Биология как наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Биология как наука

Биология - это наука о живой природе, о закономерностях управляющих ею. Что изучает биология? Биология как наука изучает структуру, происхождение, рост, функционирование и эволюцию живых организмов. Биология наука о живой природе.

Основу биологии составляют 5 фундаментальных принципов. Это клеточная теория, гомеостаз, генетика, эволюция и энергия.

Задачей общей биологии является выявление, а также объяснение общих процессов и явлений для всех организмов. Биология как наука позволяет накопить знания о происходящем в живом мире, хранить их на различных носителях и использовать по мере необходимости.

Биологические науки подразделяют по типу исследуемых организмов.

Зоология изучает животных, ботаника - растения, а микробиология изучает одноклеточные микроорганизмы.

Внутри, биология как наука делится на области по масштабу исследования, или по применяемым методам. Так, предметом изучения гистологии и анатомии является строение организма и тканей, генетики - передача наследственной информации, биохимии - химические основы жизни, молекулярной биологии - взаимодействие между биологическими молекулами, физиологии - химические и физические функции органов и др.

Признаки живого организма:

- обладает сложным внутренним строением;

- у любой части организма имеется специальное назначение, и она выполняет возложенные на нее функции;

- извлекает, преобразовывает и использует энергию, поступающую из окружающей среды, обменивается веществом и энергией;

- реагируют на изменение окружающей среды (на внешний раздражитель);

- способность к адаптации, то есть организмы приспосабливаются к окружающей среде;

- способность к размножению;

-способность к эволюции (происходит изменение от простого к сложному).

Мир живого разнообразен и имеет сложную структуру. Организация жизни осуществляется на различных уровнях.

1. Самый нижний уровень - молекулярных структур.

2. Клеточный уровень.

3. Органно - тканевый уровень. При этом уровне организмы являются многоклеточными.

4. Целостного организма.

5. Популяционно-видовой уровень.

6. Уровень биоценозов, то есть сообществ всех видов, которые населяют территорию.

7. Биосфера. Это совокупность живого на Земле.

Целостная (живая) система обладает следующими качествами:

- единство химического состава;

- открытость живых систем;

- живые системы - саморегулирующиеся, самоорганизующиеся, самоуправляющиеся, самовоспроизводящиеся системы;

- изменчивость;

- способность к развитию и росту, то есть к увеличению в массе и размерах, возникновению новых качеств и черт;

- дискретность и целостность.

Методы изучения.

Биология для изучения живых организмов применяет множество разнообразных методов. Например, к ним можно отнести:

- Наблюдение.

Дает возможность выявлять объекты и различные явления.

- Эксперимент.

Моделируется ситуация, при которой выявляются свойства изучаемых биологических объектов.

- Сравнение.

Позволяет устанавливать общие для различных явлений закономерности.

- Исторический метод.

Познание осуществляется с учетом имеющихся данных об органическом мире.

Для изучения биологических объектов применяется различная техника. Это: компьютеры, микроскопы, химические анализаторы, ультрацентрифуги, и многая другая техника.

Биология как наука очень важна для людей, так как исследования, которые проводятся, позволяют нам больше знать о процессах и явлениях происходящих в живом мире и использовать этот бесценный опыт в повседневной жизни, решить глобальные мировые проблемы. Знание законов биологии позволяет решить практические задачи, например, обеспечить население продовольствием. Агрономия и зоотехника опираются на биологию. Медицина не может обойтись без знания структуры (анатомии) тела человека.

1.1 Уровни биологической организации

Биология представляет собой огромную совокупность множества фактов и теорий относительно живых организмов. Для того чтобы как-то упорядочить этот необозримый материал, обычно принято отделять изучение растений (ботаника) от изучения животных (зоология) или рассмотрение структуры организма (морфология или анатомия) от исследования его функций (физиология). Но так как у растений и животных, несмотря на все различия между ними, есть очень много общего и так как трудно, а иногда и невозможно отделить строение от функции, рассматривая функцию какого-нибудь органа без описания его структуры, то лучше, пожалуй, подразделять биологию в соответствии с различными уровнями организации живого.

Первые биологи занимались изучением целых организмов - целых растений и животных, так как организм представлялся им основной единицей жизни и биологической активности. Этот аспект биологии, который мы могли бы назвать организменной биологией, несомненно, и сейчас остается важной стороной биологических исследований и обычно служит вводной ступенью к освоению других уровней биологии.

Изобретение микроскопа и применение его в начале XVII века для исследования живых существ подготовило почву для появления клеточной теории, которая была выдвинута в 1838 г. Шлейденом и Шванном. В течение последующего столетия усовершенствование оптики микроскопа и разработка улучшенных методов фиксации тканей, приготовления срезов и их окрашивания создали условия для быстрого развития области, получившей название цитологии. Клетка представляет собой основную единицу структуры и функции живого.

Усовершенствование электронного микроскопа, который был изобретен в 1938 году, и разработка соответствующих методов фиксации тканей и получения ультратонких срезов привели к открытию совершенно нового уровня - уровня субклеточной организации. Электронная микроскопия вместе с рентгено-структурным анализом и поляризационной микроскопией позволила получить более ясное представление о форме молекул, из которых построены живые организмы, об ориентации этих молекул и объединении их в более крупные структурные элементы, например мембраны. Быстрое развитие химических и физических методов, позволяющих определять последовательность аминокислот в белках и нуклеотидов в РНК и ДНК, создало предпосылки для расшифровки генетического кода и процессов синтеза специфических белков. Постепенное познание этих аспектов жизни, составляющих область молекулярной биологии, ведет к выяснению природы тех преобразований веществ и энергии, которые характерны для жизненных явлений.

Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз) -- главные уровни организации жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирующаяся на представлении о естественном отборе. В упрощенном виде его можно представить так: в результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают выгодные признаки, обеспечивающие выживание, своему потомству, которое может их развить дальше, обеспечив стабильное существование данному типу организмов в данных конкретных условиях среды. Если условия эти вменятся, то выживают организмы с более благоприятными для новых условий признаками, переданными им по наследству, и т. д.

Высший уровень организации биологических систем - это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой, физической и биологической. Мы еще только начинаем понимать те многообразные формы, в которых проявляется взаимодействие популяций живых организмов между собой и с физической средой их обитания. Различного рода растения и животные не просто разбросаны по поверхности Земли, а объединены во взаимозависимые сообщества, в состав которых входят производители, потребители и разрушители органического вещества, а также некоторые неживые компоненты среды. Почему сообщества состоят именно из таких, а не каких-либо других организмов, как они взаимодействуют друг с другом и как человек может управлять ими с пользой для себя - таковы важнейшие проблемы в этой области, называемой экологией.

2. Синтез белка

Синтез белка (трансляция) является самым сложным из биосинтетических процессов: он требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из них к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью (десятки аминокислотных остатков в секунду). Процесс может замедляться и даже останавливаться ингибиторами-антибиотиками.

В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами. Диаметр рибосомы бактерии E. coli составляет 18 нм, а их общее количество - десятки тысяч в клетке. Рибосомы эукариот несколько крупнее (21 нм). Сам процесс протекает в пять этапов:

1. Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния.

2. Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.

3. Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть всем аминокислотам поставлены в соответствие триплеты нуклеотидов. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля (так называемые факторы элонгации).

4. Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.

5. Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.

Генетический код обладает рядом особенностей. Во-первых, в коде отсутствуют «знаки препинания», то есть сигналы, показывающие начало и конец кодонов. Во-вторых, 3 нуклеотидных триплета (УАГ, УАА, УГА) не соответствуют никакой аминокислоте, а обозначают конец полипептидной цепи, а кодон АУГ сигнализирует о начале цепи либо (если он в середине последовательности) об аминокислоте метионине. Многие аминокислоты могут кодироваться несколькими различными кодонами. Все кодоны аминокислот одинаковы у всех изученных организмов: от вируса до человека. Создаётся впечатление, что все организмы на Земле происходят от единого генетического предка. Впрочем, в последнее время в митохондриях клеток человека были обнаружены кодоны, не совпадающие с «нормальным» словарём. Их наличие представляет собой загадку для ученых.

Рисунок 2 Генетический код

Синтез белка требует больших затрат энергии - 24,2 ккал/моль. После окончания синтеза белок при помощи специального полипептидного лидера доставляется к месту своего назначения

Модель 3 Синтез белка

Синтез белка контролируют гены-операторы. Совокупность рабочих генов - операторов и структурных генов - называется оперон. Опероны не являются самостоятельной системой, а «подчиняются» генам-регуляторам, отвечающим за начало или прекращение работы оперона. Свой контроль гены-регуляторы осуществляют при помощи специального вещества, которое они при необходимости синтезируют. Это вещество реагирует с оператором и блокирует его, что влечёт за собой прекращение работы оперона. Если же вещество реагирует с небольшими молекулами - индукторами, это будет являться сигналом к возобновлению работы системы.

Модель оперонов была разработана на микроорганизмах, но она соответствует и принципу работы генома эукариот. У последних гены образуют сложные системы, называемые супергенами, которые могут одновременно кодировать множество идентичных друг другу молекул белка.

Рисунок 4 Синтез белка у прокариот и эукариот

Все многоклеточные организмы развиваются из одной-единственной клетки - зиготы. Процесс дифференцировки клеток, видимо, связан с управлением синтезом белка генами-регуляторами, но каким конкретно образом осуществляется это управление - пока остаётся неясным.

Заключение

белок клетка биологический

И так, основу биологии составляют 5 фундаментальных принципов. Это клеточная теория, гомеостаз, генетика, эволюция и энергия.

Общей задачей биологии является выявление, а также объяснение общих процессов и явлений для всех организмов. Биология как наука позволяет накопить знания о происходящем в живом мире, хранить их на различных носителях и использовать по мере необходимости.

Биологические науки подразделяют по типу исследуемых организмов.

Внутри, биология как наука делится на области по масштабу исследования, или по применяемым методам.

Биология представляет собой огромную совокупность множества фактов и теорий относительно живых организмов. Для того чтобы упорядочить этот, обычно принято отделять изучение растений (ботаника) от изучения животных (зоология) или рассмотрение структуры организма (морфология или анатомия) от исследования его функций (физиология).

Синтез белка (трансляция) является самым сложным из биосинтетических процессов: он требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из них к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью.

В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами.

Список использованной литературы

· http://ru.wikipedia.org/wiki/Биология

· http://fb.ru/article/3651/biologiya-kak-nauka

· Большой энциклопедический словарь. Биология. -- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.

· http://ru.wikipedia.org/wiki/Биосинтез_белка

· http://biology.ru/course/content/chapter8/section2/paragraph3/theory.html

Размещено на Allbest.ru