Общие закономерности жизни биология 9 класс кратко

Обновлено: 05.07.2024

Биология, Общие закономерности жизни, 9 класс, Теремов А.В., Петросова Р.А., Никишов А.И., 2013.

Учебник написан в соответствии с Обязательным минимумом содержания биологического образования и требованиями к уровню подготовки учащихся основной (базовой) школы. Учебник обобщает современные знания о жизни и уровнях ее организации, раскрывает вопросы о происхождении жизни на Земле, содержит знания по генетике, основам цитологии, селекции, теории эволюции. Значительный объем информации базового курса позволяет использовать учебник для подготовки и сдачи экзаменов экстерном по любым программам, используемым в средних учебных заведениях.

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ И ПРОИСХОДЯЩИЕ НА НИХ ПРОЦЕССЫ.
Окружающая нас живая природа представляет собой биологические системы разных уровней организации и сложности. По наличию специфических структурно-функциональных единиц жизни и процессов, происходящих с ними, можно выделить шесть основных уровней живой природы: молекулярно-генетический, органоидно-клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный (рис. 5—10).

Молекулярно-генетический уровень. Любая биологическая система всегда состоит из молекул нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, а также других соединений. Структурно-функциональной единицей этого уровня организации жизни является ген — участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), несущий наследственную информацию о структуре одного белка.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 7
Глава 1. Признаки и структурная организация жизни на Земле 9
§ 1. Основные признаки живого — его отличие от неживого 10
§ 2. Уровни организации жизни и происходящие на них процессы 14
Глава 2. Молекулярно-генетический уровень организации жизни 19
§ 3. Химический состав живого. Вода и минеральные вещества 20
§ 4. Липиды. Углеводы 24
§ 5. Белки 27
§ 6. Нуклеиновые кислоты. АТФ 30
§ 7. Наследственная информация и генетический код 34
§ 8. Матричные реакции как основа передачи и реализации генетической информации в живом 37
§ 9. Наследственность и изменчивость на молекулярно-генетическом уровне организации жизни 41
Глава 3. Органоидно-клеточный уровень организации жизни 45
§ 10. История и методы изучения клетки. Клеточная теория 46
§ 11. Типы клеток. Строение прокариотной клетки 50
§ 12. Строение эукариотной клетки 54
§ 13. Обмен веществ и превращение энергии в клетке 60
§ 14. Автотрофное питание 64
§ 15. Гетеротрофное питание 68
§ 16. Биосинтез белка 72
§ 17. Жизненный цикл клетки. Хромосомы 77
§ 18. Передача наследственной информации на клеточном уровне. Деление клетки 81
Глава 4. Организменный уровень организации жизни 85
§ 19. Многообразие организмов. Клеточные и неклеточные формы жизни 86
§ 20. Самовоспроизведение организмов 92
§ 21. Образование половых клеток у животных. Мейоз 97
§ 22. Оплодотворение и зародышевое развитие у животных 104
§ 23. Развитие животных после рождения 110
§ 24. Образование половых клеток и половое размножение у растений 114
§ 25. Наследование признаков у организмов 120
§ 26. Фенотип организма как результат проявление генотипа 125
§ 27. Изменчивость признаков у организмов 129
Глава 5. Популяционно-видовой уровень организации жизни 135
§ 28. История развития представлений о виде и эволюции 136
§ 29. Дарвинизм и его основные положения 141
§ 30. Вид как основная систематическая категория живого 149
§ 31. Популяция как форма существования вида в природе 153
§ 32. Популяция как единица эволюции 158
§ 33. Основные движущие силы (элементарные факторы) эволюции видов в природе 161
§ 34. Естественный отбор — главный фактор эволюции видов в природе 166
§ 35. Приспособления организмов к условиям обитания как результат эволюции 170
§ 36. Образование новых видов организмов как результат эволюции 175
§ 37. Селекция как изменение человеком культурных форм организмов 180
§ 38. Основные методы селекции растений и животных 186
§ 39. Биологическое значение эволюции и селекции организмов 191
Глава 6. Биогеоценотический уровень организации жизни 195
§ 40. Биоценоз как природное сообщество организмов 196
§ 41. Структура биоценоза как основа поддержания его целостности 202
§ 42. Биогеоценоз и его основные компоненты 210
§ 43. Круговорот веществ и поток энергии в биогеоценозах. Продукция биогеоценозов 214
§ 44. Основные свойства биогеоценозов. Смена биогеоценозов 218
§ 45. Агробиоценоз как искусственное сообщество организмов 223
Глава 7. Биосферный уровень организации жизни 229
§ 46. Структура биосферы и функции ее живого вещества 230
§ 47. Биогеохимический круговорот как основа существования биосферы 235
§ 48. Возникновение биосферы и начало ее эволюции 241
§ 49. Краткая история эволюции биосферы 247
§ 50. Появление человека как важнейший этап эволюции биосферы 254
§ 51. Человечество как глобальная сила биосферы. Ноосфера 259
§ 52. Современные экологические проблемы 264
§ 53. Значение охраны биосферы для жизни на Земле 270
Заключение 278.

Книга распространяется на условиях партнёрской программы.
Все авторские права соблюдены. Напишите нам, если Вы не согласны.

Описание книги "Биология. Общие закономерности. 9 класс"

Описание и краткое содержание "Биология. Общие закономерности. 9 класс" читать бесплатно онлайн.

Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования, рекомендован Министерством образования и науки РФ и включен в Федеральный перечень учебников.

Большое количество красочных иллюстраций, разнообразные вопросы и задания, дополнительные сведения и любопытные факты, а также возможность параллельной работы с электронным приложением способствуют эффективному усвоению учебного материала.

С. Г. Мамонтов, В. Б. Захаров, И. Б. Агафонова, Н. И. Сонин

Биология. Общие закономерности. 9 класс

Биология – наука о жизни. Название её возникло из двух греческих слов: биос – жизнь, логос – учение. Эта наука изучает живые организмы – бактерии, грибы, растения и животных.

Общая биология играет объединяющую роль в системе знаний о живой природе, поскольку в ней под историческим углом зрения систематизируются ранее изученные факты, совокупность которых позволяет выявить основные закономерности органического мира. На основе их познания осуществляется разумное использование, охрана и воспроизводство природы. Читая учебник, вы познакомитесь с общей теорией развития органического мира – одной из основ научного мировоззрения; научитесь понимать диалектический характер процессов развития: противоречивость и взаимосвязь явлений наследственности и изменчивости, биологического прогресса и регресса, процессов ассимиляции и диссимиляции и т. п. Вы узнаете о материальном характере явлений жизни и всего органического мира, получите веские доказательства познаваемости природы, несмотря на всё её многообразие и сложность.

Объяснение причин многообразия живых организмов также является задачей общей биологии и целью лежащего перед вами учебника. Важное место среди рассматриваемых общей биологией проблем занимают вопросы происхождения жизни на Земле и законы её развития, биологические механизмы образования видов, а также взаимосвязь различных групп живых организмов между собой и взаимодействие их с окружающей средой. Понимание характера взаимодействия живых организмов друг с другом важно для разработки медицинских мероприятий по предотвращению инфекционных и паразитарных заболеваний.

Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путём значительные количества нужных для человека биологически активных веществ: антибиотиков, витаминов, гормонов и др.

Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости достигнуты большие успехи в сельском хозяйстве при создании новых пород домашних животных и сортов культурных растений. Учёные вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от своих предшественников более высокой продуктивностью и другими полезными качествами. Проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики. Отечественными учёными получены культуры микроорганизмов, дающие выход медицинских препаратов в сотни раз больший, чем исходные формы. Широко используются микроорганизмы для обогащения бедных руд, содержащих цветные металлы и радиоактивные элементы.

В настоящее время трудно найти отрасль хозяйства, в которой не использовались бы биологические знания. В дальнейшем практическое значение биологии ещё больше возрастёт. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, в том числе городского, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации увеличить количество пищевых ресурсов можно лишь путём интенсификации сельского хозяйства. Важную роль при этом будут играть выведение новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, а также научно обоснованное использование природных богатств, сохранение и приумножение плодородия почв.

Очень важно знание биологии для воспитания бережного отношения к природе – источнику нашего существования, для умения рационально использовать природные ресурсы. Из этой книги вы узнаете о значении заповедников и других охраняемых территорий в сбережении многообразия живого мира, в функционировании биосферы как целостной системы.

В учебник включён основной учебный материал и дополнительный. Оранжевым цветом отмечены номера параграфов для дополнительного изучения по усмотрению учителя.

Работая с учебником, постоянно оценивайте свои достижения. Довольны ли вы ими? Что нового вы узнаёте при изучении новой темы? Как могут пригодиться вам эти знания в повседневной жизни? Если какой-то материал покажется вам сложным, обратитесь за помощью к учителю или воспользуйтесь справочной литературой и ресурсами Интернета. Список рекомендуемых интернет-сайтов вы найдёте в конце учебника.

Желаем вам успехов в изучении биологии.

Глава 1. Многообразие живого мира. Уровни организации и основные свойства живых организмов

Вспомните!

• Химический элемент • Молекула • Клетка

• Биогеоценоз • Биосфера • Обмен веществ

• Размножение • Наследственность и изменчивость

Мир живых существ представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня сложности. В настоящее время выделяют несколько уровней организации живой материи.

1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биополимеров (сложных органических соединений, отличающихся крупными молекулами), построенных из большого количества единиц – мономеров (исходных, повторяющихся, более просто устроенных соединений). На этом уровне начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. Существует три типа биологических полимеров: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Их мономерами служат соответственно моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды. Не менее важными для организма органическими соединениями являются также жиры (липиды).

2. Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития живых организмов. Она представляет собой саморегулирующуюся, самовоспроизводящуюся живую систему. Свободноживущих неклеточных форм жизни на Земле не существует. Неклеточные формы – вирусы – неспособны к самостоятельному существованию. Клетка может представлять собой целый организм, а может быть частью многоклеточного растения или животного. Она бывает устроена просто, как клетки бактерий и сине-зелёных водорослей, или значительно более сложно – клетки зелёных растений, грибов, животных. Бактерии, как и простейшие, представляют собой целостные одноклеточные организмы, способные выполнять все функции для обеспечения их жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять только одну какую-либо функцию и не способны существовать самостоятельно, вне организма. У многоклеточного организма взаимодействие многих клеток приводит к возникновению нового качества, не равнозначного простой их сумме.

Справочный материал содержит главные основные теории, законы и закономерности биологии, их краткая характеристика и ученые-биологи.

Основные теории биологии таблица

Основные теории биологии

Теория возникновения жизни на Земле

(ОпаринА.И., Дж.Холдейн, С.Фокс, С.Миллер, Г.Меллер).

Жизнь на Земле возникла абиогенным путем.

1. Органические вещества сформировались из неорганических под действием физических факторов среды.

2. Они взаимодействовали, образуя все более сложные вещества, в результате чего возникли ферменты и самовоспроизводящиеся ферментные системы — свободные гены.

3.Свободные гены приобрели разнообразие и стали соединяться.

4. Вокруг них образовались белково-липидные мембраны.

5. Из гетеротрофных организмов развились автотрофные.

Клеточная теория

(Теодор Шванн, Маттиас Шлейден, Рудольф Вирхов).

Все живые существа — растения, животные и одноклеточные организмы — состоят из клеток и их производных. Клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов. Для всех клеток характерно сходство в химическом составе и обмене веществ. Активность организма слагается из активности и взаимодействия составляющих его самостоятельных клеточных единиц. Все живые клетки возникают из живых клеток.

Теория эволюции и естественного отбора

Возникнув естественным путем, виды медленно и постепенно преобразовываются и совершенствуются в соответствии с окружающими условиями в результате взаимосвязанного действия наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора. Виды изменяются в направлении все большей приспособленности к условиям среды обитания; при этом сама приспособленность организмов не абсолютна, а носит относительный характер.

Хромосомная теория наследственности

Основным материальным носителем наследственности являются хромосомы с локализованными в них генами. Гены наследственно дискретны, относительно стабильны, но при этом могут мутировать. Гены в хромосомах расположены линейно, каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно; при этом число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов. Сцепление генов может нарушаться в результате кроссинговера; частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.

Синтетическая теория эволюции

(ЧетвериковC.С., Н.В.Тимофеев-Ресовский, Дж.Хаксли).

Наименьшей, элементарной эволюционной единицей является популяция. Элементарным эволюционным событием является изменение генетического состава популяции. Основным материалом для эволюции служат мелкие мутации. Факторами эволюции (поставляющими материал) являются мутационный процесс, комбинативная изменчивость и волны численности (популяционные волны). Фактором, усиливающим генетические различия, является изоляция. Единственный направляющий фактор эволюции — естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование. Его действие основывается на сохранении и накоплении случайных мелких мутаций.

Основные законы биологии таблица

Основные законы биологии

Биогенетический закон

(Ф. Мюллер, Э. Геккель, СеверцовА.Н.).

Онтогенез организма есть краткое повторение зародышевых стадий предков. В онтогенезе закладываются новые пути их исторического развития — филогенеза.

Закон зародышевого сходства

(Карл Максимович Бэр).

На ранних стадиях зародыши всех позвоночных сходны между собой, и более развитые формы проходят этапы развития более примитивных форм.

Закон необратимости эволюции

Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.

Законы наследования

Закон единообразия: при моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки — оно фенотипически единообразно. Закон расщепления: при самоопылении гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в отношении 3:1, при этом образуются две фенотипические группы — доминантная и рецессивная. Закон независимого наследования: при дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает с ними разные сочетания. Образуются четыре фенотипические группы, характеризующиеся отношением 9:3:3:1. Гипотеза частоты гамет: находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются и при образовании гамет по одному переходят в них в чистом виде.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

(Вавилов Николай Иванович ).

Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

Закон генетического равновесия в популяциях

(Годфри Харди, Вильгельм Вайнберг).

В неограниченно большой популяции при отсутствии факторов, изменяющих концентрацию генов, при свободном скрещивании особей, отсутствии отбора и мутирования данных генов и отсутствии миграции численные соотношения генотипов АА, аа, Аа из поколения в поколение остаются постоянными. Частоты членов пары аллельных генов в популяциях распределяются в соответствии с разложением бинома Ньютона (рА + qa) 2 .

Закон минимума (Юстус Либих).

Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т. е. фактором минимума. Правило взаимодействия факторов: организм способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор иным функционально близким веществом или фактором.

Закон биогенной миграции атомов

(Вернадский Владимир Иванович ).

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время составляет биосферу, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории.

Основные закономерности биологии таблица

Основные закономерности биологии

Правило происхождения от неспециализированных предков

Новые крупные таксоны происходят не от высших представителей предковых групп, а от сравнительно неспециализированных форм.

Правило чередования главных направлений эволюции

(Алексей Николаевич Северцов).

Для всех групп животных и растений свойственно чередование ароморфозов, сопровождающихся выходом группы в новую среду, и идиоадаптаций, сопровождающихся освоением новых условий среды и формированием в данной группе новых таксонов.

Правило прогрессирующей специализации

Группа, вступившая на путь специализации, как правило, в последующем филогенетическом развитии углубляет специализацию и совершенствует приспособляемость к определенным условиям жизни.

Симметрия

Симметрия — закономерное, правильное расположение частей тела относительно центра — радиальная симметрия (некоторые беспозвоночные животные, осевые органы растений, правильные цветки) либо относительно прямой линии (оси) или плоскости — двусторонняя симметрия (часть беспозвоночных и все позвоночные животные, у растений — листья и неправильные цветки).

Полярность

Полярность — противоположность концов тела: у животных — передний (головной) и задний (хвостовой), у растений — верхний (гелиотропический) и нижний (геотропический).

Метамерность

Метамерность — повторение однотипных участков тела или органа; у животных — членистое тело червей, личинок моллюсков и членистоногих, грудная клетка позвоночных; у растений — узлы и междоузлия стебля.

Цикличность

Цикличность — повторение определенных периодов жизни; сезонная цикличность, суточная цикличность, жизненная цикличность (период от рождения до смерти). Цикличность в чередовании ядерных фаз — диплоидной и гаплоидной.

Детерминированность

Детерминированность — предопределенность, обусловленная генотипом; закономерность, в результате которой из каждой клетки образуется определенная ткань, определенный орган, что происходит под влиянием генотипа и факторов внешней среды, в том числе и соседних клеток (индукция при формировании зародыша).

Изменчивость

Изменчивость — способность организмов изменять свои признаки и свойства; генотипическая изменчивость наследуется, фенотипическая — не наследуется.

Наследственность

Наследственность — способность организмов передавать следующему поколению свои признаки и свойства, т. е. воспроизводить себе подобных.

Приспособленность

Приспособленность — относительная целесообразность строения и функций организма, явившаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных к данным условиям существования.

Закономерность географического распределения центров происхождения культурных растений

(Вавилов Николай Иванович )

Закономерность географического распределения центров происхождения культурных растений — сосредоточение очагов формообразования культурных растений отмечается в тех районах земного шара, где наблюдается наибольшее их генетическое разнообразие.

Закономерность экологической пирамиды

Закономерность экологической пирамиды — соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами, выраженное в их массе и изображенное в виде графической модели, где каждый последующий пищевой уровень составляет 10% от предыдущего.

Зональность

Зональность — закономерное расположение на земном шаре природных зон, отличающихся климатом, растительностью, почвами и животным миром. Зоны бывают широтные (географические) и вертикальные (в горах).

Единство живого вещества

Единство живого вещества — неразрывная молекулярно-биохимическая совокупность живого вещества (биомассы), системное целое с характерными для каждой геологической эпохи чертами. Уничтожение видов нарушает природное равновесие, что приводит к резкому изменению молекулярно-биохимических свойств живого вещества и невозможности существования многих ныне процветающих видов, в том числе и человека.

_______________

Источник информации: Биология: Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы/ Т.Л.Богданова —М.: 2012.

Желаем вам успехов в изучении биологии.

Глава 1. Многообразие живого мира. Уровни организации и основные свойства живых организмов

Вспомните!

• Химический элемент • Молекула • Клетка

• Ткань • Орган • Организм • Популяция • Биоценоз

• Биогеоценоз • Биосфера • Обмен веществ

• Размножение • Наследственность и изменчивость

• Развитие • Раздражимость

3. Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединённых выполнением общей функции.

4. Органный. Органы – это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей. Например, печень человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций, в том числе синтез белков крови, желчных кислот, обезвреживание ядовитых веществ, поступающих из кишечника, накопление животного крахмала – гликогена.

Рис. 1. Спектр уровней организации живых систем

5. Организменный (рис. 1). Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций. Одноклеточный организм – это целостная живая система, способная к самостоятельному существованию.

6. Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединённых общим местом обитания, называется популяцией. Популяция – система надорганизменного уровня. Именно здесь протекают простейшие эволюционные преобразования.

7. Биогеоценотический (экосистемный). Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и факторов среды их обитания, объединённых обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

8. Биосферный. Биосфера – система высшего порядка. На этом уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на нашей планете (см. рис. 1).

Живой материи на любом уровне организации присущи черты, отличающие её от неживой материи.

Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Они поглощают из неё вещества, необходимые им для питания, наружу выделяют продукты жизнедеятельности. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство и стабильность их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

Другая характерная черта живой материи – самовоспроизведение. Способность к размножению, т. е. воспроизведению нового поколения особей того же вида, – одно из основных свойств живых организмов. Потомство в главном всегда похоже на родителей, поэтому свойство организмов воспроизводить себе подобных тесно связано с явлением наследственности.

Наследственность – это способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Однако потомки не идентичны своим родителям, и в этом проявляется изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства. В основе её лежит изменение строения генов или хромосом.

Изменчивость создаёт разнообразный исходный материал для естественного отбора, т. е. отбора особей, наиболее приспособленных к условиям существования в конкретных природных условиях, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

При размножении организмов через половые клетки передаётся не комплекс признаков и свойств организма, а гены, определяющие возможность их развития. Сами же качества организма появляются в процессе развития. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. Развитие живой материи представлено индивидуальным развитием организмов, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.

Филогенез, или эволюция, – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением форм жизни. Результатом эволюции является всё многообразие живых организмов на Земле.

Таким образом, живые организмы резко отличаются от неживых систем – объектов, изучаемых физикой и химией, – своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью.

Ознакомившись, таким образом, с основными признаками и свойствами живых организмов, можно перейти теперь к вопросу о причинах многообразия жизни на Земле.

Раздел 1. Структурная организация живых организмов

По строению клетки все организмы делят на доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). Одноклеточные организмы представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных – животных, растений и грибов – построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются своего рода блоками, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет ли собой клетка целостную систему – отдельный организм или составляет лишь его часть, она наделена набором признаков и свойств, общим для всех клеток. Рассмотрим подробнее химический состав, структуру и особенности жизнедеятельности элементарной единицы строения живых организмов – клетки.

Глава 2. Химическая организация клетки

В состав клетки входит около 70 химических элементов, встречающихся и в неживой природе, и это – одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов в живой и неживой материи различно. В зависимости от содержания в живом организме химические элементы подразделяют на несколько групп.

Около 98 % массы клетки образуют четыре элемента: водород, кислород, углерод и азот. Это главные компоненты всех органических соединений. Вместе с серой и фосфором, являющимися необходимыми компонентами молекул биологических полимеров (от греч. полис – много, мерос – часть) – белков и нуклеиновых кислот, их часто называют биоэлементами.

В меньших количествах в состав клетки, кроме упомянутых фосфора и серы, входят шесть элементов: калий, натрий, кальций, магний, железо и хлор. Каждый из них выполняет в клетке важную функцию. Например, Na, К и О обеспечивают проницаемость клеточных мембран для различных веществ и проведение импульса по нервному волокну. Са и Р участвуют в формировании костной ткани, от них зависит прочность кости. Кроме того, Са – один из факторов, от которых зависит нормальная свёртываемость крови. Железо входит в состав гемоглобина – белка эритроцитов, участвующего в переносе кислорода от лёгких к тканям. Наконец, Mg в клетках растений включён в хлорофилл – пигмент, участвующий в фотосинтезе, а у животных входит в состав биологических катализаторов – ферментов, ускоряющих биохимические превращения. Все перечисленные выше элементы объединяют в группу макроэлементов.

Все остальные элементы (цинк, медь, иод, фтор, кобальт, марганец, молибден, бор и др.) содержатся в клетке в очень малых количествах. Общий их вклад в её массу – всего 0,02 %. Поэтому их называют микроэлементами. Однако и они имеют жизненно важное значение. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и гормонов – веществ, обладающих большой биологической активностью. Так, иод входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина; цинк – в состав гормона поджелудочной железы – инсулина; кобальт – необходимый компонент витамина В₁₂.

1. Неорганические вещества, входящие в состав клетки

Вспомните!

• Полярность молекул • Водородные связи

• Ковалентные связи • Катализаторы

Вода. Самое распространённое неорганическое соединение в живых организмах – вода. Её содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов около 10 % воды, а в клетках развивающегося зародыша – более 90 %. В среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80 % массы тела.

Роль воды в клетке очень велика. Для живых организмов это не только необходимый компонент составляющих их клеток, но зачастую ещё и среда обитания.

Функции воды во многом определяются её химическими и физическими свойствами. Эти свойства связаны главным образом с малыми размерами молекул воды и их полярностью, а также способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Одна часть молекулы воды несёт небольшой положительный заряд, а другая – отрицательный. Такую молекулу называют диполем. Положительно заряженные части одной молекулы воды притягивают к себе отрицательно заряженные части других молекул, молекулы воды как будто склеиваются (рис. 2). Эти взаимодействия, более слабые, чем ионные связи, называют водородными связями. Вода – превосходный растворитель для полярных веществ, участвующих в обменных процессах.

В качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов жизнедеятельности, поскольку большинство химических соединений может проникнуть через наружную клеточную мембрану только в растворённом виде.

Рис. 2. Схема образования связей между отдельными диполями воды

Не менее важна и чисто химическая роль воды. Под действием некоторых катализаторов – ферментов – она вступает в реакции гидролиза. В результате образуются новые вещества с новыми свойствами.

Вода обладает хорошей теплопроводностью и большой теплоёмкостью, поэтому температура внутри клетки остаётся неизменной или её колебания оказываются значительно меньшими, чем в окружающей клетку среде.

Минеральные соли. Большая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей – либо в состоянии ионов, либо в виде твёрдой нерастворимой соли. Среди первых большое значение имеют катионы К + , Na + , Ca 2+ , которые обеспечивают такое важнейшее свойство живых организмов, как раздражимость.

От концентрации солей внутри клетки зависят её буферные свойства. Буферностью называют способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне. Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H₂PO₄ − и НРО₄ 2− . Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н₂СО₃ и HCO₃ − . Анионы слабых кислот и слабые щёлочи связывают ионы водорода и гидроксил-ионы (ОН − ), благодаря чему реакция внутри клетки, т. е. величина рН, практически не меняется.

Основная масса Са и Р используется для построения костной ткани в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей с общей формулой СаСО₃ nСа₃(РO₄)₂. Они входят также в состав раковин моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.

Читайте также: