Молекулярный уровень

Уровни организации живой природы.

Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем (от греч. systema — целое, состоящее из взаимосвязанных частей) разного уровня организации и различной соподчиненности. Ученые выделяют несколько уровней организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный. На молекулярном уровне изучаются молекулы, которые находятся в клетке, их строение и функции. На клеточном уровне – строение клеток, строение и функции ее отдельных органоидов; на организменном – строение тканей, органов и систем органов целостного организма. На популяционно-видовом уровне изучаются структура вида, характеристика популяций. На экосистемном (биогеоценотическом) уровне изучается структура биогеоценозов; на биосферном уровне – изучаются оболочки Земли, заселенные живыми организмами (литосфера, гидросфера, атмосфера).

Изучение уровней организации биологических систем дает возможность теоретически представить, как могли возникнуть первые живые организмы, и как происходил на Земле процесс эволюции от простейших систем к системам более сложным и высокоорганизованным. Для того чтобы понять это, необходимо познакомиться с особенностями живых систем на каждом уровне организации.

Молекулярный уровень.

Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул. Молекулярный уровень можно назвать начальным, наиболее глубинным уровнем организации живого. Каждый живой организм состоит из молекул органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров (липидов), находящихся в клетках и 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.

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 распространенным в живой природе элементам следует отнести углерод, кислород, водород и азот.

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 — сложные химические соединения, 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 соединенных между собой мономеров, которые могут быть одинаковыми или разными (рис. 1).

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 определенное строение и функции. Так, молекулы белков являются основным строительным веществом клеток и регулируют протекающие в них процессы. Нуклеиновые кислоты участвуют в передаче генетической (наследственной) информации от клетки к клетке, от организма к организму. Изучая основы генетики, вы узнаете, что генетический код универсален, т. е. одинаков для всех живых организмов.

К биополимерам относится и часть углеводов – сложные углеводы. 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. Другими словами, в изолированном виде молекулы биополимеров являются неживыми.

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.

Карточка у доски:

1. Начальный уровень организации живого?
2. На каком уровне изучаются органоиды клетки?
3. На каком уровне изучается строение тканей, органов, систем органов?
4. На каком уровне изучаются характеристики популяции?
5. На каком уровне изучаются природные сообщества?
6. На каком уровне изучается оболочка Земли, заселенная живыми организмами?
7. Какие молекулы относятся к биополимерам?
8. Какие молекулы являются хранителями генетической информации?
9. Какие молекулы представляют собой важнейшие источники энергии для организма?
10. Какие молекулы – главный строительный материал клетки?

Карточки для письменной работы:

1. Дайте определение или раскройте сущность термина: 1. Молекулярный уровень. 2. Клеточный уровень. 3. Организменный уровень. 4. Популяционно-видовой уровень. 5. Экосистемный уровень. 6. Полимеры. 7. Нуклеиновые кислоты. 8. Углеводы и жиры.

1. Почему наблюдение и эксперимент – наиболее важные методы биологии?
2. В чем сущность описательного, сравнительного и исторического методов исследования?
3. Приведите примеры пяти основных свойств живого организма.