Биохимическое единство всех живых организмов

<


061314 0455 11 Биохимическое единство всех живых организмовИдея биологического единства всего живого имеет большое значение для медицины, указывая на универсальность биологических законов и механизмов для всего мира живых существ, включая человека. Биологическое единство всего живого проявляется как:

Структурное единство, в основе которого лежит клеточное строение всех живых организмов.

Генетическое единство. Генетическим материалом всех живых организмов от бактерий до человека является молекула ДНК.

Биохимическое единство. Основу всех живых организмов составляют одинаковые классы органических соединений: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы.

История развития биологии как науки о жизни определяется этапами крупных научных открытий и обобщений, подтверждающих идею биологического единства всего живого на Земле. Эта идея имеет важное значение для медицины, указывая на универсальность биологических законов и механизмов для всего мира живых существ, включая человека. Единство всего живого проявляется как:

Структурное единство, в основе которого лежит клеточное строение всех живых организмов. В середине Х1Х в. были сделаны три крупных научных открытия, которые дали мощный толчок развития современного естествознания – закон сохранения энергии, эволюционная теория Дарвина и клеточная теория. Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839 г.) явилась крупнейшим доказательством единства всего живого. Открытие того факта, что все организмы состоят из клеток, которые, несмотря на разнообразие их форм и размеров, построены и функционируют одинаковым образом, дали толчок изучению закономерностей, лежащих в основе морфологии, физиологии и онтогенеза живых существ. Исходя из клеточной теории и разрабатывая ее дальше, Р. Вирхов создал концепцию клеточной патологии (1858), которая определила главные пути развития медицины на долгое время. Объясняя течение патологических состояний структурно-химическими изменениями на клеточном уровне, эта концепция способствовала созданию патолого-анатомической службы.

Генетическое единство. Генетическим материалом всех живых организмов от бактерий до человека является молекула ДНК, информация в которой записана с помощью последовательности нуклеотидов. Модель строения молекулы ДНК в виде двойной спирали, предложенная Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г., явилась ключевым этапом развития молекулярной биологии и бурного развития молекулярно-генетических исследований, которые определили приоритетные направления развития современной биологии и медицины. Открытие единства генетического кода и механизмов реализации генетической информации по схеме ДНК –РНК- белок, определило появление генетической инженерии, а на ее основе биотехнологии и генотерапии – генной коррекции наследственных болезней, а также ДНК-диагностики наследственных болезней, вирусных и протозойных инфекций. Проект «Геном человека» и его значение для медицины. Проект завершен в 2001 г. полной расшифровкой нуклеотидной последовательности ДНК человека, что открывает новые перспективы в молекулярной диагностике и создании новых методов лечения наследственных болезней человека.

Биохимическое единство. Основу всех живых организмов составляют одинаковые классы органических соединений. В клетках эукариот существует 5 типов белков-гистонов, одинаковых у всех организмов. Универсальный источник энергии в клетках — молекулы АТФ. Мономеры вообще не обладают специфичностью и одинаковы в клетках всех живых организмов. Специфичность живого определяется на уровне макромолекул (биополимеров), которые синтезируются в клетках по наследственной программе. Ключевую роль в процессах жизнедеятельности играют биополимеры – нуклеиновые кислоты и белки. Субстратом жизни на Земле являются нуклеопротеиды, бесконечное разнообразие которых определяет специфичность живых организмов. Разнообразие молекул белков и нуклеиновых кислот определяется определенной последовательностью соединения мономеров в цепи полимера. Известно, что все молекулы белков в клетках построены из 20 типов аминокислот, а молекулы ДНК – из 4-х типов нуклеотидов, одинаковых для всех организмов. Биохимические реакции, протекающие в клетках, также одинаковы для всех организмов. Например, реакции гликолиза, синтеза белка, синтеза РНК имеют сходные механизмы в клетках бактерий, растений, животных и человека. Благодаря универсальности генетического кода, стало возможным появление генной инженерии, т.е. создание рекомбинантных молекул ДНК, соединяющих фрагменты ДНК человека и бактерий. На основе таких молекул стало возможным получение в промышленных масштабах гормонов (инсулин, соматотропин) и биологически активных веществ.

Все клетки всех живых существ, будь то прокариоты (бактерии) или эукариоты (одноклеточные, грибы, растения и животные) состоят из одних и тех же классов органических соединений — нуклеотидов, липидов, белков и углеводов. Во всех клетках химические процессы, в которых участвуют все эти соединения контролируются одним и тем же классом белков — ферментами. 

Все клетки получают энергию посредством окислительного расщепления соединений, как при гликолизе — бескислородном разложении глюкозы. 

Носителем наследственной информации во всех клетках являются молекулы ДНК. Эта информация полностью регулирует жизнь клетки, т.е. в первую очередь — все синтезируемые ею белки и передаются следующему поколению. Молекулярное строение ДНК было открыто в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком. Сенсацией оказалось то, что принцип строения ДНК одинаков для всех живых организмов от бактерии до человека. 

Нигде биохимическое единство жизни не очевидно так, как в экспериментах со встраиванием генов высших организмов в ДНК бактерии.

 Впервые подобные опыты провели в 1979 году, выделив ген, ответственный за синтез инсулина у человека и «встроив» его в геном бактерии кишечной палочки (Escherichia coli). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Автотрофы и гетеротрофы

 

Автотрофы (др.-греч. αὐτός — сам и τροφή — пища) — живые организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества вбиосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удается. Например, одноклеточная эвглена на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.

Автотрофных организмов классифицируют на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.

Фототрофы – организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет (фотоны, благодаря которым появляются доноры, или источники электронов), называются фототрофами. Такой тип питания носит название фотосинтеза.

Хемотрофы – остальные организмы в качестве внешнего источника энергии (доноров, или источников электронов) используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений — таких, как сероводородметансера, двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно являются автотрофами, а все хемотрофы-эукариоты — гетеротрофами. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии являются гетеротрофами.

Гетеротрофы — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются органические вещества, произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. Растения-гетеротрофы полностью (заразихараффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются прорастая в тело растения-хозяина. К животным-гетеротрофам относятся все простейшие не способные синтезировать органические вещества фото- или хемосинтезом. Но есть животные способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).

К гетеротрофам относятся все животные и человек, грибы, а также растения и микроорганизмы, не обладающие способностью к фотосинтезу или хемосинтезу.

Все необходимые органические вещества гетеротрофы-животные получают в конечном счете из автотрофных организмов. При переваривании органические вещества автотрофов превращаются в низкомолекулярные соединения и в таком виде усваиваются гетеротрофами. Все такие животные обладают голозойным (животным) типом питания (от греческих слов holos — весь, целый и zoon — животное). Голозойные животные делятся на травоядных (точнее — растительноядных) и плотоядных в широком смысле этого слова. Есть, впрочем, и всеядные животные, которые могут питаться и растительными и животными организмами, например медведь, свинья. К всеядным гетеротрофам относится и человек.

У других гетеротрофов тип питания сапрофитный. Он характерен для грибов и бактерий. Эти организмы не заглатывают пищу, а получают органические вещества в растворенном виде через клеточные стенки. Примером сапрофитов могут служить дрожжи (из органических веществ им необходим сахар). Без сапрофитов был бы невозможен круговорот веществ в природе, поскольку они осуществляют разложение и минерализацию органических веществ.

Особую группу гетеротрофов составляют организмы-паразиты.

Миксотрофы (от др.-греч. μῖξις — смешение и τροφή — пища, питание) — это организмы, которые способны использовать различные источники углерода и энергии. Миксотрофы могут быть одновременно фототрофами и хемотрофамилитотрофами иорганотрофами. К миксотрофами являются представители как прокариот и эукариот.

Примером организма с миксотрофным получением углерода и энергии является бактерия Paracoccus pantotrophus — хемооргано-гетеротроф, также способная существовать по хемолитоавтотрофному типу. В случае P. pantotrophus серосодержащие соединения выступают в качестве доноров электронов. Органогетеротрофный метаболизм может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Автотрофы в качестве единственного источника углерода используют углекислый газ, из которого они могут синтезировать необходимые молекулы органических веществ. Гетеротрофы не способны усваивать углекислый газ из окружающей среды и должны получать углерод в виде достаточно сложных органических молекул, синтезированных другими организмами.

Надо сказать, что деление клеток на автотрофы и гетеротрофы является весьма условным. У одного и того же организма могут быть клетки обоих типов. Например, у высших растений клетки листа — автотрофы, а клетки корня – гетеротрофы. Более того, зеленые клетки листа днем являются автотрофами, а ночью — гетеротрофами, так как при дыхании окисляют глюкозу до СО2 и Н20. Солнечная энергия является источником энергии для фотосинтетических реакций в зеленом листе, в результате которых возникают восстановленные органические соединения, такие, как глюкоза и молекулярный кислород, из углекислого газа и воды. Гетеротрофные клетки используют продукты фотосинтеза, освобождая для своих нужд энергию и выделяя во внешнюю среду углекислый газ и воду.

В биологический круговорот вовлекается огромное количество солнечной энергии. За год на Земле в результате процессов фотосинтеза улавливается около 1021 Дж солнечной энергии, а ежегодный круговорот углерода измеряется величиной 33 109 т. По сравнению с этим количеством энергии общее количество энергии, которое используют все машины и механизмы, созданные цивилизацией, представляется ничтожным.

Азот также является одним из важнейших элементов биосферы, принимающих участие в круговороте. Молекулярный азот в огромных количествах содержится в атмосфере, но большинство организмов не могут использовать его из-за его химической инертности. Все организмы должны получать азот из окружающей среды в какой-либо связанной форме: в виде аммиака, нитратов или, например, аминокислот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тест

 

Сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда – это:

а) ледяной смог; 

б) влажный смог; 

в) сухой смог. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

  1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. – М.: Наука, 1988. 245 с.
  2. Елисеева Н.В., Чернышева Н.В., Имгрунт И.И., Стрельников В.В. Экология.- Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004.-196 с.
  3. Николайкин Н.И. Экология: Учеб. Для вузов /Н.И.Николайкин, Н.Е.Николайкина, О.П.Мелихова. – 3-е изд., стериотип. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с.
  4. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды: Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.-751 с.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.92MB/0.00057 sec

WordPress: 21.89MB | MySQL:120 | 1,298sec