Биология. Введение в общую биологию. 9 класс - Глеб Швецов

1. Почему очень сложно дать определение понятия «жизнь»?

2. В чём заключается различие химической организации живых организмов и объектов неживой природы?

3. Каковы основные свойства живого?

4. Чем различаются процессы обмена у живых организмов от аналогичных процессов, встречающихся в неживой природе?

5. В чём может проявляться приспособленность организмов к среде обитания? Приведите соответствующие примеры.

Задания

1. Объясните, почему живые организмы называют открытыми биологическими системами.

2. Перечислите известные вам уровни организации живого. Попробуйте привести примеры соответствующих им биологических систем.

Краткое содержание введения

Биология – наука о жизни – одна из древнейших наук. Знания о живых организмах человек накапливал на протяжении тысячелетий. По мере накопления знаний происходила дифференциация биологии на самостоятельные науки (ботаника, зоология, микробиология, генетика и др.). Всё больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками – физикой, химией, математикой и др. В результате интеграции возникли биофизика, биохимия, космическая биология и др.

В настоящее время биология – комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных дисциплин.

В биологии применяются различные методы исследования: наблюдение, эксперимент, сравнение и др.

Биология изучает живые организмы. Они являются открытыми биологическими системами, получающими энергию и питательные вещества из окружающей среды. Живые организмы реагируют на внешние воздействия, содержат всю информацию, необходимую им для развития и размножения, и приспособлены к определённой среде обитания.

Всем живым системам, независимо от уровня организации, присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии. Учёные выделяют следующие уровни организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный.

Глава 1. Молекулярный уровень

Молекулярный уровень можно назвать начальным, наиболее глубинным уровнем организации живого. Каждый живой организм состоит из молекул органических веществ – белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров (липидов), получивших название биологических молекул. Биологи исследуют роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и в других процессах.

Из этой главы вы узнаете

• что такое биополимеры;

• какое строение имеют биомолекулы;

• какие функции выполняют биомолекулы;

• что такое вирусы и в чём их особенность.

§ 4. Молекулярный уровень: общая характеристика

1. Что такое химический элемент?

2. Что называется атомом и молекулой?

3. Какие органические вещества вам известны?

Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул.

Изучая живые организмы, вы узнали, что они состоят из тех же химических элементов, что и неживые. В настоящее время известно более 100 элементов, большинство из них встречается в живых организмах. К самым распространённым в живой природе элементам следует отнести углерод, кислород, водород и азот. Именно эти элементы образуют молекулы (соединения) так называемых органических веществ.

Основой всех органических соединений служит углерод. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, различные по химическому составу, строению, длине и форме. Из групп атомов образуются молекулы, а из последних – более сложные молекулы, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры или биополимеры.

Полимер (от греч. polys – многочисленный) – цепь, состоящая из многочисленных звеньев – мономеров, каждый из которых устроен относительно просто. Молекула полимера может состоять из многих тысяч соединённых между собой мономеров, которые могут быть одинаковыми или разными (рис. 4).

Рис. 4. Схема строения мономеров и полимеров

Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер. Все они универсальны, так как построены по одному плану у всех живых организмов, независимо от видовой принадлежности.

Для каждого вида биополимеров характерны определённое строение и функции. Так, молекулы белков являются основными структурными элементами клеток и регулируют протекающие в них процессы. Нуклеиновые кислоты участвуют в передаче генетической (наследственной) информации от клетки к клетке, от организма к организму. Углеводы и жиры представляют собой важнейшие источники энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов.

Именно на молекулярном уровне происходит превращение всех видов энергии и обмен веществ в клетке. Механизмы этих процессов также универсальны для всех живых организмов.

В то же время оказалось, что разнообразные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов, обусловлены различными сочетаниями всего лишь нескольких типов мономеров, образующих множество вариантов длинных полимерных цепей. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.

Специфические свойства биополимеров проявляются только в живой клетке. Выделенные из клеток, молекулы биополимеров теряют биологическую сущность и характеризуются лишь физико-химическими свойствами того класса соединений, к которому они относятся.

Только изучив молекулярный уровень, можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности и процессов обмена веществ в живом организме.

Преемственность между молекулярным и следующим за ним клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы – это тот материал, из которого образуются надмолекулярные – клеточные – структуры.

Органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды). Биополимеры. Мономеры

Вопросы

1. Какие процессы исследуют учёные на молекулярном уровне?

2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?

3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?

4. Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?

5. Чем достигается разнообразие свойств биополимеров, входящих в состав живых организмов?

Задания

Какие биологические закономерности можно сформулировать на основе анализа текста параграфа? Обсудите их с учащимися класса.

§ 5. Углеводы

1. Какие вещества, относящиеся к углеводам, вам известны?

2. Какую роль играют углеводы в живом организме?

3. В результате какого процесса углеводы образуются в клетках зелёных растений?

Углеводы, или сахариды, – одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Название «углеводы» они получили потому, что у большинства из них соотношение водорода и кислорода в молекуле такое же, как и в молекуле воды. Общая формула углеводов Cn(H20)m.

Все углеводы делятся на простые, или моносахариды, и сложные, или полисахариды (рис. 5). Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Рис. 5. Строение молекул простых и сложных углеводов

Ди- и полисахариды образуются путём соединения двух и более молекул моносахаридов. Так, сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) – дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов. Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хороню растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др. (рис. 6). С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

Основная функция углеводов – энергетическая. При расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия (при распаде 1 г углеводов – 17,6 кДж), которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Усиленное расщепление углеводов в клетках можно наблюдать, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.