Молекулярный уровень общая характеристика краткое содержание
Обновлено: 05.07.2024
Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость. Элементарной единицей на молекулярном уровне служит ген – фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определённый в качественном и количественном отношении объём биологической информации.
Вопрос 2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70—80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород, азот и фосфор.
Вопрос 3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства свойства и не являются биополимрами.
Молекулярный уровень: общая характеристика
1. Что такое химический элемент?
2. Что называется атомом и молекулой?
3. Какие органические вещества вам известны?
Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул.
Молекулярный уровень можно назвать начальным, наиболее глубинным уровнем организации живого. Каждый живой организм состоит из молекул органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров (липидов), находящихся в клетках и получивших название биологических молекул.
Биологи исследуют роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и в других процессах.
Изучая живые организмы, вы узнали, что они состоят из тех же химических элементов, что и неживые. В настоящее время известно более 100 элементов, большинство из них встречается в живых организмах. К самым распространенным в живой природе элементам следует отнести углерод, кислород, водород и азот.
Основой всех органических соединений служит углерод. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, различные по химическому составу, строению, длине и форме. Из групп атомов образуются молекулы, а из последних — сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры, или биополимеры.
Полимер (от греч. polys — многочисленный) — цепь, состоящая из многочисленных звеньев — мономеров, каждый из которых устроен относительно просто. Молекула полимера может состоять из многих тысяч соединенных между собой мономеров, которые могут быть одинаковыми или разными (рис. 1).
Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер. Все они универсальны, так как построены по одному плану у всех живых организмов, независимо от видовой принадлежности.
Для каждого вида биополимеров характерны определенное строение и функции. Так, молекулы белков являются основными структурными элементами клеток и регулируют протекающие в них процессы.
Нуклеиновые кислоты участвуют в передаче генетической (наследственной) информации от клетки к клетке, от организма к организму. Изучая основы генетики, вы узнаете, что генетический код универсален, т. е. одинаков для всех живых организмов.
Углеводы и жиры представляют собой важнейшие источники энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов.
Именно на молекулярном уровне происходит превращение всех видов энергии и обмен вешеств в клетке. Механизмы этих процессов также универсальны для всех живых организмов.
В то же время оказалось, что разнообразные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов, обусловлены различными сочетаниями всего лишь нескольких типов мономеров, образующих множество вариантов длинных полимерных цепей. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.
Специфические свойства биополимеров проявляются только в живой клетке. Выделенные из клеток, молекулы биополимеров теряют биологическую сущность и характеризуются лишь физико-химическими свойствами того класса соединений, к которому они относятся. Другими словами, в изолированном виде молекулы биополимеров являются неживыми.
Только изучив молекулярный уровень, можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности и процессов обмена веществ в живом организме.
Преемственность между молекулярным и следующим за ним клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы — это тот материал, из которого образуются надмолекулярные клеточные структуры.
Биологическая система. Уровни организации: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный. Органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды). Биополимеры. Мономеры.
1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
4. Что понимается нод универсальностью молекул биополимеров?
Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроков с Биологии 9 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 9 класса
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Общая характеристика молекулярного уровня"
Самое первое, с чего обычно начинается изучение новой темы по биологии – это строение. Потому что, не изучив строение, мы вряд ли сможем разобраться с функциями чего-либо.
Вот и вся живая природа или даже можно сказать жизнь на Земле имеет собственное строение. А не только наше сердце с четырьмя камерами или клетки листьев ромашки с хлоропластами внутри.
Упорядоченное строение всей живой природы в целом достаточно условно. Примерно так же, как и разделение всех живых организмов на группы – классификация. Но в тоже время оно общепринято и в любом случае помогает разобраться со всей невообразимой сложностью и запутанностью нюансов жизни на Земле.
Так вот. Всю живую природу можно представить в виде системы. Огромной и сложной. Объять необъятное невозможно, поэтому учёные выделили в этой системе отдельные части – уровни. Которые находятся в соподчинении друг с другом.
Как выделили эти уровни? Дело в том, что жизнь на Земле можно рассматривать, выбирая для изучения разные её части. Более или менее самодостаточные с каким-то одним типом взаимодействия элементов. То есть относительно завершённые. И разные по объёму.
Давайте посмотрим на эти части или, как их называют – уровни.
Химические процессы, происходящие внутри живых организмов, уникальны. Потому что в них участвуют вещества, которые не способны существовать и взаимодействовать между собой вне живых организмов.
Например, ферменты – сложные по строению белковые молекулы – могут проявлять свои свойства только при определённой температуре, давлении, кислотности среды. Эти условия не могут быть соблюдены вне живого организма, соответственно, и ферменты вне живого организма не могут работать. Они утрачивают свою рабочую структуру.
Соответственно, это и самый простой, начальный уровень организации живого. Так как меньше молекул только отдельные атомы химических элементов. А вот уже если рассматривать взаимодействие атомов между собой – здесь мы не найдём кардинальных отличий – происходит это в живой природе или неживой. Поэтому начальным уровнем организации живого вещества является молекулярный.
Следом за молекулярным выделяют клеточный уровень. Здесь изучается взаимодействие клеточных органоидов на уровне одной клетки. Если организм одноклеточный, то этот уровень совпадает со следующим – организменным.
На организменном уровне изучается работа органов и систем органов многоклеточного организма.
Следующие уровни немного сложнее для понимания, потому что, скажем так, их невозможно потрогать. А можно только представить и убедить себя в том, что они есть. За организменным уровнем следует популяционно-видовой. Где изучается взаимодействие особей между собой в отдельно взятой популяции или виде в целом.
Что здесь можно изучать? Например, численность зайцев на определённой территории, их возрастную структуру, то есть количество особей разного возраста в популяции, половую структуру и так далее.
Без таких данных кроме всего прочего человек не сможет составить достоверный прогноз развития данной части природного сообщества. А это бывает просто необходимо для успешного развития сельского хозяйства и не только.
Более крупным уровнем является экосистемный. Здесь рассматриваются уже не отдельно взятые зайцы леса, а ВСЕ живые организмы, населяющие участок земной поверхности в их взаимодействии со средой обитания. Например, можно рассчитать, сколько данная дубрава выделяет кислорода за это лето. Или за год и так далее.
Наивысшем уровнем организации живого является биосферный. Он состоит из множества экосистем, о которых мы только что говорили. Точнее, не из множества экосистем. А из всех.
Изучая природу на этом уровне, мы можем узнать, например, концентрацию углекислого газа во всей атмосфере Земли, рассчитать, сколько его потребляют живые организмы и предсказать, угрожает ли человечеству глобальное потепление, таяние ледников, повышение уровня воды в мировом океане и всемирный потоп.
Вот таким получился наш краткий обзор уровней организации живой материи. А сегодня начинаем подробное знакомство с первым и самым элементарным – молекулярным. Но несмотря на то, что он первый и в принципе, самый простой по организации – это один из самых загадочных и в силу разных причин, малоизученных уровней.
Попытаемся разобраться в том, что известно о молекулярном уровне на сегодняшний день. Хотя бы частично.
Для этого нам понадобятся знания из химии. По этому уровню без них не ступить и шагу. Вообще, запомните. Химик может позволить себе некоторые пробелы в знании биологии. Потому что знать химию без знания биологии – это возможно. А вот человеку, который слабо разбирается в химии, но собирается стать биологом – дорога туда заказана. Вот почему на нас, биологах, лежит двойная нагрузка. Но давайте двигаться дальше.
Итак, исключительная роль в функционировании живых организмов принадлежит молекулам органических веществ. Как вы знаете, это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Также вы знаете, что в состав живых организмов входит более 100 химических элементов. И знаете, что основная роль здесь принадлежит углероду. Почему? А потому, что атомы углерода способны соединяться друг с другом в цепочки. Давая при этом огромнейшее разнообразие органических веществ, которых насчитывается десятки миллионов. По сравнению с несколькими сотнями тысяч неорганических. Кстати, органическую химию ещё так и называют – химия углерода.
А сложные органические вещества, образующие цепочки, в свою очередь – полимерами – от греческого πολύ- – много и μέρος – часть. То есть, это вещества, состоящие из повторяющихся фрагментов – остатков других веществ – мономеров. Из того же греческого – μόνος – один.
В 8 классе вы достаточно подробно останавливались на строении таких веществ при изучении собственных процессов пищеварения. Помните? Откусили кусок булки, а в слюне её уже поджидает фермент амилаза. Которая расщепляет длинные молекулы крахмала до мальтозы, состоящую уже всего из двух молекул. С появлением во рту мальтозы на неё набрасывается фермент мальтаза и режет молекулу сахара напополам всего до одной молекулы сладенькой глюкозы.
Таким образом молекула крахмала, состоящая из повторяющихся молекул глюкозы – это полимер, а сама глюкоза, которая представляет собой одну молекулу – мономер.
Полимер крахмал состоит из мономеров – молекул глюкозы.
Количество мономеров в полимере может быть разным. От нескольких десятков тысяч в том же крахмале до сотен миллионов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Не все полимеры или, точнее биополимеры, то есть те, которые встречаются в живых организмах, состоят из одинаковых мономеров. Например, белки, которые начинают перевариваться у нас в желудке, состоят из аминокислот. А аминокислот, которые могут входить в состав белков, двадцать. Поэтому полимеры белки относят к гетерополимерам. То есть, они состоят из разных мономеров.
Вы не запутались? Если честно, на самом деле это всё достаточно сложно. Как и сама жизнь. Имея сложное строение, полимеры проявляют и самые разнообразные свойства. Которые напрямую зависят от количества звеньев, входящих в их состав. А количество мономеров может изменяться в очень широких пределах, как мы выяснили. Но и это не всё. Каждая молекула уникальна благодаря разному чередованию этих звеньев и их взаимному расположению. В результате мы получаем немыслимое разнообразие биомолекул и теперь можем не удивляться многообразию жизненных форм на Земле. НО! В то же время все биологические молекулы построены по единому принципу. И это одно из доказательств единства живой природы.
Да. Наверное, на самом деле мы с вами произошли от бактерий. Если они появились на Земле первыми.
В какой-то мере единство живой природы подтверждает и такой факт - каждый тип органических веществ у всех организмов выполняет сходные функции.
Белки – основные структурные элементы клеток, а также главные ускорители и регуляторы химических реакций.
Углеводы и жиры в основном отвечают за обеспечение необходимой жизненной энергией.
Ну а уникальное строение нуклеиновых кислот (представьте – за открытие строения только одной молекулы ДНК из миллионов других органических веществ учёным была присуждена Нобелевская премия) позволяет записывать, сохранять и передавать в неизменном виде наследственную информацию. То есть всю информацию о строении тех же органических веществ и о том, как когда и где они должны появляться, какие функции выполнять и когда разрушаться, и перерабатываться. Это невероятный объём данных. Если их сравнить с общепринятыми на сегодняшний день, то мы получим, что в одном грамме ДНК (организм человека содержит 150 г) может храниться 700 терабайт данных. Это 233 жёстких диска по 3 терабайта с общим весом в 151 килограмм. Круто, да? Природа уже давно всё придумала за нас.
Молекулярный уровень жизни является базовым для существования всего живого. Именно здесь происходит то, что мы называем процессами жизнедеятельности. Например, каким бы образом живой организм не добывал себе для энергии пищу – будь то бесшумная сова в ночном лесу с мышью в когтях или это мощный дуб, впитывающий листьями углекислый газ, а корнями воду – все они в конечном итоге существуют за счёт образования на молекулярном уровне аденозинтрифосфорной кислоты – универсального источника энергии. С которым вы тоже обязательно познакомитесь на следующих уроках.
Если попробовать сравнить клетку с городом, то клеточные органоиды в нём – это предприятия. А всё высокотехнологичное оборудование этих предприятий – наши с вами органические вещества. Сможет город сохранять свою жизнедеятельность без работающего оборудования промышленных предприятий? Нет. Так и следующие уровни организации жизни на Земле не могут существовать без ещё полного загадок и тайн взаимодействия органических веществ на молекулярном уровне. И если кто-то задастся целью узнать, как же устроена жизнь на планете Земля – ему не обойтись без изучения строения и свойств органических веществ клетки.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Уровни организации живой природы. Молекулярный уровень: общая характеристика
Приведите пример биологической системы
В первой половине 20 века была создана общая теория систем. Основным ее автором является австрийский биолог и философ
Людвиг фон Берталанфи
Каждый уровень является одновременно и системой и элементом.
Человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом - членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.
Живая материя представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных
уровней организации.
Жизнь имеет многоуровневую организацию.
Moлeкyляpный уровeнь мoжнo нaзвaть начальным нaиболее глyбинным уpoвнем opгaнизации живoгo
Молекулярный уровень – начальный уровень организации жизни.
Биологическая система:
неорганические и органические молекулы - биополимеры: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) и их комплексы; малые молекулы
Элементы, образующие систему:
атомы
Характеристика уровня:
1. Объединение молекул в комплексы.
2. Обмен веществ и превращение энергии.
3. Хранение и передача наследственной информации.
Молекула ДНК, молекула белка
Особенности:
проходит граница между живой и неживой природой
Биохимия
наука о химическом составе живых клеток и организмов, а также о лежащих в основе их жизнедеятельности химических процессах.
Молекула
мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.
Атом
это наименьшая химическая частица вещества.
Элементы, входящие в состав клетки
Макроэлементы
99% всей массы
клетки
O, C, H, N, S, P,
K, Mg, Na, Ca, Fe, Cl.
Микроэлементы
ионы тяжелых
металлов,
входящих в состав
ферментов, гормонов
0,0001%
Al, Mn, Zn, Mb,
Co, Ni, I, F, Cu,Br
Ультрамикро-
элементы
концентрация
в клетке
0,000001%
Au, Ra, Cs, Be,
U, Hg, Se.
Почему углерод особо выделен в перечне элементов?
Особенности органических соединений.
Большое число углеродосодержащих соединений, характерных только для организмов (органические соединения).
Углерод – важнейший биогенный элемент.
Характерная особенность этого элемента заключается в его способности образовывать различные органические соединения, участвующие в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности.
1. Высокомолекулярные (обладают большой молекулярной массой и состоят из множества повторяющихся элементарных звеньев) - биополимеры
и низкомолекулярные (имеют небольшой молекулярный вес): аминокислоты, сахара, органические кислоты, нуклеотиды, липиды.
2. Линейные, разветвленные и циклические.
3. Гидрофильные (хорошо впитывают воду) и гидрофобные (образуют с водой поверхность раздела).
4. Общее количество органических соединений во много раз превосходит количество известных неорганических веществ.
Причины многообразия органических соединений.
3. Среди органических соединений распространено явление изомерии.
1. Атомы С способны соединяться друг с другом, образуя кольца и цепи; образовывать углеродные скелеты биологических молекул.
2. Атомы С способны соединяться с атомами других элементов.
Изомеры - вещества, имеющие одинаковый состав и одинаковую массу, но различное строение молекул, а поэтому обладающие разными свойствами.
Макромолекулы
(полимер) –
органические соединения,
имеющие большие размеры.
Состоят из мономеров, связанных между собой ковалентной связью.
Мономеры - низкомолекулярные, сходные по структуре, повторяющиеся звенья в составе полимерных молекул.
Многие органические вещества клетки – это биополимеры
от греч. polymeres - состоящий из многих частей, многообразный
от греч. bios - жизнь
Органические соединения, входящие в состав живых клеток, содержащие множество одинаковых (или разных) звеньев – мономеров.
Имеют вид линейных или разветвленных цепей.
2. АБАБАБАБАБ – это
……..
гетерополимер
Какой?
регулярный
ААААААААА - это ………….
гомополимер
3. АВСВДВСА – это………
нерегулярный гетерополимер
Свойства универсальны, т.к. имеют единый план строения у всех живых организмов.
Специфические свойства биополимеров проявляются только в живых организмах.
Проверьте, насколько эффективным оказался для вас урок
Дополните предложения.
Растительная клетка – это система, так как…
Вещества, в составе молекул которых множество одинаковых звеньев называются…
Углерод один из основных биоэлементов, так как…
Примером какого уровня организации является каждый из приведенных ниже объектов:
Крапива двудомная
Стадо оленей
Степь
Нейрон
Биосфера Земли
Нервный узел, кровь
Краткое описание документа:
Данный материал можно использовать при подготовке к уроку на аналогичную тему в 11 классе. В работе представлены общие сведения о молекулярном уровне организации жизни: сведения о биологической системе, элементах, образующих систему; приведена особенность данного уровня организации жизни.Также в работе представлены сведения о химическом составе клетки; охарактеризованы органические соединения и их особенности. В работе приведена информация о биополимерах, их строении. В презентации использованы тренировочные задания.Работа иллюстрирована и анимирована.
Читайте также: