почему молекулярный уровень считают первичной основой жизни
Особенности молекулярного уровня жизни
В пределах биосферы, помимо биогеоценотического, популяционно-видового, организменного и клеточного уровней жизни, существует самый элементарный, «первый», глубинный уровень организации живой материи — молекулярный. Этот уровень организации жизни находится 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, их реакциям и физико-химическим процессам. Только через выяснение молекулярных механизмов процессов жизнедеятельности клетки можно подойти к пониманию сущностных основ жизни и организмов, и клеток, и других биосистем.
Однако следует подчеркнуть, что знание макромолекул, умение изучать их в пробирке, выполнение учёными синтеза белков в лаборатории ещё не дают понимания свойств жизни, поскольку жизнь начинается только тогда, когда эти реакции и 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.
Молекулярный уровень живой материи представлен многочисленным рядом биологических молекул — ДНК и РНК, белков, углеводов, липидов и других сложных соединений.
Все эти соединения — крупные молекулы органических веществ — полимеры, синтезированные из мономеров, соединённых в определённом порядке. Сами мономеры различны, но в одной и той же макромолекуле находятся их группировки, соединённые друг с другом с помощью химических связей. Все макромолекулы имеют один план строения в клетках у всех организмов независимо от их видовой принадлежности. Это объясняется тем, что во всех макромолекулах органических соединений одним из основных элементов выступает углерод. Только благодаря уникальным физико-химическим свойствам углерода образуются крупные, сложные и разнообразные молекулы разных органических соединений. Атом углерода, имея четыре валентные связи, способен в определённом порядке объединять большое число атомов в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Углеродные цепи и кольца являются «скелетами» сложных органических молекул. В этих физико-химических свойствах макромолекул проявляется их универсальность. Материал с сайта http://doklad-referat.ru
Уникальность макромолекул — в специфике их биологических функций. Например, молекулы нуклеиновых кислот заключают в себе генетический код синтеза белков 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 других внутриклеточных образований. 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. Функциональное своеобразие биологических молекул в клетке тесно связано с их физико-химическими свойствами.
Единство физико-химических свойств и биологических функций макромолекул — особенность молекулярного уровня организации живой материи.
Процессы жизнедеятельности на молекулярном уровне
Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость. Элементарной единицей на молекулярном уровне служит ген – фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определённый в качественном и количественном отношении объём биологической информации.
Вопрос 2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70—80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород, азот и фосфор.
Вопрос 3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства свойства и не являются биополимрами.
Вопрос 4. Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?
Независимо от уровня сложности и выполняемых в клетке функций все биополимеры обладают следующими особенностями:
• в их молекулах мало длинных ответвлений, но много коротких;
• полимерные цепи прочны и не распадаются самопроизвольно на части;
• способны нести разнообразные функциональные группы и молекулярные фрагменты, обеспечивающие биохимическую функциональную активность, т. е. способность осуществлять нужные клетке биохимические реакции и превращения в среде внутриклеточного раствора;
• обладают гибкостью, достаточной для образования очень сложных пространственных структур, необходимых для выполнения биохимических функций, т. е. для работы белков как молекулярных машин, нуклеиновых кислот как программирующих молекул и т.д.;
• связи С—Н и С—С биополимеров, несмотря на их прочность, одновременно являются аккумуляторами электронной энергии.
Главным свойством биополимеров является линейность полимерных цепей, так как только линейные структуры легко кодируются и «собираются» из мономеров. Кроме того, если полимерная нить обладает гибкостью, то из нее довольно просто образовать нужную пространственную конструкцию, а после тот как построенная таким образом молекулярная машина амортизируется, сломается, ее легко разобрать на составные элементы, чтобы снова их использовать. Сочетание этих свойств имеется только в полимерах на углеродной основе. Все биополимеры в живых системах способны выполнять определённые свойства и выполнять множество важнейших функций. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позволяет существовать огромному разнообразию вариантов биополимеров, независимо от видовой принадлежности организма. У всех живых организмов биополимеры построены по единому плану.
План-конспект урока: «Молекулярный уровень: общая характеристика».
«Молекулярный уровень: общая характеристика».
Тип занятия: комбинированный урок.
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».
1. Записать тему на доске.
2. Отметить отсутствующих.
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 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.
(Учащиеся зарисовывают строение полимеров и мономеров в тетрадь).
Образующие в организме молекулы разделяют на несколько видов:
3. Ультраэлементы – это элементы, которые содержаться в организме человека в очень малых количествах. К ним относятся: серебро, свинец. Золото, радий, рубидий, уран, ртуть.
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.
Молекулярный уровень жизни
Особенности молекулярного уровня 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.
Почему молекулярный уровень считают первичной основой жизни
ГДЗ по биологии за 11 класс Пономарева, Корнилова поможет школьнику подробно разобрать все непонятные задания, и значительно подтянуть свою успеваемость.
Гдз по биологии за 11 класс Пономарева для выпускников
Изучение предмета направлено на формирование у ребят современной и научной картин мира. Позволяет расширить кругозор, познакомиться с основными закономерностями существования живых организмов. Ученикам одиннадцатых классов предстоит освоить следующие основные темы:
Для лучшего понимания изученного материала, после каждого параграфа и главы учебника, приводятся тематические вопросы и практические упражнения. Учеба в школе настоящее испытание для учеников выпускных классов. Ведь помимо получения новых знаний, и ежедневного выполнения «домашки», им необходимо готовиться к сдаче Единого Государственного Экзамена (ЕГЭ). А на это уходит немало сил и времени. Облегчить старания ребят, и поспособствовать лучшему пониманию предмета сможет ГДЗ по биологии за 11 класс Учебник Пономарева И.Н., Корнилова О.К. Используя ГДЗ в дополнение к основным источникам информации, удастся выявить и восполнить пробелы в знаниях, а также повысить их уровень, своевременно и быстро выполнить домашнее задание, повысить интерес к осваиваемому предмету, повторить изученный материал и самостоятельно разобрать новые темы. Решебник позволит оперативно проверить собственные решения, путем их сравнения с готовыми ответами. На уроках в школе каждой теме отведено определенное количество времени, за которое не каждый может усвоить новый материал. ГДЗ — это настоящий помощник школьника. В нем нет лишней информации. Все четко и по делу. К каждому заданию приведены верные ответы с подробными пояснениями. Текст онлайн-решебника специально изложен простым языком, который доступен для восприятия ученикам с любым уровнем знаний. Благодаря удобной структуре, в ГДЗ легко ориентироваться и находить необходимые решения. Он разбит по номерам параграфов, а также содержит отдельные блоки с лабораторными работами и итогами по главам.