Khoa học sinh học nghiên cứu cấp độ tổ chức tế bào. Cấp độ phần tử
1.2. Các cấp độ tổ chức của hệ thống sống
Cơ thể con người là một hệ thống tự điều chỉnh phức tạp gồm các yếu tố cấu trúc liên kết với nhau, thống nhất
ở nhiều cấp độ của tổ chức. Phân biệt cấp độ tiếp theo: ĐẾN hố, mô, cơ quan, hệ thống và sinh vật.
Giữa chúng, các cấp độ tổ chức này có mối quan hệ thứ bậc (cấp dưới).
1. Cấp độ tế bào. Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của cơ thể sống. Nó là một hệ thống sinh học và được đặc trưng bởi sự trao đổi chất, tăng trưởng, phát triển và sinh sản.
2. Mức độ mô.
Một tập hợp các tế bào có nguồn gốc chung, cấu trúc giống nhau và thực hiện các chức năng giống nhau tạo thành mô. Có bốn loại vải chính:
biểu mô, liên kết, cơ và thần kinh. Mỗi mô có những đặc điểm cấu trúc cụ thể và thực hiện các chức năng cụ thể.
· biểu mô mô là các mô viền bao phủ bên ngoài các cơ quan và lót các khoang của cơ quan nội tạng từ bên trong và hình thành các tuyến bài tiết bên ngoài và bên trong. Những mô này thực hiện chức năng bảo vệ, hấp thu (biểu mô ruột) và bài tiết.
·
Đang kết nối vải, bao gồm một số loại: bản thân mô liên kết(sợi,
các mô có đặc tính đặc biệt - mô mỡ, mô lưới, chất nhầy và sắc tố), mô xương(sụn, xương). Các mô liên kết cũng bao gồm máu và bạch huyết (mô liên kết lỏng). Chức năng chính của các loại mô liên kết là hỗ trợ, dinh dưỡng (dinh dưỡng), bảo vệ, duy trì sự ổn định của môi trường bên trong cơ thể (cân bằng nội môi).
· cơ bắpcác mô (cơ vân, cơ tim và cơ trơn) cung cấp sự co cơ và phản ứng vận động của con người: chuyển động của cơ thể hoặc các bộ phận riêng lẻ của nó trong không gian, hoạt động nhịp nhàng của cơ tim, chuyển động của máu qua mạch (tuần hoàn), thức ăn qua đường tiêu hóa đường và vv
·
Lo lắng vải cung cấp sự nhận thức sự khó chịu
từ môi trường bên ngoài và bên trong cơ thể, thực hiện các xung thần kinh vào hệ thống thần kinh trung ương (CNS), nơi diễn ra quá trình phân tích và tổng hợp thông tin nhận được ở các phần cao hơn của nó, và thực hiện phản ứng nhanh phản ứng thích ứng. Hệ thống thần kinh điều chỉnh hoạt động của từng cơ quan và toàn bộ cơ thể.
VỚI Các lớp mô bao phủ, lót và phân chia các cơ quan nội tạng được gọi là màng não. Trong cơ thể con người, các loại màng chính sau đây được phân biệt:
1. Niêm mạc thường lót bề mặt bên trong các cơ quan rỗng. Chúng bao gồm ba lớp mô: biểu mô (với các tế bào tiết ra chất nhầy), mô liên kết lỏng lẻo với các tuyến và hình thành bạch huyết, và cơ trơn.
2. Màng hoạt dịch che phủ các bề mặt của khớp và gân. Chúng được hình thành bởi mô liên kết và được lót bằng nội mô.
3. Màng huyết thanh bao quanh bề mặt bên ngoài của tất cả các cơ quan nội tạng. Chúng được hình thành bởi màng mô liên kết được bao phủ bởi một lớp biểu mô.
4. Màng não (màng cứng, màng nhện, mềm) bao phủ não và tủy sống. Chúng được hình thành bởi mô liên kết.
3. Cấp độ cơ quan. Một số mô hợp nhất thành một phức hợp duy nhất tạo thành một cơ quan, nhưng một trong các mô chiếm ưu thế trong đó và quyết định cơ quan đó chức năng chính. Các cơ quan chiếm một vị trí nhất định trong cơ thể, có cấu trúc, hình dạng nhất định và thực hiện một chức năng nhất định cần thiết cho sự tồn tại của một cơ thể hoàn chỉnh.
4. Cấp độ hệ thống. Nhiều cơ quan cùng thực hiện một chức năng nhất định sinh lý hệ thống (tim mạch, hô hấp, tiêu hóa, thần kinh)
và các hệ thống khác). Trong số tất cả các hệ thống sinh lý của cơ thể, nó chiếm một vị trí đặc biệt. hệ thần kinh, bởi vì nó điều chỉnh và điều phối hoạt động của tất cả các hệ thống, đảm bảo cơ thể thích ứng với những điều kiện môi trường thay đổi.
5. Mức độ sinh vật. Một sinh vật sống, bao gồm các tế bào, mô, cơ quan, hệ thống riêng lẻ, là một tổng thể duy nhất (“hệ thống của các hệ thống” theo I. P. Pavlov), trong đó hoạt động của tất cả các cấu trúc này được phối hợp chặt chẽ, phụ thuộc vào một tổng thể duy nhất và đảm bảo hoạt động sinh hoạt bình thường
trong môi trường bên ngoài luôn thay đổi.
Các hệ cơ quan trong cơ thể không hoạt động tách biệt với nhau mà đến một thời điểm nhất định chúng kết hợp với nhau để đạt được mục đích có lợi cho cơ thể kết quả. Sự liên kết tạm thời của các cơ quan và hệ thống thuộc các hệ thống sinh lý khác nhau, P. K. Anokhin (nhà học thuật, nhà sinh lý học thần kinh)
được đặt tên hệ thống chức năng.
Thế giới sống là một tập hợp các hệ thống sinh học có mức độ tổ chức và sự phụ thuộc khác nhau. Họ đang trong sự tương tác liên tục. Có một số cấp độ vật chất sống:
phân tử– bất kỳ hệ thống sống nào, dù được tổ chức phức tạp đến đâu, đều biểu hiện ở cấp độ hoạt động của các đại phân tử sinh học: axit nucleic, protein, polysaccharides, cũng như các chất hữu cơ quan trọng. Từ cấp độ này, các quá trình sống quan trọng nhất của cơ thể bắt đầu: trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng, truyền tải năng lượng. thông tin di truyền v.v. – cấp độ cổ xưa nhất của cấu trúc của thiên nhiên sống, giáp với thiên nhiên vô tri.
Di động– Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng, đồng thời là đơn vị sinh sản và phát triển của mọi sinh vật sống trên Trái đất. Không có dạng sống phi tế bào nào và sự tồn tại của virus chỉ xác nhận quy luật này, vì chúng chỉ có thể biểu hiện các đặc tính của hệ thống sống trong tế bào.
Vải vóc- Mô là tập hợp các tế bào có cấu trúc giống nhau, thống nhất với nhau bởi một chức năng chung.
Đàn organ- ở hầu hết động vật, một cơ quan là sự kết hợp về cấu trúc và chức năng của một số loại mô. Ví dụ, da con người như một cơ quan bao gồm biểu mô và mô liên kết, cùng thực hiện một số chức năng, trong đó chức năng quan trọng nhất là bảo vệ.
sinh vật- Cơ thể đa bào là một hệ thống gồm các cơ quan chuyên biệt thực hiện các chức năng các chức năng khác nhau. Sự khác biệt giữa thực vật và động vật về cấu trúc và phương pháp dinh dưỡng. Sự kết nối của sinh vật với môi trường, khả năng thích nghi của chúng với nó.
Quần thể-loài- tập hợp các cá thể cùng loài, thống nhất chuyện tầm thường môi trường sống, tạo ra quần thể như một hệ thống trật tự siêu sinh vật. Trong hệ thống này, các biến đổi tiến hóa cơ bản, đơn giản nhất được thực hiện.
Sinh địa sinh học— biogeocenosis — một tập hợp các sinh vật các loại khác nhau và sự phức tạp khác nhau của tổ chức, tất cả các yếu tố môi trường.
Sinh quyển- sinh quyển - nhất cấp độ cao tổ chức vật chất sống trên hành tinh của chúng ta, bao gồm tất cả sự sống trên Trái đất. Như vậy, Thiên nhiên sống động là một hệ thống phân cấp được tổ chức phức tạp.
2. Sinh sản ở cấp độ tế bào, nguyên phân và vai trò sinh học của nó
Nguyên phân (từ tiếng Hy Lạp mitos - thread), một kiểu phân chia tế bào nhờ đó các tế bào con nhận được vật liệu di truyền giống hệt vật liệu di truyền có trong tế bào mẹ. Karyokinesis, phân chia tế bào gián tiếp, là phương pháp tái tạo tế bào (sinh sản) phổ biến nhất, đảm bảo sự phân bố giống hệt vật liệu di truyền giữa các tế bào con và tính liên tục của nhiễm sắc thể trong một số thế hệ tế bào.
Cơm. 1. Sơ đồ nguyên phân: 1, 2 – kỳ đầu; 3 – tiền kỳ; 4 – siêu hình; 5 – phản vệ; 6 – kỳ cuối sớm; 7 – kì cuối muộn
Ý nghĩa sinh học của quá trình nguyên phân được xác định bởi sự kết hợp của quá trình nhân đôi nhiễm sắc thể thông qua sự phân chia theo chiều dọc và sự phân bố đồng đều giữa các tế bào con. Sự khởi đầu của Nguyên phân được bắt đầu bằng một giai đoạn chuẩn bị bao gồm dự trữ năng lượng, tổng hợp axit deoxyribonucleic (DNA) và sinh sản ly tâm. Nguồn năng lượng là nguồn giàu năng lượng hay còn gọi là hợp chất năng lượng cao. Nguyên phân không đi kèm với sự gia tăng hô hấp vì quá trình oxy hóa xảy ra ở kỳ trung gian (làm đầy “nguồn dự trữ năng lượng của vẹt đuôi dài”). Việc lấp đầy và cạn kiệt định kỳ nguồn dự trữ năng lượng của ara là cơ sở của năng lượng nguyên phân.
Các giai đoạn của quá trình nguyên phân như sau. Quá trình duy nhất. Nguyên phân thường được chia thành 4 giai đoạn: tiên tri, metaphase, anaphase và telophase.
Cơm. 2. Nguyên phân ở tế bào mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). Kỳ trung gian
Cơm. 3. Nguyên phân ở các cụm mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). Prophase (hình bóng lỏng lẻo)
Cơm. 4. Nguyên phân ở tế bào mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). Kỳ đầu muộn (sự phá hủy lớp vỏ hạt nhân)
METAPHASE - bao gồm sự chuyển động của CHROMOSOMES đến mặt phẳng xích đạo (metakinesis hoặc prometaphase), sự hình thành VÒI xích đạo (“sao mẹ”) và sự phân tách các nhiễm sắc thể hoặc nhiễm sắc thể chị em.
Cơm. 5. Nguyên phân ở tế bào mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). Prometaphase
Hình 6. Nguyên phân trong tế bào mô phân sinh của rễ hành tây (ảnh vi mô). Siêu hình
Cơm. 7. Nguyên phân ở tế bào mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). Kỳ sau
ANAPHASE là giai đoạn phân kỳ nhiễm sắc thể về các cực. Chuyển động của kỳ sau có liên quan đến sự kéo dài của các sợi trung tâm của trục chính, làm di chuyển các cực phân bào ra xa nhau và với sự ngắn lại của các vi ống nhiễm sắc thể của bộ máy phân bào. Sự giãn dài của các ren trung tâm của TRỤC CHÍNH xảy ra do sự PHÂN CỰC của “các đại phân tử dự phòng” hoàn thành việc xây dựng các VITUBUBU trục chính hoặc do sự mất nước của cấu trúc này. Việc rút ngắn các vi ống nhiễm sắc thể được đảm bảo bởi ĐẶC TÍNH của các protein co bóp của bộ máy phân bào, có khả năng co lại mà không bị dày lên. TELOPHASE - bao gồm việc tái tạo các hạt nhân con từ các nhiễm sắc thể tập trung ở hai cực, sự phân chia cơ thể tế bào (CYTOTHYMY, CYTOKINESIS) và sự phá hủy cuối cùng của bộ máy phân bào với sự HÌNH THÀNH cơ thể trung gian. Sự tái tạo hạt nhân con có liên quan đến quá trình khử nhiễm sắc thể, PHỤC HỒI hạt nhân và màng nhân. Việc cắt bỏ tế bào được thực hiện bằng cách hình thành VÒI tế bào (trong tế bào thực vật) hoặc bằng cách hình thành rãnh phân cắt (trong tế bào động vật).
Hình.8. Nguyên phân trong tế bào mô phân sinh của rễ hành tây (ảnh vi mô). kỳ cuối sớm
Cơm. 9. Nguyên phân ở tế bào mô phân sinh của rễ hành (ảnh vi mô). kỳ cuối muộn
Cơ chế của quá trình cắt bỏ tế bào có liên quan đến sự co lại của vòng hồ hóa của CYTOPLASM bao quanh EQUATOR (“giả thuyết vòng co rút”) hoặc với sự giãn nở của bề mặt tế bào do sự giãn nở của chuỗi protein hình vòng (“sự giãn nở MEMBRANE”) ” giả thuyết).
Thời gian nguyên phân- Phụ thuộc vào kích thước của tế bào, số bội thể của chúng, số lượng nhân cũng như các điều kiện môi trường, đặc biệt là về nhiệt độ. Ở tế bào động vật, quá trình nguyên phân kéo dài 30–60 phút, ở tế bào thực vật là 2–3 giờ. Các giai đoạn nguyên phân dài hơn liên quan đến quá trình tổng hợp (tiền tiên tri, tiên tri, telophase), sự tự di chuyển của nhiễm sắc thể (metakinesis, anaphase) diễn ra nhanh chóng.
Ý nghĩa sinh học của nguyên phân - sự ổn định của cấu trúc và hoạt động chính xác của các cơ quan và mô của một sinh vật đa bào sẽ không thể thực hiện được nếu không duy trì cùng một bộ vật liệu di truyền trong vô số thế hệ tế bào. Nguyên phân cung cấp những biểu hiện quan trọng của hoạt động sống: sự phát triển của phôi, tăng trưởng, phục hồi các cơ quan và mô sau khi bị tổn thương, duy trì tính toàn vẹn cấu trúc của các mô với sự mất tế bào liên tục trong quá trình hoạt động của chúng (thay thế các tế bào hồng cầu chết, tế bào da bị tổn thương, biểu mô ruột, v.v.) Ở động vật nguyên sinh, quá trình nguyên phân đảm bảo sinh sản vô tính.
3. Phát sinh giao tử, đặc điểm tế bào mầm, quá trình thụ tinh
Tế bào sinh sản (giao tử) - tinh trùng nam và trứng (hoặc trứng) nữ phát triển trong tuyến sinh dục. Trong trường hợp đầu tiên, con đường phát triển của chúng được gọi là SPERMATOGENESIS (từ tinh trùng Hy Lạp - hạt giống và nguồn gốc - nguồn gốc), trong trường hợp thứ hai - OVOGENESIS (từ tiếng Latin ovo - trứng)
Giao tử là tế bào sinh dục, sự tham gia của chúng vào quá trình thụ tinh, hình thành hợp tử (tế bào đầu tiên của một sinh vật mới). Kết quả của quá trình thụ tinh là số lượng nhiễm sắc thể tăng gấp đôi, sự phục hồi của bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của chúng trong hợp tử.Đặc điểm của giao tử là một bộ nhiễm sắc thể đơn bội so với bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội trong tế bào cơ thể2. Các giai đoạn phát triển của tế bào mầm: 1) tăng số lượng tế bào mầm sơ cấp có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội do nguyên phân, 2) sự phát triển của tế bào mầm sơ cấp, 3) sự trưởng thành của tế bào mầm.
CÁC GIAI ĐOẠN SINH HỌC - trong quá trình phát triển của cả tinh trùng và trứng, các giai đoạn được phân biệt (Hình.). Giai đoạn đầu tiên là thời kỳ sinh sản, trong đó các tế bào mầm nguyên thủy phân chia thông qua nguyên phân, dẫn đến sự gia tăng số lượng của chúng. Trong quá trình sinh tinh, quá trình sinh sản của các tế bào mầm sơ cấp rất mãnh liệt. Nó bắt đầu khi bắt đầu dậy thì và tiếp tục trong suốt thời kỳ sinh sản. Sự sinh sản của tế bào mầm nguyên thủy cái ở động vật có xương sống bậc thấp tiếp tục gần như suốt cuộc đời. Ở người, những tế bào này chỉ nhân lên với cường độ lớn nhất trong giai đoạn phát triển trước khi sinh. Sau khi hình thành tuyến sinh dục cái - buồng trứng, các tế bào mầm sơ cấp ngừng phân chia, phần lớn chết đi và được hấp thu lại, số còn lại không hoạt động cho đến tuổi dậy thì.
Giai đoạn thứ hai là thời kỳ tăng trưởng. Ở giao tử đực chưa trưởng thành, thời kỳ này được biểu hiện không rõ ràng. Kích thước của giao tử đực tăng nhẹ. Ngược lại, những quả trứng trong tương lai - tế bào trứng - đôi khi tăng kích thước lên hàng trăm, hàng nghìn, thậm chí hàng triệu lần. Ở một số loài động vật, tế bào trứng phát triển rất nhanh - trong vòng vài ngày hoặc vài tuần; ở các loài khác, sự tăng trưởng tiếp tục trong nhiều tháng hoặc nhiều năm. Sự phát triển của tế bào trứng được thực hiện nhờ các chất được hình thành bởi các tế bào khác của cơ thể.
Giai đoạn thứ ba là thời kỳ trưởng thành, hay còn gọi là giảm phân (Hình 1).
Cơm. 9. Sơ đồ hình thành tế bào mầm
Các tế bào bước vào thời kỳ giảm phân chứa một bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội và đã có số lượng DNA gấp đôi (2n 4c).
Trong quá trình sinh sản hữu tính, sinh vật thuộc bất kỳ loài nào vẫn giữ được số lượng nhiễm sắc thể đặc trưng của chúng từ thế hệ này sang thế hệ khác. Điều này đạt được là do trước khi hợp nhất các tế bào mầm - thụ tinh - trong quá trình trưởng thành, số lượng nhiễm sắc thể trong chúng giảm đi (giảm), tức là. từ tập lưỡng bội (2n) tập đơn bội (n) được hình thành. Các mô hình giảm phân ở tế bào mầm nam và nữ về cơ bản là giống nhau.
Thư mục
- Mức độ phân tử (di truyền phân tử)được đại diện bởi các polyme sinh học riêng lẻ (DNA, RNA, protein, lipid, carbohydrate và các hợp chất khác); Ở cấp độ sống này, các hiện tượng liên quan đến thay đổi (đột biến) và sinh sản của vật chất di truyền và trao đổi chất được nghiên cứu. Đây là những gì khoa học làm - sinh học phân tử.
- Di độngmức độ- mức độ tồn tại của sự sống dưới dạng tế bào - đơn vị cấu trúc và chức năng của sự sống, được nghiên cứu bằng tế bào học. Ở cấp độ này, các quá trình như trao đổi chất và năng lượng, trao đổi thông tin, sinh sản, quang hợp, truyền xung thần kinh và nhiều quá trình khác được nghiên cứu.
- Mức độ mô nghiên cứu mô học.
- Đàn organmức độ. Cơ quan này bao gồm một số mô.
- sinh vậtmức độ- sự tồn tại độc lập của một cá thể - một sinh vật đơn bào hoặc đa bào được nghiên cứu, ví dụ, sinh lý học và tự động học (sinh thái của cá thể). Một cá nhân với tư cách là một sinh vật không thể thiếu đại diện cho một đơn vị cơ bản của sự sống. Sự sống trong tự nhiên không tồn tại dưới bất kỳ hình thức nào khác.
- Quần thể-loàimức độ- cấp độ, được đại diện bởi một nhóm cá thể cùng loài - một quần thể; Chính trong quần thể, các quá trình tiến hóa cơ bản xảy ra (tích lũy, biểu hiện và chọn lọc các đột biến). Cấp độ tổ chức này được nghiên cứu bởi các ngành khoa học như deecology (hoặc sinh thái dân số) và khoa học tiến hóa.
- Sinh địa sinh họcmức độ- được đại diện bởi các cộng đồng (hệ sinh thái) bao gồm các quần thể khác nhau và môi trường sống của chúng. Cấp độ tổ chức này được nghiên cứu bởi biocenology hoặc synecology (sinh thái học của cộng đồng).
- Sinh quyểnmức độ- mức đại diện cho tổng thể của tất cả các biogeocenoses. Trong sinh quyển diễn ra sự tuần hoàn các chất và chuyển hóa năng lượng với sự tham gia của sinh vật.
Gorelov A. A. Các khái niệm về khoa học tự nhiên hiện đại. - M.: Trung tâm, 2008.
Dubnishcheva T.Ya. và những thứ khác Khoa học tự nhiên hiện đại. - M.: Tiếp thị, 2009.
Lebedeva N.V., Drozdov N.N., Krivolutsky D.A. Sự đa dạng sinh học. M., 2004.
Mamontov S.G. Sinh vật học. M., 2007.
Yarygin V. Sinh học. M., 2006.
Điều khó khăn nhất trong cuộc sống là sự đơn giản.
A. Koni
THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU CỦA SINH VẬT
Cấp độ phân tử của tổ chức sự sống
- Đây là một cấp độ tổ chức, các tính chất của nó được xác định bởi các nguyên tố, phân tử hóa học và sự tham gia của chúng vào các quá trình biến đổi chất, năng lượng và thông tin. Việc sử dụng cách tiếp cận cấu trúc-chức năng để hiểu cuộc sống ở cấp độ tổ chức này cho phép chúng ta xác định các thành phần và quy trình cấu trúc chính xác định trật tự cấu trúc và chức năng của cấp độ đó.
Tổ chức cấu trúc ở cấp độ phân tử. Các thành phần cấu trúc cơ bản của cấp độ phân tử của tổ chức sự sống là nguyên tố hóa học như những loại nguyên tử riêng biệt và không được kết nối với nhau và với chúng một số tính chất nhất định. Sự phân bố các nguyên tố hóa học trong hệ sinh học được xác định chính xác bởi những đặc tính này và phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của điện tích hạt nhân. Khoa học nghiên cứu sự phân bố của các nguyên tố hóa học và ý nghĩa của chúng đối với hệ thống sinh học được gọi là địa hóa sinh học. Người sáng lập ra ngành khoa học này là nhà khoa học lỗi lạc người Ukraine V.I. Vernadsky, người đã phát hiện và giải thích mối liên hệ giữa thiên nhiên sống và thiên nhiên không sống thông qua dòng nguyên tử và phân tử sinh học trong việc thực hiện các chức năng sống cơ bản của chúng.
Các nguyên tố hoá học kết hợp với nhau tạo thành tha thứ cho các hợp chất vô cơ phức tạp, cùng với các chất hữu cơ, là thành phần phân tử của cấp độ tổ chức phân tử. Chất đơn giản(oxy, nitơ, kim loại, v.v.) được hình thành bởi các nguyên tử kết hợp hóa học của cùng một nguyên tố và các chất phức tạp (axit, muối, v.v.) bao gồm các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nhau.
Từ các chất vô cơ đơn giản và phức tạp trong hệ thống sinh học được hình thành kết nối trung gian(ví dụ, axetat, axit keto), tạo thành đơn giản chất hữu cơ, hoặc các phân tử sinh học nhỏ. Trước hết, đây là bốn loại phân tử - axit béo, monosacarit, axit amin và nucleotide. chúng được gọi là khu nhà, vì các phân tử của cấp độ con thứ bậc tiếp theo được tạo ra từ chúng. Các phân tử sinh học có cấu trúc đơn giản được kết hợp với nhau bằng các liên kết cộng hóa trị khác nhau, tạo thành đại phân tử. Chúng bao gồm các lớp quan trọng như lipid, protein, oligo- và polysaccharides và axit nucleic.
Trong các hệ thống sinh học, các đại phân tử có thể được kết hợp thông qua các tương tác không cộng hóa trị thành phức chất siêu phân tử. Chúng còn được gọi là phức hợp liên phân tử, hoặc tổ hợp phân tử, hoặc polyme sinh học phức tạp (ví dụ, enzyme phức tạp, protein phức tạp). Ở cấp độ tổ chức tế bào cao nhất, các phức hợp siêu phân tử được kết hợp với sự hình thành các bào quan của tế bào.
Vì vậy, cấp độ phân tử được đặc trưng bởi một hệ thống phân cấp cấu trúc nhất định của tổ chức phân tử: nguyên tố hóa học - hợp chất vô cơ đơn giản và phức tạp - chất trung gian - phân tử hữu cơ nhỏ - đại phân tử - phức chất siêu phân tử.
|
Cấp độ phân tử của tổ chức sự sống |
|
|
Các thành phần chính quyết định không gian (cấu trúc) sự ngăn nắp |
Các quá trình chính xác định thời gian (chức năng) sự ngăn nắp |
|
1. Thành phần hóa học cơ bản: Chất hữu cơ; Các yếu tố vĩ mô; Nguyên tố vi lượng; Các nguyên tố siêu vi lượng. 2. Thành phần hóa học phân tử: Phân tử vô cơ đơn giản (02 Ν2, kim loại) Các phân tử vô cơ phức tạp (nước, muối, axit, kiềm, oxit, v.v.), Các phân tử hữu cơ nhỏ (axit béo, axit amin, monosacarit, nucleotide) Các đại phân tử (lipid, protein, oligo- và polysaccharides, axit nucleic) Phức hợp siêu phân tử. |
1. Các quá trình biến đổi chất. 2. Quá trình chuyển hóa năng lượng. 3. Quá trình biến đổi thông tin di truyền |
Tổ chức chức năng ở cấp độ phân tử . Cấp độ tổ chức phân tử của thiên nhiên sống kết hợp một số lượng lớn các yếu tố khác nhau phản ứng hoá học, xác định thứ tự của nó theo thời gian. Phản ứng hóa học là hiện tượng một số chất có thành phần, tính chất nhất định bị biến đổi thành chất khác - với thành phần và tính chất khác nhau. Phản ứng giữa các nguyên tố và chất vô cơ không phải là đặc trưng của sinh vật, cái đặc trưng của sự sống là một trật tự nhất định của các phản ứng này, trình tự và sự kết hợp của chúng thành một hệ thống thống nhất. Có nhiều cách phân loại phản ứng hóa học khác nhau. Dựa vào sự thay đổi lượng chất ban đầu và chất cuối cùng, người ta phân biệt 4 loại phản ứng: tin nhắn, phân hủy, trao đổi Và sự thay thế. Tùy thuộc vào việc sử dụng năng lượng, họ phân bổ tỏa nhiệt(năng lượng được giải phóng) và thu nhiệt(năng lượng được hấp thụ). Các hợp chất hữu cơ cũng có khả năng biến đổi hóa học khác nhau, có thể diễn ra mà không có sự thay đổi trong khung carbon hoặc có sự thay đổi. Phản ứng mà không làm thay đổi bộ xương carbon là các phản ứng thế, cộng, loại, đồng phân hóa. ĐẾN phản ứng với những thay đổi trong bộ xương carbon Các phản ứng bao gồm kéo dài chuỗi, rút ngắn chuỗi, đồng phân hóa chuỗi, tạo vòng chuỗi, mở vòng, co vòng và giãn nở vòng. Phần lớn các phản ứng trong hệ sinh học là enzym và tạo thành một tập hợp gọi là trao đổi chất. Các loại phản ứng enzyme chính oxi hóa khử, chuyển hóa, thủy phân, phân hủy không thủy phân, đồng phân hóa và tổng hợp. Trong các hệ thống sinh học, các phản ứng trùng hợp, ngưng tụ, tổng hợp ma trận, thủy phân, xúc tác sinh học, v.v. cũng có thể xảy ra giữa các phân tử hữu cơ.Hầu hết các phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ là đặc trưng cho bản chất sống và không thể xảy ra trong bản chất không sống.
Khoa học nghiên cứu ở cấp độ phân tử. Các ngành khoa học chính nghiên cứu ở cấp độ phân tử là hóa sinh và sinh học phân tử. Hóa sinh là khoa học về bản chất của các hiện tượng sống và cơ sở của chúng là sự trao đổi chất, và sự chú ý của sinh học phân tử, trái ngược với hóa sinh, tập trung chủ yếu vào nghiên cứu cấu trúc và chức năng của protein.
Hóa sinh - khoa học nghiên cứu Thành phần hóa học sinh vật, cấu trúc, tính chất, ý nghĩa của những thứ có trong chúng các hợp chất hóa học và sự biến đổi của chúng trong quá trình trao đổi chất. Thuật ngữ "hóa sinh" lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1882, nhưng người ta tin rằng nó đã được sử dụng rộng rãi sau công trình của nhà hóa học người Đức K. Neuberg vào năm 1903. Hóa sinh như một ngành khoa học độc lập được hình thành vào nửa sau thế kỷ 19. nhờ vào hoạt động khoa học những nhà khoa học hóa sinh nổi tiếng như A. M. Butlerov, F. Wehler, F. Misherom, A. Ya. Danilevsky, Yu. Liebig, L. Pasteur, E. Buchner, K. A. Timiryazev, M. I. Lunin và những người khác Hóa sinh hiện đại, cùng với sinh học phân tử, hóa học hữu cơ sinh học, lý sinh, vi sinh, tạo thành một phức hợp duy nhất của các ngành khoa học có liên quan với nhau - sinh học vật lý và hóa học, nghiên cứu về vật lý và căn cứ hóa học vật chất sống. Một trong những nhiệm vụ chung của hóa sinh là thiết lập cơ chế hoạt động của các hệ sinh học và điều hòa hoạt động của tế bào, đảm bảo sự thống nhất giữa quá trình trao đổi chất và năng lượng trong cơ thể.
Sinh học phân tử - một ngành khoa học nghiên cứu các quá trình sinh học ở cấp độ axit nucleic và protein cũng như cấu trúc siêu phân tử của chúng. Ngày xuất hiện của sinh học phân tử như một ngành khoa học độc lập được coi là năm 1953, khi F. Crick và J. Watson, dựa trên dữ liệu sinh hóa và phân tích nhiễu xạ tia X, đã đề xuất một mô hình cấu trúc ba chiều của DNA, được gọi là chuỗi xoắn kép. Các nhánh quan trọng nhất của khoa học này là di truyền phân tử, virus học phân tử, enzym học, năng lượng sinh học, miễn dịch phân tử và sinh học phát triển phân tử. Nhiệm vụ cơ bản của sinh học phân tử là thiết lập cơ chế phân tử của các quá trình sinh học cơ bản được xác định bởi các đặc tính cấu trúc và chức năng cũng như sự tương tác giữa axit nucleic và protein, cũng như nghiên cứu cơ chế điều tiết những quá trình này.
Các phương pháp nghiên cứu sự sống ở cấp độ phân tử được hình thành chủ yếu vào thế kỷ 20. Những cái phổ biến nhất là sắc ký, siêu ly tâm, điện di, phân tích nhiễu xạ tia X, đo quang, phân tích quang phổ, phương pháp nguyên tử được gắn thẻ và vân vân.
Tất cả các sinh vật sống là một tập hợp các hệ thống sinh học có cấp độ tổ chức khác nhau và mức độ phụ thuộc khác nhau.
Mức độ tổ chức của vật chất sống được hiểu là vị trí chức năng mà một cấu trúc sinh học nhất định chiếm giữ trong hệ thống chung tổ chức của thiên nhiên.
Mức độ tổ chức của vật chất sống là tập hợp các thông số định lượng và định tính của một hệ thống sinh học nhất định (tế bào, sinh vật, quần thể, v.v.), xác định các điều kiện và ranh giới tồn tại của nó.
Có một số cấp độ tổ chức của các hệ thống sống, phản ánh sự phụ thuộc và phân cấp của tổ chức cấu trúc của sự sống.
Tế bào là đơn vị cấu trúc của mọi sinh vật sống.
Mô là tập hợp các chất nội bào và các tế bào giống nhau về cấu trúc, nguồn gốc và chức năng.
Một sinh vật là vật mang sự sống thực sự, được đặc trưng bởi tất cả các đặc tính của nó.
Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài tồn tại lâu dài trên một lãnh thổ nhất định, giao phối tự do và tương đối cách ly với các cá thể khác cùng loài.
Biogeocenosis là một tập hợp của tất cả các loài có tổ chức phức tạp khác nhau và tất cả các yếu tố trong môi trường sống của chúng.
Di truyền phân tử. Đơn vị cơ bản của tổ chức là gen. Một hiện tượng cơ bản là sự nhân đôi DNA, truyền thông tin di truyền sang tế bào con. Cấp độ phân tử của tổ chức sự sống là đối tượng nghiên cứu của sinh học phân tử. Cô nghiên cứu cấu trúc của protein, chức năng của chúng (bao gồm cả enzyme), vai trò của axit nucleic trong việc lưu trữ, sao chép và thực hiện thông tin di truyền, tức là. quá trình tổng hợp DNA, RNA, protein.
Cấp độ tế bào. Cấp độ tổ chức của các sinh vật sống này được thể hiện bằng các tế bào - các sinh vật độc lập (vi khuẩn, động vật nguyên sinh, v.v.), cũng như tế bào của các sinh vật đa bào. Đặc điểm cụ thể quan trọng nhất của cấp độ tế bào là từ cấp độ này cuộc sống bắt đầu, vì quá trình tổng hợp ma trận xảy ra ở cấp độ phân tử xảy ra trong tế bào. Có khả năng sống, tăng trưởng và sinh sản, tế bào là hình thức tổ chức chính của vật chất sống, đơn vị cơ bản của nó mà từ đó mọi sinh vật được tạo ra. Tính năng đặc trưng Cấp độ tế bào là sự chuyên biệt hóa của tế bào. Ở cấp độ tế bào, có sự phân biệt và sắp xếp các quá trình sống trong không gian và thời gian.
Mức độ mô. Mô là tập hợp các tế bào có nguồn gốc chung, cấu trúc giống nhau và thực hiện các chức năng giống nhau. Ví dụ, ở động vật có vú, có bốn loại mô chính: biểu mô, liên kết, cơ và thần kinh.
Cấp độ sinh vật (bản thể). TRÊN cấp độ sinh vật nghiên cứu toàn bộ cá thể và các đặc điểm cấu trúc của nó, các quá trình sinh lý, bao gồm sự khác biệt, cơ chế thích ứng và hành vi. Đơn vị cơ bản không thể phân chia của tổ chức sự sống ở cấp độ này là cá nhân. Sự sống luôn được thể hiện dưới dạng những cá thể rời rạc. Đây có thể là những cá thể đơn bào hoặc đa bào, bao gồm hàng triệu và hàng tỷ tế bào.
Cấp độ quần thể-loài.Đơn vị cấu trúc cơ bản cơ bản ở cấp độ này là dân số. Dân số- một địa phương, tách biệt về mặt địa lý ở mức độ này hay mức độ khác với các nhóm cá thể cùng loài khác, tự do giao phối với nhau và có một quỹ di truyền chung. Hiện tượng cơ bản của cấp độ quần thể-loài là sự thay đổi thành phần kiểu gen của quần thể và vật chất cơ bản là đột biến. Ở cấp độ quần thể-loài, các yếu tố ảnh hưởng đến quy mô quần thể, các vấn đề bảo tồn các loài có nguy cơ tuyệt chủng và động lực của thành phần di truyền của quần thể được nghiên cứu.
Mức độ sinh học. Các quần thể của các loài khác nhau luôn hình thành nên các cộng đồng phức tạp trong sinh quyển Trái đất. Những cộng đồng như vậy trong các khu vực cụ thể của sinh quyển được gọi là biocenoses. bệnh sinh học- một phức hợp bao gồm một quần xã thực vật (phytocenosis), hệ động vật sinh sống trong đó (zoocenosis), vi sinh vật và khu vực tương ứng bề mặt trái đất. Tất cả các thành phần của biocenosis được kết nối với nhau bằng chu trình của các chất. Biocenosis là một sản phẩm của khớp phát triển mang tính lịch sử loài khác nhau về vị trí hệ thống.
