Черты живых организмов. Строение и особенности жизнедеятельности живых организмов. Основные свойства и стратегия жизни

Из известных к настоящему времени 108 химических элементов лишь немногие входят в состав живых организмов. В первую очередь это макроэлементы, имеющиеся в больших количествах в природе и необходимые для всех биологических объектов: Н, С, О, N, S, Р, Са, Mg, К, Fe, а для животных еще и Na и CI. В меньшей степени для жизнедеятельности организмов используются микроэлементы Си, Mn, Zn, Мо, Со, а также F, J, Se (для животных) и В (для растений).
Для химической основы жизни наибольшее значение имеют минеральные соли и соответствующие катионы и анионы: ионы натрия и калия обеспечивают электрический разряд на мембранах клеток и передачу электрических импульсов по нервам и мышцам, управляя таким образом их работой; ионы кальция являются основой костной ткани, а также участвуют в сокращении мышц; фосфор входит в органические соединения - биологические аккумуляторы энергии и (вместе с кальцием) в состав костей скелета; ионы хлора вместе с ионами натрия создают осмотическое давление в крови, лимфе и плазме. Соляная кислота, которая выделяется в желудке человека и животных, играет важную роль в пищеварении. Железо содержится в пигменте крови - гемоглобине, который является переносчиком кислорода. Железо и медь входят в состав переносчиков электронов в производящих энергию клеточных органеллах - митохондриях, а также входят в состав некоторых ферментов. Магний составляет основу молекулы хлорофилла и обеспечивает главную фотохимическую реакцию в живых организмах - синтез органических веществ из углекислого газа и воды.
Йод является элементом такого важного соединения, как гормон щитовидной железы. Недостаток йода в пище вызывает тяжелое заболевание - эндемический зоб. Это заболевание, вызванное недостатком йода в почве, распространено в ряде районов земного шара, например на Урале, в Карпатах и других регионах. Соединения йода с калием помогают защищать организм человека от воздействий ионизирующего излучения. В составе витамина В12 содержится кобальт. Некоторые жизненно важные ферменты и гормоны, например инсулин, содержат цинк.
В количественном отношении первое место среди химических соединений занимает вода (в организме человека ее около 60%, а у медузы - более 96%). Вода служит растворителем, средством внутреннего транспорта и средой для большинства процессов обмена веществ. Значительная часть остальных неорганических компонентов находится в водном растворе.
Число органических соединений, состоящих главным образом из С, Н, О, N, S и Р, в живых организмах чрезвычайно велико. Они принадлежат в основном к четырем классам - белкам, нуклеиновым кислотам, углеводам и липидам (или жирам), У животных количественно преобладают белки, у растений - углеводы.
Рядом важных свойств и функций обладают белки: они участвуют в построении клеток и тканей, являются биологическими ферментами - катализаторами, гормонами, защитными веществами и проч. Белки участвуют в процессах трансформации энергии. Например, белки мышц реагируют с.молекулами аденозинтрифосфорной кислоты и расщепляют в них богатую энергией химическую связь. Под воздействием высвобождающейся энергии происходит сокращение мышечного белка. Таким образом, химическая энергия при участии белков мышц превращается в энергию механическую - один вид энергии трансформируется в другой. Белки также могут служить источником энергии для клеток.
Если в организм животных и человека попадают вирусы или бактерии, то для защиты от них вырабатываются особые белки - антитела. Эти белки обезвреживают возбудителей болезней, задерживая их размножение в организме. Такой механизм сопротивления заболеваниям называется иммунитетом. Чтобы повысить иммунитет, в кровь вводят готовые антитела (вакцины), полученные от переболевшего животного или человека, т.е. от организма, в котором они уже выработаны. Белки составляют важную часть всех структур клеток и организмов. Кожа, мышцы, волосяной и шерстяной покров, эластичные стенки кровеносных сосудов и пр. представляют собой структуры, основу строения которых составляют белки. Нуклеиновые кислоты, как и белки, участвуют в процессах жизнедеятельности, в передаче наследственных признаков, а также и в синтезе белков.
В жизни организмов большую роль играют углеводы, среди которых выделяются простые сахара (моносахара): глюкоза, фруктоза, галактоза. Они имеют одну химическую формулу (С6Н1206) и отличаются только пространственной структурой молекулы. Глюкоза и фруктоза содержатся в составе фруктов и ягод. Галактоза входит в состав молочного сахара - лактозы. Молекулы глюкозы под действием ферментов могут соединяться в длинные и разветвленные полимерные цепочки - полисахариды - крахмал и гликоген. Крахмал является формой хранения запаса питательных веществ в растительных клетках. Из-за высокого содержания крахмала в пшенице, кукурузе, рисе, картофеле эти сельскохозяйственные культуры получили широкое распространение на нашей планете и являются важнейшими продуктами питания в большинстве стран. В клетках животных и человека накапливается гликоген. Этот полисахарид отличается от крахмала большей разветвленностью молекул. Особенно много гликогена содержится в клетках печени, а также в мышцах. Расщепление и окисление углеводов позволяет клетке получать химическую энергию.
Липиды (жиры) входят в клеточные структуры и клеточные мембраны, где, в соединении с белками, регулируют всасывание и выделение веществ клетками. Липиды, как и углеводы, являются для клеток источниками энергии и хранят запасы питательных веществ, В состав липидов входят глицерин и различные жирные кислоты. По мере необходимости липиды расщепляются ферментами, после чего жирные кислоты ступенчато окисляются, выделяя большое количество энергии. Конечными продуктами «горения» жиров являются углекислый газ и вода.
В состав клеток всегда входит небольшое количество разнообразных по составу органических веществ, регулирующих работу клетки, объединенных в группу под названием витамины. Эти жизненно важные соединения могут быть синтезированы только растениями и бактериями. В организм животных и человека они попадают с пищей. Большинство витаминов входит в состав белковой части ферментов. Сейчас известно более 20 витаминов, необходимых человеку. При отсутствии или недостатке какого-либо витамина нарушается работа определенных ферментов, ход биохимических реакций и нормальная жизнедеятельность клеток. Это приводит к заболеваниям (авитаминозам) и может даже вызвать гибель организма.
Физиологические признаки живого могут быть установлены на основе такого общего понятия, как жизнь. Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и воспроизведение специфических структур. Из этого определения вытекает необходимость постоянной связи организма с окружающей средой, осуществляемой путем обмена веществом и энергией. Иными словами, организм приспосабливается (адаптируется) к определенной среде. Отсюда вытекает ряд свойств живого, которые, однако, относительны.
Живые организмы способны расти и развиваться, т. е. увеличиваться в размерах и массе, с сохранением (или появлением) в ходе процесса общих черт строения, свойственных взрослому, т. е. способному размножаться, индивидууму (особи).
Каждый организм получает из окружающей среды необходимые ему вещества и энергию, а отдает в нее те вещества и энергию, которые не может использовать в результате питания, дыхания и выделения. Полученная извне энергия используется для поддержания упорядоченности биологических структур. Живые клетки, ткани или целый организм способны реагировать на внешние и внутренние воздействия, т. е. обнаруживать раздражимость, которая лежит в основе их приспособления к меняющимся условиям среды. Раздражимость проявляется на всех уровнях развития жизни и сопровождается изменениями в обмене веществ, электрического потенциала, состояния клеток. У высокоорганизованных животных раздражимость проявляется через высшую нервную деятельность (в том числе рефлексы) и сознание (у человека).
Непрерывность и преемственность жизни обеспечивают присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных - размножение. Тесно связано с размножением и явление наследственности (передачи признаков организма от поколения к поколению), когда потомки, пройдя примерно такой же путь индивидуального развития, как и их роди iели, вновь оставляют похожее на себя потомство. Потомки напоминают предков не только внешне, но и по внутреннему строению. Без передачи по наследству химических особенностей организма внешнее сходство было бы невозможно. В неорганическом мире подобные явления отсутствуют.
Один из самых ярких признаков огромного числа живых организмов, в первую очередь животных. - способность к движению. Но далеко не все организмы проявляют свою живую природу заметными глазу человека движениями. Например, у грибов, деревьев, коралловых полипов и т. п. движение происходит внутри живого организма и служит для транспорта вешест в от одной части тела к другой.
В неорганическом мире норечаются прообразы аналогичных признаков: рост кристаллов, притяжение металлических опилок к магниту, изгиб биметаллической пластинки при нагревании и т. п. Но у этих объектов отсутствует активная реакция на окружающую

среду, их действия не являются целенаправленными. Исключение составляют технические устройства, созданные человеком по принципу живых организмов. Органические вещества, выделенные из живых организмов или синтезированные в ходе экспериментов, также не проявляют свойств живого.
Приведенные выше признаки живых организмов, являясь необходимыми, не могут служить достаточными критериями для безошибочного разделения живой и неживой природы. К ним должны быть добавлены признаки структурной организации жизни. Живое выступает в форме определенных образований - живых организмов, обладающих сложной структурной организацией, в которой можно выделить молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый и организменный уровни.
Молекулярныйуровенъ организации отражает строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации 1 енетической информации в процессах синтеза биологически важных соединений. На этом уровне организации ведутся основные исследования по биотехнологии и генной инженерии, поскольку многие свойства организма определяются именно этим уровнем.
Субклеточный, или надмолекулярный, уровень характеризует организацию, строение и функции различных клеточных структур - хромосом, митохондрий, рибосом и др. Каждая из этих клеточных структур во всех живых организмах несет свои, только ей присущие свойства для обеспечения жизнедеятельности клетки. Так, хромосомы отвечают за хранение и передачу наследственной информации (генетического кода); митохондрии снабжают клетку энергией для существования; хлоропласты, расположенные в растительных клетках и содержащие хлорофилл, превращаю! солнечную энергию в энергию химических связей; с участием рибосом происходит синтез белковых молекул, а специальные структуры - лизосомы содержат ферменты, расщепляющие биополимеры.
Клеточный уровень организации связан с морфологической организацией клетки, специализацией клеток в ходе развития организма, функциями клеточной мембраны, механизмами и регуляцией деления клеток. Исследования на лом уровне позволяют решать важнейшие проблемы медицины, в частности лечение онкологических заболеваний.
Органотканевый уровень организации отражает строение и функции отдельных органов и составляющих их тканей.
Организменный уровень связан с изучением особей и свойственных им, как целому, черт строения, механизмов адаптации (приспособления) и поведения.
Разделение живой материи по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но в то же время является условным. Например, проблемы эволюции или индивидуального развития следует рассматривать с учетом молекулярного, субклеточного, клеточного и органотканевого уровней. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, все уровни организации объединены в единую биологическую систему. Эта биологическая система обладает свойствами целостности (т. е. свойства системы не сводятся к сумме свойств элементов), относительной устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.
Происхождение всех земных существ от общего корня подтверждается далеко идущими совпадениями в их фундаментальных особенностях. В природе часто встречаются родственные признаки у чрезвычайно далеких друг от друга организмов. Основные черты сходства эволюционного единства всех живых существ проявляются по многим направлениям. Так, все организмы имеют очень близкий химический состав, в котором углерод выступает важнейшим строительным элементом. Например, в глюкозе содержание углерода достигает более 30%. Белковые молекулы всех организмов построены из одних и тех же 20 аминокислот, в то время как в тканях живых существ встречается более 100 аминокислот, не входящих в состав белков. Тела практически всех организмов состоят из клеток (исключение составляют вирусы). Клетки животных и растений построены по единому плану. Подавляющее большинство организмов имеет клетки с клеточным ядром. Основная схема строения ядра едина для животных и растений. Деление таких клеток осуществляется единым, непрямым способом, при этом дочерние клетки получают такое количество хромосом, которое содержалось в материнской клетке. Образованию половых клеток у всех животных и растений предшествует процесс редукции (уменьшения в два раза) числа хромосом. Принципы построения генетического кода едины для всех организмов. А механизм копирования наследственной информации у всех живых существ реализуется с помощью удвоения молекул нуклеиновых кислот. Кроме того, основные вещества, отвечающие за дыхание (хлорофилл у растений и гемоглобин у животных), очень близки по химическому составу.
Все эти данные свидетельствуют о единстве происхождения животных и растений, а также о родстве всех живых организмов, произошедших от общих предков.

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Самовоспроизведение (репродукция ). Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Замечательной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. На других уровнях оно характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.

Специфичность организации . Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние - в органы, а органы - в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.

Упорядоченность структуры . Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул - это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.

Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, состоя из нуклеотидов и аминокислот (соответственно). Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, т. к. в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты. Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, т. к. состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц - клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен, состоя из отдельных организмов.

Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.

Обмен веществ и энергии . Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов. У неживых объектов, например, в машинах химическая энергия превращается в механическую только в случае двигателей внутреннего сгорания.

Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Замечательной особенностью клеток является то, что они содержат ферменты. Будучи катализаторами, они ускоряют протекание реакций, синтеза и распада в миллионы раз, при этом в отличие от органических реакций осуществляемых с использованием искусственных катализаторов (в лабораторных условиях), ферментативные реакции в клетках осуществляются без образования побочных продуктов.

В живых клетках энергия, полученная из внешней среды, накапливается в виде АТФ (аденозинмонофосфата). Теряя концевую фосфатную группу, что имеет место при передаче энергии другим молекулам, АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь получая фосфатную группу (за счет фотосинтеза или химической энергии), АДФ может снова превратиться в АТФ, т. е. стать главным носителем химической энергии. Такие особенности у неживых систем отсутствуют.

Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.

Наследственность и изменчивость . Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность.

Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.

Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.

У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.

Движение . Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.

Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающие замкнутость процессов регуляции по схеме синтез - распад - ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. Известно также регулирование путем химической модификации ферментов. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.

Любое повреждение молекул ДНК, вызванное физическими или химическими факторами воздействия, может быть восстановлено с помощью одного или нескольких ферментативных механизмов, что представляет собой саморегуляцию. Она обеспечивается за счет действия контролирующих генов и в свою очередь обеспечивает стабильность генетического материала и закодированной в нем генетической информации.

Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды, которая для них служит источником свободной энергии и строительного материала. В рамках термодинамических понятий каждая живая система (организм) представляет собой «открытую» систему, позволяющую взаимно обмениваться энергией и веществом в среде, в которой существуют другие организмы и действуют абиотические факторы. Следовательно, организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Организмы либо отыскивают среду, либо адаптируются (приспосабливаются) к ней. Формами адаптивных реакций являются физиологический гомеостаз (способность организмов противостоять факторам среды) и гомеостаз развития (способность организмов изменять отдельные реакции при сохранении всех других свойств). Адаптивные реакции определяются нормой реакции, которая генетически детерминирована и имеет свои границы. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Результатом жизнедеятельности организмов является возникновение атмосферы со свободным кислородом и почвенного покрова Земли, образование каменного угля, торфа, нефти и т. д.

Обобщая сведения о свойствах живого, можно заключить, что клетки представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.

Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени и пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.

Превращение энергии в процессе обмена веществ в организме осуществляется в полном соответствии с первым и вторым законами термодинамики. Тем не менее живой организм, как объект термодинамических исследований отличается от систем химической термодинамики. Вот некоторые особенности:

· Живой организм – открытая система, непрерывно обменивающаяся с окружающей средой и веществом и энергией.

· Приложение второго закона т/д-ки к живым системам немыслимо без учета влияния биологических закономерностей. Характер изменения энтропии, имеющий решающее значение в неживых системах, в случае биологических систем имеет лишь подчиненное значение.

· Все биохимические процессы, происходящие в клетках живых организмов, протекают при постоянной температуре, давлении, при незначительных перепадах концентраций, без резких изменений объема и др.

Основным источником энергии живого организма является химическая энергия, заключенная в пищевых продуктах, часть которой расходуется на:

· Совершение работы внутри организма, связанной с дыханием, кровообращением, перемещением метаболитов и др.

· Нагревание вдыхаемого воздуха, потребляемой пищи, воды.

· Покрытие потерь теплоты в окружающую среду при непосредственной радиации и испарении влаги с поверхности тела, с вдыхаемым воздухом, с продуктами жизнедеятельности.

· Совершение внешней работы со всеми перемещениями и трудовая деятельность человека.

Главными компонентами пищи являются углеводы, жиры и белки.

Калорийность, то есть энергия, выделяемая в процессе диссимиляции с образованием углекислого газа и воды, составляет в среднем:

Углеводы - 17 кДж/г

Жиры – 40 кДж/г

Белки – 17 кДж/г.

При нормальной трудовой деятельности энергетические затраты человека покрываются за счет углеводов на 60 %, жиров – на 25 %, белков – на 15 %. При правильном питании норма суточного потребления (без учета тяжёлого физического труда) составляет:

Углеводов 400-500 г,

Жиров 60- 70 г,

Белков 80- 100г.

Научной основой для этих расчетов является первый закон термодинамики. С пищей в организм поступают довольно сложные высокомолекулярные соединения, которые имеют много химических связей и нереализованного химического сродства. Такие вещества характеризуются небольшим значением энтропии, высоким значением энергии Гиббса и энтальпии. В процессе усвоения пищи из больших молекул углеводов, жиров, белков, образуются дочерние молекулы с более простой структурой и более прочными химическими связями СО 2 , Н 2 О, NH 3 и др. Этот процесс диссимиляции вещества, при котором из меньшего числа частиц образуется большее, влечет за собой увеличение энтропии (ΔS > 0). За счет упрочнения химических связей и реализации химического сродства энергия Гиббса системы убывает. Аналогичные изменения претерпевает и энтальпия системы (ΔH<0).

В 1946 г. Американский ученый И. Пригожин предложил одну из основных теорем термодинамики открытых систем: «В стационарной термодинамически открытой системе скорость производства энергии, обусловленного протеканием в ней необратимых процессов, принимает минимальное для данных условий положительное значение.

Поскольку энтропия является мерой рассеяния энергии, теорема Пригожина приводит к важнейшему заключению. Пристационаром состоянии рассеяние энергии Гиббса открытой системой оказывается минимальным. Таким образом, живой организм, представляющий открытую стационарную систему, поставлен природой в выгодные с точки зрения энергообеспечения условия: поддержание постоянства внутренней среды (гомеостазиса) требует минимального потребления энергии Гиббса.

Объекты живой природы состоят из «неживых» молекул. Если эти молекулы выделить и каждый их вид исследовать в отдельности, то можно убедиться, что они подчиняются всем законам физики и химии, описывающим поведение неодушевленной материи. Тем не менее живые организмы обладают необычными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживых молекул. Если мы поближе познакомимся с этими особыми свойствами, то нам станут более понятны те основные вопросы, ответы на которые пытается найти биохимия.

1.1. Для живой материи характерны некоторые отличительные особенности

Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов - это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и содержат множество различных сложных молекул. Живые организмы представлены миллионами разных видов, тогда как окружающая нас неживая материя - глина, песок, камни, вода - состоит из неупорядоченных смесей сравнительно простых химических соединений.

Вторая особенность живых организмов заключается в том, что любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию. Это относится не только к макроскопическим структурам и, в частности, к органам, таким, как сердце, легкие или мозг, но и к микроскопическим внутриклеточным структурам, таким, как клеточное ядро. Даже индивидуальные химические соединения, содержащиеся в клетке, например белки или липиды, наделены специальными функциями. Поэтому вполне правомерен вопрос о том, для какой цели понадобилась живому организму та или иная молекула или химическая реакция, тогда как спрашивать о функции различных химических соединений, входящих в состав неживой материи, абсолютно бессмысленно.

Третья особенность живого, благодаря которой мы ближе подходим к сути жизненных процессов, состоит в том, что живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды - либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Эта энергия позволяет организмам создавать собственные богатые энергией сложные структуры и поддерживать их целостность. Кроме того, за счет этой энергии организмы выполняют механическую работу при передвижении; она также дает возможность осуществлять перенос различных веществ через мембраны. Живые организмы никогда не бывают в состоянии равновесия - это касается как процессов, идущих в самих организмах, так и их взаимодействия с окружающей средой. Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и выполнения работы.

Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи - «признаки жизни». А. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на котором видна ее тонкая и сложная структура: темные образования - это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.

Предоставленная самой себе, она постепенно разрушается и со временем переходит в неупорядоченное состояние; при этом устанавливается равновесие с окружающей средой.

Но самая поразительная особенность живых организмов - это их способность к точному самовоспроизведению - свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией живого состояния. Известные нам смеси веществ, входящие в состав неодушевленных предметов, не проявляют способности к росту и воспроизведению, обеспечивающему сохранение из поколения в поколение одинаковой формы, массы и внутренней структуры этих предметов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИЗНИ

По современным представлениям, жизнь – это особая форма существования (движения) материи в виде сложных биологических систем нуклеиновых кислот, белков и фосфорорганических соединений, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.

Одной из главных особенностей живых систем является способность синтезировать белки на основе программы, закодированной в нуклеиновых кислотах, и синтезировать нуклииновые кислоты с помощью белков. Помимо этого живые организмы имеют и целий ряд других характерных признаков и свойств, отличающих их от неживой природи:

1. Единый принцип структурной организации. Все живые организмы имеют клеточное строение. Клетка представляет собой структурно-функциональную единицу и является основой роста и развития организма.

2. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в обьекты неживой природы, но соотнощение элементов разные. В живых организмах 98% состава приходится на углерод, кислород, азот и водород.

3. Обмен веществ и энергии (метаболизм). Живые организмы – открытые системы; они постоянно получают необходимые вещества из внешней среды и виделяют в неё продукты жизнедеятельности. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава всех частей организма и другии проявления (признаки) жизни, а именно: рост, развитие, раздражимость, движение, размножение, изменчивость, наследственность, старость и, наконец, смерть.

4. Рост и развитие — это тесно связанные процессы. Рост – это увеличение массы, линейных размеров индивидуума (особи) и отдельных органов. Он всегда сопровождаеться развитием – качественными изменениями организма. Закономерные изменение организма от момента зарождения и до смерти носят названия индивидуального развития, или онтогенеза.

5. Раздражимость. Способность живых клеток, тканей или целого организма реагировать на внешние или внутренние воздействия; лежит в основе приспособления к изменяющимся условиям среды.

Любое изменение окружающей среды является раздражителем, а реакция организма – проявлением раздражимости.

Формы раздражимости различны у растений и животных.

Реакция многоклеточных организмов на раздражение, которое осуществляется при помощи нервной системы, называется рефлексом.

6. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение в неизмененённом виде. В основе наследственности лежит относительное постоянство стоения молекул ДНК.

7. Изменчивость – это способность организмов приобетать новые признаки, отличающие их от родительских форм. Она представляет материал для естественного отбора, т. е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования, что в конечном итоге приводит к появлению новых форм жизнм, прогрессивному развитию живого на Земле.

8. Дисктретность (от лат.“discretus” — прерывистый, раздельный) – это означает, что любая биологическая система (клетка, организм, популяция, биоценоз) состоит из отдельных взаимодействующих частей, образующих структурно-фунциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи состоит из органов, в свою очередь органы состоят из клеток.

9. Саморегуляция (авторегуляция). Это способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов (гомеостаз) в непрерывно меняющихся условиях среды. Данная способность осуществляется с помощью регуляторных систем, в основе деятельности которых лежит принцип обратной связи. Сигналом для включения или выключения той или иной регулирующей системы может быть концетрация какого-либо вещества или состояние какого-либо биохимического или физиологического процесса.

Например, понижение концетрации АТФ в клетке служит сигналом запускающим её синтез. После того как содержание АТФ в клетке нормализуется, интенсивность её синтеза уменьшается.

10. Адаптация (от лат. “adaptatio”- приспособление) — приспособление организма к условиям окружающей среды. Возникают в процессе естественного отбора и выражаются в особенностях строения, функций и поведения особей данного вида, способствующих их успеху в борьбе за существование.

Основные свойства и стратегия жизни:

способность к передаче и реализации генетической информации;
адаптация к условиям окружающей среды;
поступательное прогрессивное развитие.

Биология…

Для всех живых организмов характерно

Выберите один ответ:

a. дыхание, питание, размножение

b. образование органических веществ из неорганических

c. поглощение из почвы растворённых в воде минеральных веществ

d. активное передвижение в пространстве

Организмы растений, животных, грибов и бактерий состоят из клеток — это свидетельствует о

Выберите один ответ:

разнообразии строения живых организмов

b. связи организмов со средой обитания

c. единстве органического мира

сложном строении живых организмов

В клетках человека и животных в качестве строительного материала и источника энергии используются

Выберите один ответ:

a. белки, жиры и углеводы

b. неорганические вещества

c. вода и углекислый газ

d. гормоны и витамины Вопрос 4

Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию

Выберите один ответ:

транспорта веществ

b. каталитическую

c. аккумулятора энергии

d. защитную

Молекулы ДНК

Выберите один ответ:

доставляют к рибосомам аминокислоты

b. переносят информацию о строении белка к рибосомам

c. переносят информацию о строении белка в цитоплазму

Строение и функции плазматической мембраны обусловлены входящими в её состав молекулами

Выберите один ответ:

гликогена и крахмала

b. клетчатки и глюкозы

c. белков и липидов

d. ДНК и АТФ

Какие организмы синтезируют органические вещества за счет энергии солнечного света

Выберите один ответ:

a. хемотрофы

b. сапротрофы

фототрофы

d. гетеротрофы

Перед митозом и мейозом в интерфазе происходит

Выберите один ответ:

a. коньюгация гомологичных хромосом

b. растворение ядерной оболочки

c. образование веретена деления

удвоение молекулы ДНК

Митоз отличается от мейоза

Выберите один ответ:

a. числом дочерних клеток и рабором хромосом в них

наличием профазы, метафазы, анафазы и телофазы

c. процессами спирализации и деспирализации хромосом

d. наличием хромосом, состоящих из двух хроматид

Объединени признаков родителей происходит в процессе

Выберите один ответ:

a. дробления зиготы

b. слияния гамет

c. партеногенеза

d. гаструляции

При половом размножении, в отличии от бесполого

Выберите один ответ:

a. увеличивается генетическое разнообразие потомства

рождается больше женских особей c. дочерний организм развивается быстрее

d. увеличивается численность популяций

Вопрос 12 Типы гамет у особи с генотипом ААВb

Выберите один ответ:

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО

Вопрос о происхождении и сущности жизни, специфике живого вещества является ключевым для многих естественно-научных дисциплин, для формирования научной картины мира. Вся многовековая история биологической науки проходила под знаком борьбы представителей двух противоположных точек зрения на феномен жизни – механицизма и витализма. Механицизм сформировался в Новое время под влиянием успехов механики и последующим формированием механистически-материалистического мировоззрения в целом.

Сторонники механицизма и его более поздней разновидности – редукционизма не признавали качественную специфику живых организмов, считая, что жизненные процессы можно представить как результат действия физических и химических процессов.

Этой точки зрения придерживался ряд видных ученых и в ХХ веке. Так, крупнейший английский философ и математик Б.Рассел в работе «Человеческое познание» (1951 г.) писал:

«Нет основания предполагать, что живая материя управляется другими законами, чем неживая материя, и имеются серьезные основания думать, что все в поведении живой материи может теоретически быть объяснено в терминах физики и химии».

Аналогичные взгляды развивал в своей работе «Возникновение жизни» английский физик Дж.

Д.Бернал:

«Жизнь есть частичная, непрерывная, прогрессирующая, многообразная и взаимодействующая со средой самореализация потенциальных возможностей электронных состояний атомов».

Н.Бор в 30-е годы ХХ века предсказывал, что исследование жизни на атомном уровне приведет к парадоксу, аналогичному тому, который возник при исследованиях спектров атомов и который был разрешен только с помощью новой квантовой механики.

Бор считал, что:

«Существование жизни следует принимать как некий элементарный факт, который нельзя объяснить и который следует рассматривать как начальную точку биологии, точно так же как квант действия, который выглядит иррациональным с точки зрения классической механики, но оказывается фундаментальной основой атомной физики, если его рассматривать с точки зрения физики элементарных частиц. Невозможность объяснения жизненных явлений на основе законов физики или химии аналогична недостаточности механического подхода для понимания стабильности атомов».

Н.Бор рассматривал проблему связи биологии и физики на основе принципа дополнительности, считая, что собственно биологические законы дополнительны законам, которым подчиняются тела неорганического мира.

Нельзя одновременно определять физико-химические свойства организма и явления жизни – анализ свойств одного исключает подробный анализ другого.

В 1945 г. Э.Шредингер написал книгу «Что такое жизнь? С точки зрения физика», где рассмотрел три основные проблемы биофизики:

1. Термодинамические основы жизни . Организм – открытая высокоорганизованная упорядоченная система, находящаяся в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду, способная поддерживать упорядоченность за счет саморегуляции и самовоспроизведения.

Молекулярные основы жизни . Ген должен быть молекулой с апериодической структурой. Поставлен вопрос о структуре вещества наследственности и о причинах его устойчивого воспроизводства в ряду поколений.

Квантово-механические закономерности . Соответствие биологических процессов законам квантовой механики, что отчетливо проявляется в радиобиологических явлениях.

Сторонники витализма объясняют специфику живого существованием особых биологических закономерностей, наличием в биологических системах особой нематериальной и непознаваемой «жизненной силы», «души», которая не подчиняется физическим и химическим законам, придает живым организмам их целостность и целесообразность, особого рода упорядоченность и способность стремиться к определенным целям.

Зарождение витализма происходило во времена античности в трудах Платона, Аристотеля, Плотина. Виталисты пытаются доказать нематериальный характер жизни и невозможность понять ее сущность. Однако под влиянием успехов физики и химии, биофизики и биохимии в объяснении многих биологических процессов к середине ХХ века витализм был вытеснен из сферы биологического познания.

В настоящее время большинство ученых убеждено, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира.

Современная биология в вопросе о сущности жизни часто идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Только совокупность данных свойств дает представление о специфике живого.

К числу свойств живого относят следующие:

— Метаболизм .

Наиболее важным свойством всех живых организмов является обмен веществ, или метаболизм, представляющий собой совокупность биохимических реакций, обеспечивающих жизнь. Живые организмы получают вещество, энергию и информацию из окружающей среды, используя их на поддержание своей высокой упорядоченности.

Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Процессы обмена веществ делят на анаболизм, или ассимиляцию, и катаболизм, или диссимиляцию. При анаболизме идет синтез сложных веществ из простых, сопровождающийся накоплением энергии. Катаболизм – это расщепление сложных веществ, сопровождающееся освобождением энергии. Эти две стороны обмена связаны неразрывно и протекают одновременно и непрерывно.

Каждый живой организм и каждая клетка представляют собой открытую термодинамическую систему, которая непрерывно превращает содержащуюся в органических веществах потенциальную (химическую) энергию в энергию всех рабочих процессов организма.

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО

В конечном счете, вся энергия уходит из организма в окружающую среду и рассеивается в ней. Баланс энтропии в открытой системе определяется процессами как внутри нее, так и процессами обмена с окружающей средой. Обмен веществ в живых организмах с точки зрения термодинамики необходим для того, чтобы воспрепятствовать увеличению энтропии, обусловленному внутренними необратимыми процессами в организме.

Советский физик Я.И.Френкель писал:

«Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она ни рассматривалась (механической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь».

Существуют два вида питания организмов: автотрофное и гетеротрофное. Автотрофное питание означает синтез всех необходимых органических веществ из неорганических.

Этим видом питания обладают растения и прокариоты. Зеленые растения синтезируют органические вещества с использованием энергии Солнца путем реакции фотосинтеза. В результате фотосинтеза создается основная масса органического вещества и поддерживается газовый состав атмосферы. Гетеротрофное питание означает получение органических веществ в готовом виде, оно характерно для животных, грибов и многих бактерий.

Обмен веществ может происходить без участия кислорода – анаэробный обмен.

У большинства организмов питательные вещества расщепляются и высвобождают энергию в процессе клеточного кислородного дыхания – аэробный обмен. При нем высвобождается гораздо больше энергии.

— Сложная структура . Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.

Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. У растения или животного появляются новые ветви или органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.

— Раздражимость .

Живые организмы активно реагируют на физические или химические факторы и их изменения в окружающей среде. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

— Размножение и рост. Все живое размножается и растет. Способность к самовоспроизведению – самая поразительная способность живых организмов. Потомство и похоже, и чем-то отличается от своих родителей. В этом проявляется действие механизма наследственности.

— Адаптация. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

Адаптация помогает выжить организмам в постоянно меняющихся условиях внешней среды. Организм отвечает на изменения либо относительно быстро благодаря раздражимости, либо более длительно – путем возникновения мутаций и появления новых признаков, которые будут сохранены естественным отбором.

— Передача информации . Живые организмы способны передавать потомству заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах.

Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

— Гомеостаз. Гомеостазом называется относительное динамическое постоянство состава и свойств организма, устойчивость его основных физиологических функций. Живые организмы, обитающие в непрерывно изменяющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью механизмов саморегуляции.

Важную роль в реализации гомеостаза играют петли обратной связи, возникающие в живом веществе и определяющие его реакции на внешние возмущения, нарушающие его стабильность. Гомеостаз – фундаментальный принцип для всего живого.

— Движение. Оно более заметно у животных, чем у растений.

Из совокупности указанных признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.

Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты. Один из главных критериев жизни – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.

Современная теоретическая биология основные свойства живого формулирует в виде пяти аксиом:

1. Все живые организмы характеризуются единством фенотипа (совокупностью всех признаков и свойств) и программой его построения – генотипа (совокупностью всех генов), передающегося по наследству из поколения в поколение (аксиома А.Вейсмана).

Генетическая программа образуется матричным путем, т.е. для строительства гена будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К.Кольцова).

При передаче генетические программы изменяются случайно и ненаправленно, также случайно они могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч.Дарвина).

Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В.Тимофеева-Ресовского).

5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч.Дарвина).

Глава 39. Неклеточные формы жизни

Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым-ботаником Д.И.Ивановским при изучении мозаичной болезни табака (пятнистость листьев). Вирусы представляют собой неклеточные формы жизни. Они занимают промежуточное положение между живой и неживой материей, так как совмещают в себе признаки живых организмов и тел неживой природы.

Вирусы обладают рядом особенностей, отличающих их от клеточных организмов:

Вирусы проявляют признаки жизни только в клетке.

Вопрос о происхождении вирусов до конца не выяснен. Вирусы представляют собой автономные генетические структуры, но они не способны развиваться вне клетки. Вместе с тем, нуклеотидный состав нуклеиновых кислот и генетический код вирусов и клеточных организмов одинаков. Поэтому можно предположить, что вирусы возникли позже возникновения клеточной организации.

Наиболее вероятно, что вирусы возникли в результате деградации клеточных организмов.

Вероятно, вирусы можно рассматривать как группу генов, вышедших из-под контроля генома клетки.

Размеры вирусов колеблются от 10 до 300 нм.

Форма вирусов разнообразна: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.

Вирусы могут существовать в двух формах:

Эту форму существования называют вирионом (рис. 320).

Вирионы вирусов состоят из различных компонентов:

Причем обе нуклеиновые кислоты могут быть как одноцепочечными, так и двухцепочечными, как линейными, так и кольцевыми.

В зависимости от типа нуклеиновой кисло

ты, входящей в состав вируса, различают:

Капсид представляет собой оболочку вируса, образованную белковыми субъединицами, уложенными строго определенным образом.

Капсид выполняет, прежде всего, защитную функцию. Он защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, прежде всегоот действия многочисленных нуклеаз.

Кроме того, капсид обеспечивает осаждение вируса на поверхности клеточных мембран, так как содержит рецепторы, комплементарные рецепторам мембран клеток. Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность вирусов: они поражают строго определенный круг хозяев.

Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (вирусы ВИЧ, гриппа, герпеса).

Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина. Он представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Только внедряясь в клетку-хозяина вирус может воспроизводить себе подобных, он подавляет процессы транскрипции и трансляции веществ, необходимых самой клетке, и "заставляет" ее ферментные системы осуществлять репликацию своей нуклеиновой кислоты и биосинтез белков вирусных оболочек.

После сборки вирусных частиц клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.

Цикл репродукции вируса складывается из нескольких стадий.

Ферменты лизосом разрушают капсид вируса, и его нуклеиновая кислота освобождается. Некоторые вирусы проникают в клетку путем слияния мембран клеток и вирусов.

Проникновение фагов происходит за счет частичного разрушения оболочки клетки фаговым лизоцимом.

ДНК вируса проникает в клетку после сократительной реакции отростка фага.

¨ Подготовительный . На этом этапе происходит подавление функционирования генетического аппарата клетки, прекращается синтез белков и нуклеиновых кислот клетки, белок-синтезирующий аппарат клетки переводится под контроль генома вируса.

¨ Репликация нуклеиновой кислоты вируса .

Поскольку генетический аппарат вирусов разнообразен, механизмы репликации различны. У двухцепочечных ДНК-геномных вирусов репликация происходит так же, как у всех живых организмов.

¨ Синтез белков капсида . Биосинтез белков капсида вируса начинается позже репликации, причем используется белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина.

Происходит самосборка, белковые субъединицы капсида определенным образом располагаются вокруг нуклеиновой кислоты.

© Выход вирусов из клетки . Чаще всего происходит в результате разрушения клетки вирусным лизоцимом. Сложноорганизованные вирусы выходят из клетки путем почкования, при этом они приобретают суперкапсид.

Вирусы способны поражать большинство существующих живых организмов, вызывая различные заболевания.

К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, оспа, бешенство, детский паралич, корь, желтая лихорадка, инфекционный насморк и т.д. У животных известно поражение вирусом коровьей оспы и др. У растений вирусы могут определять пятнистость окраски цветков (например, у тюльпана), изменения окраски листьев (желтуха растений).

Бактериофаг состоит из головки, хвостика и хвостовых отростков, с помощью которых он осаждается на оболочке бактерий. В головке содержится ДНК. Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика впрыскивает свою ДНК в ее клетку.

Бактериофаги имеют большое практическое значение и являются важным объектом научных исследований в области молекулярной биологии.

Синдром приобретенного иммунного дефицита - это новое инфекционное заболевание, которое признано как первая действительно глобальная эпидемия в известной истории человечества.

Вирус иммунодефицита человека внедряется в чувствительные клетки.

Основные клетки-мишени - CD4-лимфоциты (хелперы), так как на их поверхности есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. В меньшем числе они содержатся на мембранах макрофагов, еще в меньшем - на мембранах В-лимфоцитов.

Кроме того, ВИЧ проникает в ЦНС, поражая нервные клетки и клетки нейроглии, в клетки кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7-10 лет.

Поэтому на ее поверхности и внутри нее сохраняется множество клеточных белков. В мембрану встроены рецепторные образования, по виду напоминающие грибы. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса, которая имеет форму усеченного конуса и образована особым белком. Промежуток между наружной вирусной мембраной и сердцевиной вируса заполнен тяжами вироскелета, благодаря которому сохраняется форма вируса, а сердцевина удерживается в определенном положении.

Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК, связанные с низкомолекулярными белками основного характера. Каждая моле кула РНК содержит 9 генов ВИЧ. Три из них являются структурными, три - регуляторными и три - дополнительными. Эти гены содержат информацию, необходимую для продукции белков, которые управляют способностью вируса инфицировать клетку, реплицироваться и вызывать заболевание. Кроме того, сердцевина содержит фермент обратную транскриптазу, осуществляющую синтез вирусной ДНК с молекулы вирусной РНК.

Пути распространения ВИЧ инфекции

Источником заражения служит человек - носитель вируса иммунодефицита.

Это может быть больной с различными проявлениями болезни, или человек, не имеющий признаков заболевания (бессимптомный вирусоноситель).

СПИД передается только от человека к человеку: