Молекулярный уровень жизни значение и роль в природе Основные химические соединения живой материи

Молекулярный уровень жизни: значение и роль в природе. Основные химические соединения живой материи.

Организм человека состоит приблизительно из 220 миллиардов клеток! Если все эти клетки выложить в один ряд, то этот ряд протянется на 15000 км. Обычно клетки невелики; наименьшие диаметром 0,5 мкм (шаровидные бактерии микрококки). Средними по размеру можно считать клетки диаметром от 20 до 100 мкм. Но клетки могут быть и очень крупными. Например, длина отростка нервной клетки — аксона — может достигать одного метра. Многоядерные волокна поперечнополосатой мышцы имеют длину до 10-12 см.

Год открытия Ученый Сущность открытия
1590 г. Захарий Янсен Этот голландец изобрел микроскоп.
1665 г. Роберт Гук Англичанин рассматривая, под микроскопом срез пробкового дуба, увидел что пробка состоит из ячеек, которые затем назвал клетками. Правда, Гук думал, что клетки пусты, а живое вещество — это клеточные стенки.
1683 г. Антони ван Левенгук Этот голландский учёный усовершенствовал микроскоп, после чего смог пронаблюдать и описать бактерии.
1827 г. Карл Максимович Бэр Доказал предположение Уильяма Гарвея, что все живые организмы развиваются из яйца. Открыл яйцеклетку. Также сделал вывод о том, что каждый живой организм развивается из одной клетки.
1831-1833 г. Роберт Броун Обнаружил в растительной клетке сферическую структуру, которую затем назвал ядром.

4. Создание клеточной теории.

Двое немецких ученых в 1838 — 1839 годах — ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн обобщили знания о клетке и сформировали "клеточную теорию", утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Спустя примерно 20 лет после провозглашения Шлейданом и Шванном клеточной теории немецкий ученый Рудольф Вирхов написал: "Всякая клетка происходит из другой клетки. Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение — только от растения".

5. Значение клеточной теории.

Работа с учебником. Страница 27-28. Выпишите положения современной клеточной теории.

6. Основные методы изучения клеток.

А) Использование светового микроскопа.

Б) Использование электронного микроскопа.

В) Использование центрифугирования. .

Для биохимического изучения клеточных компонентов клетки необходимо разрушить — механически, химически или ультразвуком. Высвобожденные компоненты оказываются в жидкости во взвешенном состоянии и могут быть выделены и очищены с помощью центрифугирования.

Хроматография — метод основан на том, что в неподвижной среде, через которую протекает растворитель, каждый из компонентов смеси движется со своей собственной скоростью, независимо от других; смесь веществ при этом разделяется.

Электрофорез применяется для разделения частиц, несущих заряды, широко применяется для выделения и идентификации аминокислот.

Радиоавтография — сравнительно новый метод, обязанный своим возникновением развитию ядерной физики, которое сделало возможным получение радиоактивных изотопов различных элементов. Один из способов обнаружения радиоактивности основан на ее способности действовать на фотопленку подобно свету. Радиоактивное излучение проникает сквозь черную бумагу, используемую для того, чтобы защитить фотопленку от света, и оказывает на пленку такое же действие, как свет.

Молекулярный уровень жизни: значение и роль в природе. Основные химические соединения живой материи.

Молекулярный уровень — это уровень функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов.

Молекулярный уровень представлен в организме биологическими молекулами. Все эти молекулы принимают участие в обмене веществ в организме, являются строительным материальном, выполняют различные функции (в том числе сохранение и передача наследственной информации) и дают энергию для жизнедеятельности организма.

Молекулярный уровень состоит из следующих элементов:

Макромолекул; Биополимеров; Полимеров; Мономеров;

Макромолекула — молекула с высокой молекулярной массой, структура которой представляет собой многократные повторения звеньев, образованных из молекул малой молекулярной массы (атф, днк, хлорофилл).

Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов. (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин). Биополимеры состоят из схожих звеньев — мономеров.

Мономер — это небольшая молекула, которая может образовать химическую связь с другими мономерами и составить полимер.

Полимер — высокомолекулярное вещество, образованное длинными цепями более мелких молекул, называемых мономерами.

Образующие в организме молекулы разделяют на несколько видов:

1. макроэлементы — это элементы, которые содержатся в организме человека в относительно больших количествах. К ним относятся натрий, кальций, магний, калий, хлор, фосфор, сера, азот, углерод, кислород, водород.

2. Микроэлементы — это элементы, которые содержатся в нашем организме в средних количествах. Группу этих элементов составляют железо, йод, медь, марганец, фтор, алюминий, цинк, кремний, бром, ванадий.

3. Ультраэлементы – это элементы, которые содержаться в организме человека в очень малых количествах. К ним относятся: серебро, свинец. Золото, радий, рубидий, уран, ртуть.

3. Неорганические вещества клетки

Древнегреческий философ Фалес считал, что весь окружающий мир представляет собой воду, находящуюся в различных состояниях. Прав ли он? — В чём её уникальные свойства, которые обеспечивают её значимость для всего живого?

Уникальные свойства её определены структурой её молекулы (диполь, водородные связи. )

o Универсальный растворитель

o Участник многих биохимических реакций

o Участвует в процессе терморегуляции

o Определяет физические свойства клетки (объём, упругость, тургор)

— Определите отличие гидрофобных и гидрофильных вещества. Приведите примеры.

Источник

План-конспект урока: «Молекулярный уровень: общая характеристика».

Цель занятия: формирование знаний о молекулярном уровне организации материи, и химическом составе клетки.

Образовательные: раскрыть понятие молекулярный уровень,

дать общую характеристику молекулярному уровню организации, определить роль изучения молекулярного уровня в биологии.

Воспитательные: формировать интерес к биологии и познанию мира.

Развивающие: продолжить развивать логическое и аналитическое мышление; развивать умения применять теоретические знания на практике.

Методы обучения: словесный, наглядный.

Оборудование: таблица по общей биологии «Уровни организации живого».

Ход занятия

Организационный момент

1. Записать тему на доске.

2. Отметить отсутствующих.

Проверка знаний

Сущность жизни и свойства живого. (Фронтальная беседа с использованием вопросов в конце § 3.)

Изучение нового материала

На предыдущем уроки мы с вами рассмотрели основные свойства живых организмов. Сегодня мы познакомимся с новой темой «Молекулярный уровень». Мы разберем как он устроен и чем представлен.

Как вы думаете, что мы будем изучать на молекулярном уровне?

(Учащиеся записывают в тетрадь основные сведения с объяснениями учителя).

Молекулярный уровень — это уровень функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов.

Молекулярный уровень представлен в организме биологическими молекулами. Все эти молекулы принимают участие в обмене веществ в организме, являются строительным материальном, выполняют различные функции (в том числе сохранение и передача наследственной информации) и дают энергию для жизнедеятельности организма.

Молекулярный уровень состоит из следующих элементов:

Макромолекула — молекула с высокой молекулярной массой, структура которой представляет собой многократные повторения звеньев, образованных из молекул малой молекулярной массы (атф, днк, хлорофилл).

Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов. (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин). Биополимеры состоят из схожих звеньев — мономеров.

Мономер — это небольшая молекула, которая может образовать химическую связь с другими мономерами и составить полимер.

Полимер — высокомолекулярное вещество, образованное длинными цепями более мелких молекул, называемых мономерами.

(Учащиеся зарисовывают строение полимеров и мономеров в тетрадь).

Образующие в организме молекулы разделяют на несколько видов:

1. макроэлементы — это элементы, которые содержатся в организме человека в относительно больших количествах. К ним относятся натрий, кальций, магний, калий, хлор, фосфор, сера, азот, углерод, кислород, водород.

2. Микроэлементы — это элементы, которые содержатся в нашем организме в средних количествах. Группу этих элементов составляют железо, йод, медь, марганец, фтор, алюминий, цинк, кремний, бром, ванадий.

3. Ультраэлементы – это элементы, которые содержаться в организме человека в очень малых количествах. К ним относятся: серебро, свинец. Золото, радий, рубидий, уран, ртуть.

Закрепление

Какие элементы и почему считают основой жизни?

2. Структурной основой главных субстратов жизни является элемент:

1) азот; 2) углерод; 3) кислород; 4) фосфор; 5) водород; 6) сера.

Почему жизнь не может быть представлена одним видом?

Из приведенного списка выпишите цифры, обозначающие объекты, которые относятся к:

А – молекулярному, б- клеточному, в- организменному, г- популяционно-видовому, д- биоценотическому уровням организации.

1.Клевер. 2. Гемоглобин. 3. амеба обыкновенная. 4. заяц- беляк. 5. витамины. 6. болото. 7. нейрон. 8. эвглена зеленая. 9. дубрава. 10. дождевой червь. 11. луг. 12. бактерия.

5. Характерные свойства живых организмов: 1) саморегуляция; 2) самовоспроизведение; 3) раздражимость; 4) уникальность; 5) способность к росту и развитию.

6. Выделяют следующие уровни организации живых систем: 1) физический; 2) молекулярно-генетический; 3) географический; 4) онтогенетический; 5) химический; 6) популяционно-видовой; 7) биоценотический; 8) глобальный (экосистемный).

7. Составьте правильную последовательность уровней организации жизни от молекулярного до биосферного: 1) тканевый; 2) биосферный; 3) популяционный; 4) молекулярный; 5) видовой; 6) органный; 7) клеточный; 8) биоценотический; 9) организменный.

Источник



Молекулярный уровень жизни

Изучая биосферу, ознакомившись с биогеоценотическим, популяционно-видовым, организменным и клеточным уровнями организации живой материи, мы подошли к самому глубинному – молекулярному уровню организации жизни, находящемуся на границе между живой и неживой (косной) материей. Он является первоосновой жизни на нашей планете.

Молекулярный уровень можно рассматривать как первичную основу жизни.

Действительно, какую бы сторону биологической организации мы ни рассматривали, неизбежно приходим к макромолекулам органических соединений, реакциям и физико-химическим процессам между ними. Только через выяснение молекулярных механизмов процессов жизнедеятельности клетки можно подойти к пониманию сущностных свойств живого.

Однако следует подчеркнуть, что знание структуры и свойств макромолекул, умение изучать их в условиях лаборатории еще не дают понимания свойств жизни, поскольку жизнь начинается только тогда, когда эти многочисленные молекулы как структурные единицы целостной системы находятся в клетке и взаимодействуют между собой как единая система. Вне клетки процессов жизни нет. Выделенные из клетки макромолекулы теряют свою биологическую сущность и характеризуются лишь физическими и химическими свойствами, но не являются живыми. Поэтому их называют биологическими молекулами, или биомолекулами, так как они проявляет свои биологические свойства только в живых клетках.

Молекулярный уровень живой материи представлен многочисленным рядом биологических молекул – ДНК, РНК, АТФ, белками, углеводами, липидами и другими сложными соединениями, способными создавать крупные молекулярные комплексы, совместно выполняющие определенные специфические функции.

Все крупные молекулы органических веществ – полимеры, синтезированные из мономеров, соединенных в определенном порядке, фактически представляют собой особые системы, состояние из взаимосвязанных компонентов. Сами мономеры различны, но в одной и той же макромолекуле, соединенные друг с другом химическими связями, они становятся единым целым, выполняющим определенные функции.

Характерно, что все макромолекулы имеют общий план строения в клетках всех организмов независимо от их видовой принадлежности. Это объясняется тем, что во всех макромолекулах органических соединений одним из основных элементом выступает углерод. Только благодаря его уникальным физико-химическим свойствам образуются крупные, сложные и разнообразные молекулы разных органических соединений. Атом углерода, имея четыре валентные связи, способен в определенном порядке объединять большое число атомов в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Углеродные цепи и кольца являются «скелетами» сложных органических молекул, в чем проявляются их уникальность и универсальность.

Уникальность макромолекул – в специфике их биологических функций. Например, молекулы нуклеиновых кислот являются носителями генетического кода и участвуют в передаче генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму. Молекулы липидов являются основными элементами, участвующими в строительстве биологических мембран и всех внутриклеточных структур. Молекулы белков служат катализаторами и регуляторами всевозможных химических реакций в клетке. Молекулы углеводов, будучи первоосновой построения биологических молекул всех органических соединений, участвуют в накоплении солнечной энергии в виде энергии химических связей. Молекулы хлорофилла являются активными участниками фотосинтеза. Функциональное своеобразие биологических молекул в клетке тесно связано с их физико-химическими и биохимическими свойствами.

Единство физико-химических свойств и биологических функций макромолекул – особенность молекулярного уровня организации живой материи.

Специфику молекулярного структурного уровня живой материи отражают его структура, процессы, организация, значение в природе.

Структурными элементами молекулярного уровня жизни оказываются макромолекулы различных органических соединений и взаимодействующие молекулярные комплексы в форме специфических структур. Среди них особо следует отметить ДНК, различные РНК, макроэргические молекулы АТФ, АДФ, ГТФ и многочисленные молекулярные комплексы (ферментные, белков-переносчиков, дыхательная цепь, а у растений – фотосистема I и фотосистема II, реакционный центр и др.). Одни из них локализованы в строго определенных местах, например фосфолипиды – в бислое мембраны, комплекс АТФ-синтазы – во внутренней мембране тилакоидов хлоропластов и крист митохондрий, но многие размещаются в цитоплазме (гиалоплазме, матриксе).

Основные процессы молекулярного уровня жизни: репликация (самовоспроизведение) генетической информации, ее транскрипция и трансляция; окислительно-восстановительные реакции синтеза и распада веществ; управление скоростью протекания реакций с помощью ферментов; фотосинтез (в хлорофиллсодержащих клетках), создающий органические вещества при участии солнечной энергии; биосинтез и полимеризация сложных макромолекул из молекул простых органических соединений (мономеров); обеспечение процессов жизнедеятельности энергией.

Организация молекулярного уровня жизни характеризуется величайшей сбалансированностью и упорядоченностью всех реакций метаболизма, саморегуляцией, системным характером протекания биохимических процессов, сложностью и разнообразием молекулярного состава, многочисленностью и специфичностью ферментов, а также матричной основой осуществления биосинтеза. Все это координируется генетической информацией. Гены задают программу, а сами процессы в молекулярных системах осуществляют ферменты в различных частях организма.

Основными регуляторами реализации генетической информации всех происходящих реакций выступают ферменты, которые, будучи катализаторами, обеспечивают соответствующую скорость, последовательность (управляемость) и экономичность протекания процессов. Упорядоченность и организованность характерны и в размещении ферментов. Обычно они располагаются молекулярными слоями на внутренних структурах: на пластинах, мембранах, гранулах. При этом они размещаются именно в том порядке, в котором «работают» в цепях многочисленных ферментативных реакций. Последовательность расположения создает своего рода ферментативный «конвейер», который обеспечивает таким способом ступенчатый характер химических реакций, их высокую скорость и эффективность. Организующее значение имеет и распределение субстратов ферментативных реакций. Субстратные вещества, активно концентрируясь в одних участках клетки, в других создают их дефицит. Это явление выступает подобно обратной связи одним из факторов регуляции скорости ферментативных реакций и способствует передвижению веществ в область их малой концентрации.

В организации молекулярного уровня имеет значение и то, что все химические вещества, синтезируемые в клетке, как правило, образуются в результате не одной, а нескольких последовательных реакций (примером может служить полисома в биосинтезе белков). В результате в гиалоплазме (матриксе) имеется множество однотипных молекул, способных выполнять активные функции взамен изношенных и инактивированных молекул.

Значение молекулярного уровня жизни

На молекулярном уровне осуществляется важнейший процесс жизни – превращение лучистой энергии Солнца в химическую, запасаемую в химических связях органических соединений. Энергия, ассимилированная органическими веществами в макроэргических связях АТФ, становится биологически доступной для всех живых организмов, особенно для гетеротрофов.

На молекулярном уровне жизни происходит включение всевозможных химических элементов Земли в различные соединения, участвующие в обменных процессах живых организмов. Именно на этой ступени организации живой материи из внутриклеточных элементов (химических веществ) возникают молекулярные комплексы, «работающие» совместно как биологические системы, обеспечивающие синтез сложных и значимых биологических молекул живого вещества, из которых затем в клетке образуется важнейшие надмолекулярные структуры: цитоплазма, биологическая мембрана, ядро и органоиды, антенные комплексы в хлоропластах, ферментные комплексы, электрон-транспортные цепи и др. Существуют биосистемы обеспечения биохимических процессов необходимой энергией – преобразующие и запасающие солнечную энергию, способствующие высвобождению запасенной энергии путем расщепления органических веществ.

Преобразование солнечной энергии, создание живого вещества, кодирование информации, обеспечение генетической преемственности и устойчивости молекулярных структур в поколениях, упорядоченность физико-химических процессов – основная роль молекулярного уровня жизни в биосфере.

Наличие в живой материи молекулярных комплексов, осуществляющих определенные высокоупорядоченные биохимические процессы – биосинтез белков, гликолиз (в цитоплазме), клеточное дыхание (в митохондриях), фотосинтез (в хлоропластах), позволяет судить о наличии в живой материи биологических систем не только клеточного, но и молекулярного уровня жизни.

Источник

"Молекулярный уровень: общая характеристика"

Задачи: выяснить, какие процессы, являющиеся качественным скачком от неживой природы к живой, исследуют ученые на молекулярном уровне.

Оборудование: периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, таблицы с изображением белковой молекулы, модель ДНК.

Ход урока

I. Фронтальный опрос.

  1. Перечислите основные признаки живого.
  2. Дайте краткие характеристики каждому признаку.
  3. Почему при характеристике живого организма используют все свойства ,а не по отдельности?
  4. Дайте определение УОЖ
  5. Перечислите все УОЖ.. Почему организменный УОЖ является реальным носителем жизни?

(Опрос проводится с использованием предварительно розданных карточек)

II. Изучение нового материала (рассказ-характеристика молекулярного УОЖ)

(С использованием таблиц выводимых с помощью проектора на экран, периодической системы химических элементов)

1.Химический элемент –это определенный вид атомов.

Атомы — химически неделимые частицы.

Группы атомов образуют молекулы неорганических и органических веществ. Сложные молекулы органических веществ состоят их менее простых молекул неорганических веществ.

Например: жиры состоят из глицерина и жирных кислот; углеводы синтезируются их углекислого газа и воды под действием солнечной энергии.

Таким образом, молекулярный уровень – качественный скачок от неживой природы к живой.

2. Сложные органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, называется биополимерами.

(Дети работают с тетрадью, записывая основные выводы с проекционной доски)

Полимер – цепь, состоящая из многочисленных звеньев -Мономеров.

Существуют полимеры из одинаковых и разных мономеров.

Например: А–А–А–А–А и А–В–С–А–В–С

Полимер, в котором группа мономеров периодически повторяется, называют регулярным

АВАВАВАВ или ААВВААВВААВВ.

Полимер, в котором нет видимой закономерности в повторяемости мономеров, называется нерегулярным

Сочетание и перестановка нескольких типов мономеров обеспечивают вариативность биополимеров. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.

3. Биологические молекулы – материал для образования надмолекулярных клеточных структур.

Источник

Adblock
detector