Лекция 1 Вводная. Биология как комплекс наук о живой природе. Значение биологии в подготовке врача Кафедра биологии c экологией и курсом фармакогнозии Доцент Дегерменджи Н.Н.
ПЛАН 1.Биология как наука о живом, ее место в системе медицинских наук. 2.Человек – центральный объект современной биологии 3.Определение жизни. Биопоэз. Фундаментальные свойства живых систем. 4. Уровни организации живого. 5. Клетка. Ее структура и функции.
Биология – наука о жизни Представляет собой комплексную систему знаний, изучающую жизнь во всех ее проявлениях. Термин «биология» предложен французским ученным Ж.Б. Ламарком в 1802 году.
Термин «БИОЛОГИЯ» – (греческого bios – жизнь, logos – слово, понятие, наука) введен независимо друг от друга в 1802 Ж.Б.Ламарком и Г. Тревиранусом Ж.Б.Ламарк
В системе медицинского образования биология играет важную роль Гиппократ «Каждый врач должен понимать природу» «Медицина взятая в плане теории – прежде всего общая биология» Давыдовский И.В.
Накопление знаний по анатомии человека Знание анатомии ацтеков связано с ритуалом человеческими жертвоприношений. Анатомия человека изображение из трудов Авицена (ибн-Сина)
XIV век Представления врачей о связи знаков зодиака с частями тела человека. XVII столетие «Канон врачебной науки» - лучшее медицинское сочинение для врачей Востока, Запада
К.Линней Т.Шванн Г.Мендель Т.Морган Ч. Дарвин И.Шмальгаузен
Геоботаники : А. Тенсли и В.Н.Сукачев В. И. Вернадский
На земном шаре обитает около 1,5 млн. видов животных; 500 тыс. видов растений; 100 тыс. видов микроорганизмов. Живые организмы Неклеточные Клеточные Царство Вирусы Прокариоты Эукариоты Царство Дробянки Тип Бактерии Тип Миксомицеты Подцарство Архебактерии Царство Грибы Царство Растения ЦарствоЖивотные
Главным объектом деятельности врача является Человек, представляющий часть живой природы
Прокариоты Размеры клеток – d – 0,05-5мкм Строение организмов - одноклеточные и нитчатые Генетический материал - кольцевая молекула ДНК в цитоплазме. Отсутствуют ядро и хромосомы. Органоиды- мало, отсутствуют двойные мембраны. Рибосомы более мелкие.
Эукариоты Размеры клеток – d -около 40 мкм. Строение организмов - одноклеточные, нитчатые, многоклеточные. Генетический материал - молекула ДНК связана с белками гистонами и образуют хромосомы внутри ядра.
Эукариоты Органоиды - много. 1)немембранные:рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. 2)одномембранные: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы. 3)двумембранные:митохондрии, хлоропласты. Клеточные стенки- у растений содержат целлюлозу, у грибов-хитин, у животных – отсутствуют.
Морфологические дисциплины цитология гистология анатомия Интегративные науки Биофизика Биохимия Генетика Радиобиология
1. Выяснение сущности жизни и разработка методов управления жизненными процессами. 2. Изучение молекулярно-генетических механизмов. Возможность их использования в медицине. 3. Охрана биосферы и разработка природоохранительных мероприятий.
Предметом Биологии является ЖИЗНЬ во всех ее проявлениях: это строение, физиология, поведение, онтогенез, филогенез, развитие организмов и их взаимоотношение друг с другом и с окружающей их средой.
ЧЕЛОВЕК Биологическая сущность : - большой объем коры головного мозга, - бинокулярное зрение, - освобожденные передние конечности, изменение генофонда под действием факторов естественного отбора Социальная сущность: общественное устройство, труд, производство - обеспечивают выживание, расселение и благополучие человека
И.В. Давыдовский «Закономерность болезней вытекает из основных свойств жизни – из умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Полнота приспособления и есть полнота здоровья!».
ЖИЗНЬ – питание, рост, одряхление. ЖИЗНЬ – целеустремленность ЖИЗНЬ – это химическая функция А.Лавуазье И.П.Павлов ЖИЗНЬ – сложный химический процесс Аристотель
ЖИЗНЬ - есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. Ф. ЭНГЕЛЬС
Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. М.В. Волькенштейн
Современное определение ЖИЗНИ ЖИВАЯ СИСТЕМА – это коллоидная, макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самопостроению, самообновлению, самовоспроизведению и саморегуляции при постоянном обмене с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Единство химического состава Дискретность и целостность Обмен веществ, энергии и информации Упорядоченность в пространстве и во времени Самовоспроизведение и самообновление Наследственность и изменчивость Рост и развитие Хиральность биополимеров Раздражимость и движение
Луи Пастер в 1847 г. Открыл явление оптической (зеркальной ) изомерии химических соединений. Молекулы, в которых имеется ассиметричный атом углерода существует в двух зеркальных антиподных формах Это так называемые левые L и правые D оптически активные зеркальные стереоизомеры Их свойство вращение влево или вправо плоскости поляризации падающего на него света О C OH H C NH 2 R = D - изомер О C OH H 2 N C H R L - изомер =
Зеркальной изомерией обладают такие биохимические соединения как аминокислоты и сахара, в том числе входящие в состав РНК В биологическом мире существует абсолютная хиральная чистота : все природные аминокислоты – левые L, а природные сахара правые D зеркальные изомеры При синтезе этих соединений в лабораторных условиях могут возникать рацемические смеси не обладающие оптической активностью и вызывающие нарушения физиологических и генетических процессов
Опарина – Холдейна (1924-1928 ГГ.) Д. Бернала 1947 Г. Этапы: Абиогенный – синтез неорганических соединений Синтез мономеров : метана, аммиака, сероводорода, оксида и диоксида углерода, цианистых соединений Полимеризация мономеров в биологические полимеры – полипептиды и полинуклеотиды Теории происхождения жизни
Уровни организации Элементарная единица ( ЭЕ ) - это структура или объект Элементарное явление (ЭЯ) – это закономерные изменения ЭЕ в процессе сохранения и развития Жизни
Уровни организации живого Молекулярно-генетический: ЭЕ – ген, элементарное явление ЭЯ – конвариантная репликация, или самовоспроизведение с возникновением некоторых изменений матрицы;
Уровни организации живого Клеточный: ЭЕ - клетка, ЭЯ – клеточный метаболизм (потоки вещества, энергии, информации); - Тканевой: ЭЕ – совокупность сходных клеток, ЭЯ - становление структуры и функционирования в едином организме;
Уровни организации живого Органный: ЭЕ – органы, ЭЯ - становление их структуры и функции; - Организменный (онтогенетический): ЭЕ – особь, ЭЯ – закономерности изменения особи в онтогенезе (рост, дифференциация частей, интеграция);
Уровни организации живого Популяционно-видовой: ЭЕ – популяция, ЭЯ – эволюционно-значимые изменения генофонда популяции за счет ЭЭФ); - БГЦенотический: ЭЕ – БГЦ, ЭЯ - вещественно-энергетический круговорот;
Уровни организации живого Биосферный: ЭЕ – живая оболочка земли, ЭЯ - все явления жизни, активно приобретаемые живыми организмами.
1. Планетарный 2. Биогеоценотический 3. Популяционно- видовой 4. Организменный 5. Системный 6. Тканево-органный 7. Клеточный 8. Субклеточный 9. Молекулярный 10. Субмолекулярный 3 9 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ (1838-1839гг Т.Шванн,М.Шлейден) 1. Клетки растений и животных принципиально сходны между собой 2.Каждая клетка функционирует независимо от других, но вместе со всеми 3.Все клетки возникают из бесструктурного вещества неживой материи.
Рудольф Вирхов (патологоанатом) «Целлюлярная патология» (1859) внес существенные уточнения в последнее положение клеточной теории : -все клетки возникают из клеток путем их деления ( omnia cellulae e cellula )
Клетка – это обособленная, наименьшая по размерам структура, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может во внешних условиях поддерживать эти свойства в себе самой и передавать их в ряду поколений.
Независимо от индивидуальных структурно-функциональных Особенностей все клетки одинаковым образом: 1. Хранят биологическую информацию 2. Редуплицируют генетический материал 3. Используют генетическую информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка 4. Хранят и переносят энергию 5. Превращают энергию в работу 6. Регулируют обмен веществ.
Характерен для одно- и многоклеточных организмов. Типична высокая упорядоченность внутреннего содержимого клеток за счет явления КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИИ ее объема (деления на ячейки, отличающиеся ферментативным составом). Включают 3 составные части : клеточную мембрану с надмембранными образованиями, цитоплазму, клеточное ядро.
Плазматическая мембрана (плазмалемма) от греческого – plasma - форма, lemma – оболочка 1935г – Н.Даусон и Р.Даниэлли - «Бутербродная» модель строения мембраны 1972г – С. С(З)ингер и Д.Николсон модель «жидкой мозаичной мембраны»
Жидкостно-мозаичная модель Интегральные белки Полуинтегральные белки Поверхностные белки Липиды Полисахариды
Липиды определяют структурную целостность мембран. Их молекулы имеют два полюса. Один конец гидрофильный – полярный, другой гидрофобный - неполярный Н 3 С Н 3 С Н 3 С N + - CH 2 O O CH 2 CH 2 CH CH 2 CH 2 CO CH 2 CO CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O O O O P 1. Гидрофильная «головка» 2. Гидрофобные «хвосты» 1. 2.
Белки в мембране делятся на три группы : Периферические -соединяются с головками, благодаря электростатическим взаимодействиям Погруженные – образуют на мембране биохимический «конвейер» Интегральные - обеспечивают передачу информацию в двух направлениях : в клетку и обратно. Они бывают двух типов переносчики и каналообразующие
Разграничительная – в клетке обеспечивают компартментализацию Рецепторная – обеспечивается молекулами интегральных белков, имеющих полисахаридные концы
Транспортная – обеспечивают гомеостаз в клетке Различают пассивный и активный транспорт Пассивный транспорт происходит без затраты энергии путем : простой диффузии, облегченной диффузии и осмоса Активный транспорт происходит с затратой энергии при участии белков-переносчиков, например : калий - натриевый насос
Поступление в клетку крупных макромолекул – эндоцитоз : фагоцитоз и пиноцитоз Происходит с затратой АТФ
Удаление из клетки – экзоцитоз – выводится из клетки гормоны, белки, и другие продукты обмена Секреторные гранулы в бокаловидных клетках кишечника
Катализ биохимических процессов за счет мембранных белков Передача нервных импульсов через синапсы
Участие в образовании тканей за счет контактов : плотных, щелевых и через десмосомы Схема межклеточных контактов Десмосома Простой «Замок» 1 2 3
Состав липидов : 25-60% от состава мембраны. - Глицерофосфаты - Холестерин (в животных клетках) - Сфингомиелины - Фитостерины (в растительных клетках)
Цитоплазма I. Гиалоплазма II. Органоиды Общие Специальные Трофические Секреторные Специальные Экскреторные Мембранные Немембранные Двумембранные Митохондрии Пластиды Одномембранные ЭПС (ЭР) КГ Лизосомы Микротельца Сферосомы Глиоксисомы Рибосомы КЦ Микротрубочки Микрофиламетны III. Включения Реснички Жгутики Миофибриллы Нейрофибриллы Вакуоли
Клеточный центр лизосома Комплекс Гольджи микрофиламенты
Лизосомы и комплекс Гольджи
Гранулярная эндоплазматическая сеть, рибосомы
Митохондрии (окраска родамином. Фото А.Минина)
Клеточный центр в дробящейся яйцеклетке лошадиной аскариды Центриоли и лучистая сфера
ХЛОРОПЛАСТЫ
Специальные органоиды реснички
1 - Капли жира в клетках печени аксолотля 2 – Ядро клетки 3 - Мембрана 3 1 2 3 1 – Клеточная стенка 2 – Крахмальные зерна 3 - Цитоплазма ТРОФИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
ядро 1 – ЯДРО ДИФФУЗНОГО ТИПА (в период интерфазы) 2 – ЯДРО ХРОМОНЕМНОГО ТИПА (подготовка к делению) 1 2
ФУНКЦИИ – ХРАНЕНИЕ, ПЕРЕДАЧА И РЕАЛИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ГИПОТЕЗА О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ ХРОМОСОМ – Н.К. Кольцов, 1927, 1935
Создание модели ДНК - Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик 1953 г.
1. репликация 2.репарация 3.транскрипция 4. рекомбинация 5. мутация Основная функция ДНК – хранение и передача наследственной информации.
Начальный уровень компактизации хромосом нуклеосомный нуклеомерный хромомерный хромонемный
1. НУКЛЕОСОМА – дискретная единица хроматина ДНК 146по 4 пары гистонов Нуклеосомы в виде «бусин на нити» уплотнение ДНК в 7 раз
2. нуклеомерный - упаковка нуклеосом с помощью гистоновых белков. -Возникает структура спирального типа – соленоид. Она повышает компактность ДНК еще в 40 -70 раз. Под электронным микроскопом соленоид – фибриллы хроматина.
3. Доменно-петлевой или хромомерный - Связан с негистоновыми белками. - Фибриллы хроматина в местах связывания с негистоновыми белками образуют петли. - Формируется поперечная петлистая структура вдоль хромосомы Уплотнение ДНК в 600-700раз.
4. Дезактивация хроматина, образуется гетерохроматин. В митотических хромосомах ЭТО– хромонемы ( профаза, ранняя телофаза). 5. Спирализация хроматина - образование хромосом.
1 - Нуклеосомный 2 -Нуклеомерный 3- Доменно-петлевой
КАРИОТИП Метафазная пластинка
МИТОЗ МЕРИСТЕМА-ТИЧЕСКИХ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ
Перечислите основные уровни организации жизни СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
