По благословению Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия II Автор С. Ю. Вертьянов ( E - mail : SergijV@ yandex. ru ) Под общей научной редакцией д.б.н. М. Г.

Каждая ткань реализует свою задачу в целостной системе организма. Жизнеспособность отдельных особей обеспечива­ет благополучие вида. Каждый вид занимает свое место в экосистемах планеты. На каждом последующем уровне происходит усложнение биосистем и появление у них новых качеств. В курсе об­щей биологии мы изучим закономерности, характерные для всех уровней организации жизни. Методы исследования в биологии.

Для изучения живой природы биологами используются следующие основные методы: 1. Наблюдение позволяет выявить и описать биологичес­кие объекты и явления. 2. Сравнение выявляет сходства и различия в строении и функционировании организмов и их частей. На принци­пах сравнения построена систематизация живых существ. 3. Экспериментальный метод позволяет целенаправлен­но создавать условия, в которых свойства объекта иссле­дования выявляются в интересующем аспекте.

Эксперимент дает возможность эффективно вскрывать сущность биологи­ческих явлений. 4. Моделирование позволяет предсказать поведение био­логических систем в тех или иных условиях. Важность биологических знаний. Изучать окружающий мир важно потому, что он во всех проявлениях – в движе­нии, звуке, шуме ветра, всплеске волн, в солнечных бликах на утренней росе и крике перелетных птиц – есть творение Божие.

В контексте Сотворения удивительный мир животных и растений перестает казаться таинственным порождением не­живой материи, возводя человеческий разум к познанию Творца. Изучение природы имеет также ряд прикладных задач: выведение новых сортов растений и пород животных, что­бы обеспечить питанием быстрорастущее население плане­ты, предупреждение и лечение различных заболеваний, а также сохранение и восстановление красоты природы.

РАЗДЕЛ 1 КЛЕТКА – ЕДИНИЦА ЖИВОГО Глава I . ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ Организмы животных и растений получают все необходимые элементы из окружающей природы. В клетках содержится около 90 химических элементов, 24 из них имеют известное ученым предназначение. Выполняют ли остальные элементы какую-либо функцию или просто попадают в организмы вместе с пищей и воздухом, пока не установлено.

В зависимости от содержания в организмах элементы делят на три группы. В первую группу входят О (65-70%), С (15-18%), Н (8-10%) и N (1,5-3%). Эти элементы составляют около 99% массы клетки, поэтому их называют макроэлементами. Вторую группу составляют Р, S , C 1 и металлы: К, Са, Mg , Na и Fe . На их долю приходится около 3% вещества клетки: Mg входит в состав хлорофилла, от содержания Са зависит свер­тываемость крови, Са и Р участвуют в формировании костной ткани, Fe является необходимой составляющей гемоглобина – белка, участвующего в переносе кислорода к тканям, Na , К и С1 обеспечивают транспорт веществ через клеточную мембрану.

Основной вклад в построение молекул жизненно важных со­единений вносят макроэлементы вместе с S и Р, поэтому их называют биогенными, или биоэлементами. Макроэлементы вме­сте с S входят в состав белков, а вместе с Р – в состав нукле­иновых кислот; О, Н и С образуют жиры и углеводы. Третья группа объединяет остальные элемен­ты, они составляют не более 0,1% вещества клетки.

Однако это не значит, что без них организм может легко обойтись. Напри­мер, I (0,0001%) входит в состав гормона щитовидной желе­зы тироксина, регулирующего рост и интенсивность обмена веществ во всем организме, Zn (0,003%) – в состав гормона поджелудочной железы инсулина и более чем ста различных ферментов. Содержание Си в организмах животных – не более 4,0002%, но ее недостаток в почве и, как следствие, в расте­ниях приводит к массовым заболеваниям сельскохозяйственных животных.

Элементы третьей группы подразделяют на микро-(1012-103%) и ультрамикроэлементы (не более 1012%). К пос­ледним относят Ag , Au , Hg , Be , U , As и др. Биологическая роль многих из них пока не выявлена. Известно, что соединения бора необходимы для нормального развития растений, а недостаток селена вызывает онкологические заболевания. Живые существа обладают способностью избирательно на­капливать в себе вещества, поглощаемые из окружающей сре­ды.

Так, кислорода в почве содержится 49%, а в растениях – 70%; кремния в почве – 33%, а в растениях – 0,15%. В почве и водоемах очень мало ионов К и много ионов Na , в клетке же наоборот — много ионов К и очень мало ионов. Na . Пока клет­ка жива, она стойко поддерживает свой химический состав, от­личный от состава окружающей среды. Все химические элементы образуют два больших класса со­единений: неорганические и органические.

Органические со­единения содержат углерод, его наличие является отличитель­ным признаком живого. Из всего многообразия органических веществ биологическое значение имеют нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды (жиры). В состав типичной животной клетки молекулы веществ вхо­дят в следующих соотношениях: белки 15-18% неорганические ионы 1% РНК 1,1-6% полисахариды 2% ДНК 0,25-1% липиды 2-5% § I .

Неорганические вещества Вода – самое распространенное вещество в живых суще­ствах. В многоклеточных организмах вода составляет до 80% массы. У человека содержание воды в различных органах ко­леблется от 10% (в клетках эмали зубов) до 85% (в клетках головного мозга). Молекула воды полярна (диполь). Центры ее положительно­го (у атомов водорода) и отрицательного (у кислорода) зарядов сильно разнесены.

Атом кислорода молекулы воды притягива­ется к атому водорода другой молекулы с образованием так на­зываемой водородной связи. Ее проч­ность в 15-20 раз меньше прочности ковалентных связей, которыми соединены водород и кислород внутри молекулы. Каждая молекула воды способна связаться с не­сколькими другими. В результа­те формируется сложная сеть свя­занных молекул.

Водородные свя­зи не позволяют молекулам воды независимо двигаться, поэтому вода при обычных на Земле дав­лениях и температурах от 0°С до 100°С – жидкость, а не газ, как аналогичные соединения H 2S и NH 3. Значительное сцепление молекул воды между собой и с мо­лекулами других веществ позволяет воде легко перемещаться вверх по сосудам растений и переносить питательные вещества.

Образование водородной связи между молекулами воды Водородные связи в воде формируют сложную сеть При нагревании воды много энергии расходуется на раз­рушение водородных связей, температура при этом повыша­ется относительно медленно. Высокая теплоемкость позволяет воде выполнять функцию терморегулятора.

При резких из­менениях внешней температуры колебания температуры внутри клеток оказываются менее существенными. Другое стабилизи­рующее свойство воды связано с высоким значением теплоты ее испарения и конденсации. При падении температуры воз­духа пары воды конденсируются, выделяя много тепла, пре­дохраняющего растения от переохлаждения. В жаркую пого­ду испаряющаяся с поверхности растений вода поглощает за­метное количество тепла, защищая растения от перегрева.

Вода обладает и высокой теплопроводностью, обеспечивая равномер­ное распределение температуры в тканях. Благодаря сильной полярности молекул вода способна раство­рять огромное количество неорганических и органических ве­ществ. В нерастворенном виде многие жизненно важные соеди­нения не проникают через клеточную мембрану. Как хороший растворитель, вода обеспечивает поступление в клетку необхо­димых веществ, удаление из нее продуктов жизнедеятельнос­ти а также передвижение веществ в организме в составе меж­клеточной жидкости, крови, лимфы и растворов у растений.

Молекулы воды посредством электростатического воздей­ствия расщепляют молекулы различных соединений на катио­ны и анионы, которые затем быстро вступают в химические ре­акции. Поэтому большинство биохимических превращений в организмах происходит именно в водной среде. В результате вза­имодействия молекул белков и углеводов с молекулами воды при участии ферментов происходит гидролиз — расщепление этих сложных макромолекул на более простые соединения.

Хорошо растворимы в воде соли, кислоты, щелочи, а так­же органические соединения – сахара, аминокислоты, спирты. Эти вещества называют гидрофильными (<греч. phileo люблю). Практически не растворимы в воде воски и жиры. Такие соеди­нения называют гидрофобными (<греч. phobos страх). Молеку­лы гидрофильных веществ полярны; вступая в электростатичес­кое взаимодействие с молекулами воды, они встраиваются в их сеть с образованием водородных связей, то есть растворяются.

Для сохранения целостности клетки в состав ее мембран вхо­дит двойной слой (бислой) гидрофобных соединений – липидов. Благодаря способности к односторонней диффузии (вода про­ходит через клеточные мембраны, а соли – нет), называемой осмосом, вода выравнивает концентрации солей по обе стороны мембраны. Гидростатическое давление внутри клетки вызывает напряжение ее оболочки – тургор.