.19 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: Книга "Медицинская паразитология" под ред., Чебышева Н.В., рассматривает основные материалы протозоологии. Описаны морфологические особенности строения представителей простейших, членистоногих. а такж... Скачать книгу бесплатно

Название: Основы медицинской паразитологии
Бажора Ю.И.
Год издания: 2001
Размер: 3.37 МБ
Формат: pdf
Язык: Русский
Описание: Практическое руководство "Основы медицинской паразитологии" под ред., Бажоры Ю.И., рассматриваются базовые вопросы паразитологии Представлены термины и понятия характеризующие медицинскую паразитологи...