ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ПРОИЗХОД НА ЖИВОТА

1.1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИ НА БИОЛОГИЯТА

Биология (гръцки bio - живот и logos - знание, учение, наука) - наука за живите организми. Разнообразието на живата природа е толкова голямо, че съвременната биология е комплекс от науки (биологични науки), които се различават значително една от друга. Освен това всеки има свой предмет на изследване, методи, цели и задачи. Например вирусология - наука за вирусите, микробиология - наука за микроорганизмите, микология - наука за гъбите, ботаника (фитология) - наука за растенията, зоология - наука за животните, антропология - наука за хората, цитология - наука за клетките, хистология - наука за тъканите, анатомия - наука за вътрешната структура, морфология - наука за външната структура, физиология - наука за жизнената дейност на целия организъм и неговите части, генетика - наука на законите на наследствеността и изменчивостта на организмите и методите за контрол върху тях, екология - наука за взаимоотношенията на живите организми между тях и тяхната среда, теория на еволюцията - наука за историческото развитие на живата природа, палеонтология - наука за за развитието на живота в минали геоложки времена, биохимия - наука за химичните вещества и процеси в живите организми; биофизика - наука за физичните и физико-химични явления в живите организми, биотехнология - набор от индустриални методи, които позволяват използването на живи организми и техните отделни части за производството на продукти, ценни за хората (аминокиселини, протеини, витамини, ензими , антибиотици, хормони и др.) и т.н.

Биологията принадлежи към комплекса от естествени науки, тоест науките за природата. Тя е тясно свързана с фундаментални науки (математика, физика, химия), природни (геология, география, почвознание), социални (психология, социология), приложни (биотехнологии, растениевъдство, опазване на природата).

Биологичните знания се използват в хранително-вкусовата промишленост, фармакологията и селското стопанство. Биологията е теоретичната основа на такива науки като медицина, психология и социология.

Постиженията на биологията трябва да се използват при решаването на глобалните проблеми на нашето време: връзката между обществото и околната среда, рационалното управление и опазване на околната среда, снабдяването с храна.

Биологични методи на изследване:

Метод на наблюдение и описание (състои се от събиране и описание на факти);
сравнителен метод (състои се в анализ на приликите и разликите на изследваните обекти);
исторически метод (изучава хода на развитие на обекта на изследване);
експериментален метод (позволява ви да изучавате природни явления при определени условия);
метод на моделиране (позволява да се описват сложни природни явления с помощта на относително прости модели).
1.2. СВОЙСТВА НА ЖИВАТА МАТЕРИЯ

Вътрешен учен M.V. Волкенщайн предложи следното определение: „Живите тела, съществуващи на Земята, са отворени, саморегулиращи се и самовъзпроизвеждащи се системи, изградени от биополимери – протеини и нуклеинови киселини.“

Въпреки това, няма общоприето определение на понятието „живот“, но е възможно да се идентифицират признаци (свойства) на живата материя, които я отличават от неживата материя.

1. Определен химичен състав. Живите организми се състоят от същите химически елементи като неодушевените обекти, но съотношението на тези елементи е различно. Основните елементи на живите същества са C, O, N и H.

2.Клетъчен строеж. Всички живи организми, с изключение на вирусите, имат клетъчна структура.

3. Метаболизъм и енергийна зависимост. Живите организми са отворени системи, те зависят от снабдяването им с вещества и енергия от външната среда.

4.Саморегулация. Живите организми имат способността да поддържат постоянството на своя химичен състав и интензивността на метаболитните процеси.

5. Раздразнителност и психични функции. Живите организми проявяват раздразнителност, тоест способността да реагират на определени външни влияния със специфични реакции.

6. Наследственост. Живите организми са способни да предават характеристики и свойства от поколение на поколение с помощта на носители на информация - ДНК и РНК молекули.

7. Променливост. Живите организми са способни да придобиват нови характеристики и свойства.

8. Самовъзпроизвеждане (възпроизвеждане). Живите организми са способни да се възпроизвеждат - да възпроизвеждат себеподобните си.

9.Индивидуално развитие. Онтогенезата е развитието на организма от раждането до смъртта. Развитието е придружено от растеж.

10.Еволюционно развитие. Филогенезата е развитието на живота на Земята от неговия произход до настоящето.

11. Ритъм. Живите организми проявяват ритмична активност (ежедневна, сезонна и т.н.), която е свързана с характеристиките на тяхното местообитание.

12. Почтеност и дискретност. От една страна, цялата жива материя е холистична, организирана по определен начин и подчинена на общи закони; от друга страна, всяка биологична система се състои от отделни, макар и взаимосвързани елементи.

13. Йерархия. Започвайки от биополимери (нуклеинови киселини, протеини) до биосферата като цяло, всички живи същества са в определено подчинение. Функционирането на биологични системи на по-малко сложно ниво прави възможно съществуването на по-сложно ниво (виж следващия параграф).

1.3. НИВА НА ОРГАНИЗАЦИЯ НА ЖИВОТА ПРИРОДА

Йерархичният характер на организацията на живата материя ни позволява условно да я разделим на няколко нива. Нивото на организация на живата материя е функционалното място на биологична структура с определена степен на сложност в общата йерархия на живите същества. Различават се следните нива:

1.Молекулярен (молекулярно-генетичен). На това ниво се появяват жизненоважни процеси като метаболизъм и преобразуване на енергия и предаване на наследствена информация.

2.Клетъчен. Клетката е елементарна структурна и функционална единица на живите същества.

3. Плат. Тъканта е съвкупност от структурно подобни клетки, както и междуклетъчни вещества, свързани с тях, обединени от изпълнението на определени функции.

4.Орган. Органът е част от многоклетъчен организъм, която изпълнява определена функция или функции.

5. Био. Организмът е реален носител на живота, характеризиращ се с всички негови признаци. Понастоящем често се разграничава едно „онтогенетично“ ниво, включително клетъчно, тъканно, органно и организмово ниво на организация.

6. Популация-вид. Популацията е съвкупност от индивиди от един и същи вид, образуващи отделна генетична система и обитаващи пространство с относително еднородни условия на живот. Видове - набор от популации, индивидите от които са способни да се кръстосват, за да образуват плодородно потомство и заемат определена област от географското пространство (област).

7.Биоценотичен. Биоценозата е съвкупност от организми от различни видове с различна сложност на организация, живеещи на определена територия. Ако се вземат предвид и абиотичните фактори на околната среда, тогава говорим за биогеоценоза.

8.Биосфера. Биосферата е обвивката на Земята, структурата и свойствата на която в една или друга степен се определят от настоящите или минали дейности на живите организми. Трябва да се отбележи, че биосферното ниво на организация на живата материя често не се разграничава, тъй като биосферата е биоинертна система, включваща не само жива материя, но и нежива материя.

1.4. ПРОИЗХОД НА ЖИВОТА

Няма консенсус сред учените по въпроса за произхода на живота, както и по въпроса за същността на живота. Има няколко подхода за решаване на въпроса за произхода на живота, които са тясно преплетени. Те могат да бъдат класифицирани по следния начин.

1.Според принципа, че идеята, умът са първични, а материята е вторична (идеалистични хипотези) или материята е първична, а идеята, умът са вторични (материалистически хипотези).

2.Според принципа, че живот винаги е съществувал и ще съществува вечно (хипотеза за стационарно състояние) или животът възниква на определен етап от развитието на света.

3.Според принципа - живите същества произлизат само от живи същества (хипотези за биогенезата) или е възможно спонтанното генериране на живи същества от неживи същества (хипотези за абиогенезата).

4.Според принципа животът е възникнал на Земята или е донесен от космоса (хипотеза за панспермия).

Нека разгледаме най-важните от хипотезите.

Креационизъм. Животът е създаден от Създателя. Създателят е Бог, Идеята, Висшият разум или други.

Хипотеза за стабилно състояние. Животът, както и самата Вселена, винаги е съществувал и ще съществува вечно, защото това, което няма начало, няма край. В същото време съществуването на отделни тела и образувания (звезди, планети, организми) е ограничено във времето, те възникват, раждат се и умират. Понастоящем тази хипотеза има главно историческо значение, тъй като общоприетата теория за формирането на Вселената е „теорията за Големия взрив“, според която Вселената съществува за ограничено време, тя се е формирала от една точка около 15 милиарда години преди.

Хипотеза за панспермия. Животът е пренесен на Земята от космоса и се е вкоренил тук, след като на Земята са се развили благоприятни условия за това. Разрешаването на въпроса как е възникнал животът в космоса, поради обективните трудности при решаването му, се отлага за неопределен период от време. Може да е бил създаден от Създателя, да е съществувал вечно или да е възникнал от нежива материя. Напоследък сред учените се появяват все повече привърженици на тази хипотеза.

Хипотезата за абиогенезата (спонтанно генериране на живи същества от неживи същества и последваща биохимична еволюция). Животът се е зародил на Земята от нежива материя.

През 1924 г. A.I. Опарин предполага, че живите същества са възникнали на Земята от неживата материя в резултат на химическата еволюция - сложни химически трансформации на молекули. Това събитие беше благоприятствано от условията, преобладаващи на Земята по това време.

През 1953 г. С. Милър получава в лабораторни условия редица органични вещества от неорганични съединения. Доказана е фундаменталната възможност за неорганичен път за образуване на биогенни органични съединения (но не и на живи организми).

ИИ Опарин вярваше, че органичните вещества могат да бъдат създадени в първичния океан от прости неорганични съединения. В резултат на натрупването на органични вещества в океана се образува така нареченият "първичен бульон". След това протеини и други органични молекули се комбинират, за да образуват капчици коацервати, които служат като прототип на клетките. Капчиците коацерват са били обект на естествен подбор и са еволюирали. Първите организми са били хетеротрофни. С изчерпването на запасите от „първичния бульон“ възникват автотрофи.

Трябва да се отбележи, че от гледна точка на теорията на вероятностите, вероятността за синтезиране на много сложни биомолекули при условие на произволни комбинации на техните съставни части е изключително ниска.

В И. Вернадски за произхода и същността на живота и биосферата. В И. Вернадски очерта възгледите си за произхода на живота в следните тези:

1. В космоса, който наблюдаваме, не е имало начало на живот, тъй като не е имало начало на този космос. Животът е вечен, тъй като космосът е вечен и винаги се е предавал чрез биогенеза.

2. Животът, вечно присъщ на Вселената, се появи нов на Земята, неговите зародиши бяха постоянно донесени отвън, но се затвърдиха на Земята само когато възможностите бяха благоприятни за това.

3. Винаги е имало живот на Земята. Животът на една планета е само животът на живота на нея. Животът е геологически (планетарно) вечен. Възрастта на планетата е неопределима.

4. Животът никога не е бил нещо случайно, сгушено в някакви отделни оазиси. Тя е била разпространена навсякъде и живата материя винаги е съществувала под формата на биосфера.

5. Най-древните форми на живот - натрошените камъни - са способни да изпълняват всички функции в биосферата. Това означава, че е възможна биосфера, състояща се само от прокариоти. Вероятно тя е била такава в миналото.

6. Живата материя не може да произлезе от инертна материя. Няма междинни стъпки между тези две състояния на материята. Напротив, в резултат на влиянието на живота е настъпила еволюцията на земната кора.

По този начин е необходимо да се признае фактът, че досега нито една от съществуващите хипотези за произхода на живота няма преки доказателства и съвременната наука няма ясен отговор на този въпрос.

ГЛАВА 2. ХИМИЧЕН СЪСТАВ НА ЖИВИТЕ ОРГАНИЗМИ

2.1. ЕЛЕМЕНТЕН СЪСТАВ

Химичният състав на живите организми може да бъде изразен в две форми: атомна и молекулярна. Атомният (елементен) състав характеризира съотношението на атомите на елементите, включени в живите организми. Молекулярният (веществен) състав отразява съотношението на молекулите на веществата.

Въз основа на относителното им съдържание елементите, които изграждат живите организми, обикновено се разделят на три групи:

1. Макроелементи - H, O, C, N (общо около 98%, наричат ​​се още основни), Ca, Cl, K, S, P, Mg, Na, Fe (общо около 2%). Макроелементите съставляват основната част от процентния състав на живите организми.

2. Микроелементи - Mn, Co, Zn, Cu, B, I и др. Общото им съдържание в клетката е около 0,1%.

3. Ултрамикроелементи - Au, Hg, Se и др. Съдържанието им в клетката е много малко, а физиологичната роля за повечето от тях не е разкрита.

Химичните елементи, които са част от живите организми и същевременно изпълняват биологични функции, се наричат ​​биогенни. Дори тези от тях, които се съдържат в клетките в нищожни количества, не могат да бъдат заменени с нищо и са абсолютно необходими за живота.

2.2. МОЛЕКУЛЯРЕН СЪСТАВ

Химичните елементи са част от клетките под формата на йони и молекули на неорганични и органични вещества. Най-важните неорганични вещества в клетката са водата и минералните соли, най-важните органични вещества са въглехидратите, липидите, протеините и нуклеиновите киселини.

2.2.1. Неорганични вещества

2.2.1.1. вода

Водата е преобладаващият компонент на всички живи организми. Той има уникални свойства поради структурните си особености: водните молекули имат формата на дипол и между тях се образуват водородни връзки. Средното съдържание на вода в клетките на повечето живи организми е около 70%. Водата в клетката присъства в две форми: свободна (95% от цялата клетъчна вода) и свързана (4-5% свързана с протеини).

Функции на водата:

1.Водата като разтворител. Много химични реакции в клетката са йонни и следователно протичат само във водна среда. Веществата, които се разтварят във вода, се наричат ​​хидрофилни (алкохоли, захари, алдехиди, аминокиселини), тези, които не се разтварят, се наричат ​​хидрофобни (мастни киселини, целулоза).

2.Вода като реагент. Водата участва в много химични реакции: реакции на полимеризация, хидролиза и в процеса на фотосинтеза.

3.Транспортна функция. Раздвижване по тялото заедно с водата на разтворените в нея вещества до различните му части и отстраняване на ненужните продукти от тялото.

4.Водата като термостабилизатор и термостат. Тази функция се дължи на такива свойства на водата като висок топлинен капацитет - омекотява ефекта върху тялото на значителни температурни промени в околната среда; висока топлопроводимост - позволява на тялото да поддържа същата температура в целия си обем; висока топлина на изпарение - използва се за охлаждане на тялото по време на изпотяване при бозайниците и транспирация при растенията.

5.Структурна функция. Цитоплазмата на клетките съдържа от 60 до 95% вода и именно тя придава нормалната форма на клетките. При растенията водата поддържа тургора (еластичността на ендоплазмената мембрана), при някои животни служи като хидростатичен скелет (медузи).

2.2.1.2. Минерални соли

Минералните соли във воден клетъчен разтвор се дисоциират на катиони и аниони. Най-важните катиони са K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+, анионите са Cl-, SO42-, HPO42-, H2PO4-, HCO3-, NO3-. Важна е не само концентрацията, но и съотношението на отделните йони в клетката.

Функции на минералите:

1. Поддържане на киселинно-алкалния баланс. Най-важните буферни системи при бозайниците са фосфат и бикарбонат. Фосфатната буферна система (HPO42-, H2PO4-) поддържа рН на вътреклетъчната течност в рамките на 6,9-7,4. Бикарбонатната система (HCO3-, H2CO3) поддържа pH на извънклетъчната среда (кръвна плазма) на 7,4.

2. Участие в създаването на клетъчно мембранни потенциали. Вътре в клетката преобладават K+ йони и големи органични йони, а в перицелуларните течности има повече Na+ и Cl- йони. В резултат на това се образува разлика в зарядите (потенциалите) между външната и вътрешната повърхност на клетъчната мембрана. Потенциалната разлика прави възможно предаването на възбуждане по нерв или мускул.

3. Активиране на ензими. Йоните Ca2+, Mg2+ и др. са активатори и компоненти на много ензими, хормони и витамини.

4.Създаване на осмотично налягане в клетката. По-високата концентрация на солни йони вътре в клетката осигурява притока на вода в нея и създаването на тургорно налягане.

5.Конструкция (конструктивна). Съединенията на азот, фосфор, калций и други неорганични вещества служат като източник на строителен материал за синтеза на органични молекули (аминокиселини, протеини, нуклеинови киселини и др.) и са част от редица поддържащи структури на клетката и организма . Калциевите и фосфорните соли са част от животинската костна тъкан.

2.2.2. Органична материя

Понятие за биополимери. Полимерът е многозвенна верига, в която връзката е някакво сравнително просто вещество - мономер. Биологичните полимери са полимери, които са част от клетките на живите организми и техните метаболитни продукти. Биополимерите са протеини, нуклеинови киселини и полизахариди.

2.2.2.1. Въглехидрати

Въглехидратите са органични съединения, състоящи се от една или много молекули прости захари. Съдържанието на въглехидрати в животинските клетки е 1-5%, а в някои растителни достига 70%. Има три групи въглехидрати: монозахариди (или прости захари), олигозахариди (състоят се от 2-10 молекули прости захари), полизахариди (състоят се от повече от 10 молекули захари).

Монозахаридите са кетонни или алдехидни производни на многовалентни алкохоли. В зависимост от броя на въглеродните атоми се разграничават триози, тетрози, пентози (рибоза, дезоксирибоза), хексози (глюкоза, фруктоза) и хептози. В зависимост от функционалната група захарите се разделят на: алдози, които съдържат алдехидна група (глюкоза, рибоза, дезоксирибоза) и кетози, които съдържат кетонна група (фруктоза).

Олигозахаридите в природата са представени предимно от дизахариди, състоящи се от два монозахарида, свързани един с друг чрез гликозидна връзка. Най-често срещаната е малтозата или малцовата захар, състояща се от две молекули глюкоза; лактоза, която е част от млякото и се състои от галактоза и глюкоза; захароза или захар от цвекло, включително глюкоза и фруктоза.

полизахариди. В полизахаридите простите захари (глюкоза, маноза, галактоза и др.) са свързани помежду си чрез гликозидни връзки. Ако присъстват само 1-4 гликозидни връзки, тогава се образува линеен, неразклонен полимер (целулоза); ако присъстват и 1-4, и 1-6 връзки, полимерът ще бъде разклонен (гликоген).

Целулозата е линеен полизахарид, състоящ се от глюкозни молекули. Целулозата е основният компонент на растителната клетъчна стена. Нишестето и гликогенът са разклонени полимери на β-глюкозни остатъци и са основните форми на съхранение на глюкоза в растенията и животните, съответно. Хитинът образува екзоскелета (черупката) на ракообразните и насекомите и дава здравина на клетъчната стена на гъбите.

Функции на въглехидратите:

1.Енергия. Чрез окисляване на прости захари (предимно глюкоза), тялото получава по-голямата част от енергията, от която се нуждае. При пълното разграждане на 1 g глюкоза се освобождават 17,6 kJ енергия.

2.Съхранявайте. Нишестето и гликогенът действат като източник на глюкоза, освобождавайки я при необходимост.

3. Конструкция (конструктивна). Целулозата и хитинът осигуряват здравина на клетъчните стени съответно на растенията и гъбите. Рибозата и дезоксирибозата са част от нуклеиновите киселини.

4. Рецептор. Функцията на клетките да се разпознават взаимно се осигурява от гликопротеини, които са част от клетъчните мембрани. Загубата на способността да се разпознават взаимно е характерна за злокачествените туморни клетки.

2.2.2.2. Липиди

Липидите са мазнини и мастноподобни органични съединения, които са практически неразтворими във вода. Съдържанието им в различните клетки варира значително: от 2-3 до 50-90% в клетките на растителните семена и мастната тъкан на животните. Химически, липидите обикновено са естери на мастни киселини и редица алкохоли. Те се делят на няколко класа: неутрални мазнини, восъци, фосфолипиди, стероиди и др.

Функции на липидите:

1. Конструкция (конструктивна). Фосфолипидите, заедно с протеините, са в основата на биологичните мембрани. Холестеролът е важен компонент на клетъчните мембрани при животните.

2. Хормонални (регулаторни). Много хормони са химически стероиди (тестостерон, прогестерон, кортизон).

3.Енергия. При окисляване на 1 g мастни киселини се освобождават 38 kJ енергия и се синтезира два пъти повече АТФ, отколкото при разграждането на същото количество глюкоза.

4.Съхранявайте. Значителна част от енергийните резерви на тялото се съхраняват под формата на мазнини. Освен това мазнините служат като източник на вода (при изгаряне на 1 g мазнина се образуват 1,1 g вода). Това е особено ценно за животните в пустинята и Арктика, които изпитват недостиг на безплатна вода.

5. Защитен. При бозайниците подкожната мазнина действа като топлоизолатор. Восъкът покрива епидермиса на растенията, перата, вълната и животинските косми, предпазвайки ги от намокряне.

6. Участие в метаболизма. Витамин D играе ключова роля в метаболизма на калция и фосфора.

2.2.2.3. катерици

Протеините са биологични хетерополимери, чиито мономери са аминокиселини.

Според химичния състав аминокиселините са съединения, съдържащи една карбоксилна група (-COOH) и една аминова група (-NH2), свързани с един въглероден атом, към който е прикрепена странична верига - някакъв вид радикал R (това е това което придава на аминокиселината нейните уникални свойства).

Само 20 аминокиселини участват в образуването на протеини. Те се наричат ​​основни или основни: аланин, метионин, валин, пролин, левцин, изолевцин, триптофан, фенилаланин, аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин, аргинин, хистидин, лизин, аспарагинова и глутаминова киселини. Някои от аминокиселините не се синтезират в животните и хората и трябва да се набавят от растителни храни (те се наричат ​​есенциални).

Аминокиселините, свързвайки се една с друга чрез ковалентни пептидни връзки, образуват пептиди с различна дължина. Пептидната (амидна) връзка е ковалентна връзка, образувана от карбоксилната група на една аминокиселина и аминогрупата на друга. Протеините са полипептиди с високо молекулно тегло, съдържащи от сто до няколко хиляди аминокиселини.

Има 4 нива на протеинова организация:

Първичната структура е последователността от аминокиселини в полипептидна верига. Образува се поради ковалентни пептидни връзки между аминокиселинни остатъци. Първичната структура се определя от последователността на нуклеотидите в участъка на ДНК молекулата, който кодира даден протеин. Първичната структура на всеки протеин е уникална и определя неговата форма, свойства и функции.

Вторичната структура се образува чрез нагъване на полипептидни вериги в -спирала или -структура. Поддържа се от водородни връзки между водородните атоми на NH- групите и кислородните атоми на CO- групите. -спирала се образува в резултат на усукване на полипептидната верига в спирала с равни разстояния между завоите. Характерно е за глобуларните протеини, които имат форма на сферична глобула. -структурата е надлъжно разположение на три полипептидни вериги. Характерно е за фибриларните протеини, които имат удължена фибрилна форма. Само глобуларните протеини имат третична и кватернерна структура.

Третичната структура се образува, когато спиралата се сгъне в топка (глобула или домейн). Домейните са подобни на глобули образувания с хидрофобно ядро ​​и хидрофилен външен слой. Третичната структура се образува поради връзките, образувани между R радикалите на аминокиселините, поради йонни, хидрофобни и дисперсионни взаимодействия, както и поради образуването на дисулфидни (S-S) връзки между цистеиновите радикали.

Кватернерната структура е характерна за сложни протеини, състоящи се от две или повече полипептидни вериги, които не са свързани с ковалентни връзки, както и протеини, съдържащи непротеинови компоненти (метални йони, коензими). Кватернерната структура се поддържа от същите химични връзки като третичната структура.

Конфигурацията на протеин зависи от последователността на аминокиселините, но може да бъде повлияна и от специфичните условия, в които се намира протеинът.

Загубата на структурната организация на протеиновата молекула се нарича денатурация. Денатурацията може да бъде обратима или необратима. При обратима денатурация кватернерната, третичната и вторичната структура се разрушават, но поради запазването на първичната структура, когато се възстановят нормалните условия, е възможна ренатурация на протеина - възстановяване на нормалната (нативна) конформация.

Според химичния им състав се разграничават прости и сложни протеини. Простите протеини се състоят само от аминокиселини (фибриларни протеини, имуноглобулини). Сложните протеини съдържат протеинова част и небелтъчна част - простетични групи. Има липопротеини (съдържат липиди), гликопротеини (въглехидрати), фосфопротеини (една или повече фосфатни групи), металопротеини (различни метали), нуклеопротеини (нуклеинови киселини). Протетичните групи обикновено играят важна роля в протеина, изпълняващ неговата биологична функция.

Функции на протеините:

1.Каталитичен (ензимен). Всички ензими са протеини. Ензимните протеини катализират химичните реакции в тялото.

2. Конструкция (конструктивна). Осъществява се от фибриларни протеини кератини (нокти, коса), колаген (сухожилия), еластин (лигаменти).

3. Транспорт. Редица протеини са способни да свързват и транспортират различни вещества (хемоглобинът пренася кислород).

4. Хормонални (регулаторни). Много хормони са протеинови вещества (инсулинът регулира метаболизма на глюкозата).

5. Защитен. Кръвните имуноглобулини са антитела; фибринът и тромбинът участват в съсирването на кръвта.

6. Контрактилен (двигателен). Актинът и миозинът образуват микрофиламенти и осъществяват мускулна контракция, тубулинът образува микротубули.

7. Рецептор (сигнал). Някои протеини, вградени в мембраната, „възприемат информация“ от околната среда.

8.Енергия. При разграждането на 1 g протеин се освобождават 17,6 kJ енергия.

Ензими. Ензимните протеини катализират химичните реакции в тялото. Тези реакции, поради енергийни причини, или изобщо не се случват в тялото, или се случват твърде бавно.

По своята биохимична природа всички ензими са високомолекулни протеинови вещества, обикновено с кватернерна структура. Всички ензими съдържат непротеинови компоненти в допълнение към протеина. Белтъчната част се нарича апоензим, а непротеиновата част се нарича кофактор (ако е просто неорганично вещество, например Zn2+) или коензим (коензим) (ако е органично съединение).

Молекулата на ензима има активен център, състоящ се от два дяла – сорбционен (отговорен за свързването на ензима със субстратната молекула) и каталитичен (отговорен за протичането на самата катализа). По време на реакцията ензимът се свързва със субстрата, последователно променя конфигурацията си, образувайки серия от междинни молекули, които в крайна сметка произвеждат реакционни продукти.

Разликата между ензимите и неорганичните катализатори е следната:

1. Един ензим катализира само един вид реакция.

2. Ензимната активност е ограничена до доста тесен температурен диапазон (обикновено 35-45 0C).

3. Ензимите са активни при определени стойности на pH (повечето в леко алкална среда).

2.2.2.4. Нуклеинова киселина

Мононуклеотиди. Мононуклеотидът се състои от една пуринова (аденин - А, гуанин - G) или пиримидинова (цитозин - С, тимин - Т, урацил - U) азотна основа, пентозна захар (рибоза или дезоксирибоза) и 1-3 остатъка от фосфорна киселина.

Полинуклеотиди. Има два вида нуклеинови киселини: ДНК и РНК. Нуклеиновите киселини са полимери, чиито мономери са нуклеотиди.

ДНК и РНК нуклеотидите се състоят от следните компоненти:

1. Азотна основа (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).

2. Пентозна захар (в ДНК - дезоксирибоза, в РНК - рибоза).

3. Остатък от фосфорна киселина.

ДНК (дезоксирибонуклеинови киселини) е дълговерижен, неразклонен полимер, състоящ се от четири вида мономери - нуклеотиди A, T, G и C - свързани помежду си чрез ковалентна връзка чрез остатъци от фосфорна киселина.

Молекулата на ДНК се състои от две спирално усукани вериги (двойна спирала). В този случай аденинът образува 2 водородни връзки с тимина, а гуанинът образува 3 връзки с цитозина. Тези двойки азотни бази се наричат ​​комплементарни. В една ДНК молекула те винаги са разположени един срещу друг. Веригите в една ДНК молекула са в противоположни посоки. Пространствената структура на молекулата на ДНК е установена през 1953 г. от Д. Уотсън и Ф. Крик.

Свързвайки се с протеини, ДНК молекулата образува хромозома. Хромозомата е комплекс от една ДНК молекула с протеини. ДНК молекулите на еукариотните организми (гъби, растения и животни) са линейни, отворени, свързани с протеини, образувайки хромозоми. При прокариотите (бактериите) ДНК е затворена в пръстен, не е свързана с протеини и не образува линейна хромозома.

Функция на ДНК: съхранение, предаване и възпроизвеждане на генетична информация през поколенията. ДНК определя кои протеини трябва да се синтезират и в какви количества.

РНК (рибонуклеиновите киселини) съдържат рибоза вместо дезоксирибоза и урацил вместо тимин. РНК обикновено има само една верига, която е по-къса от ДНК веригите. Двуверижна РНК се среща в някои вируси.

Видове РНК:

Информационна (матрична) РНК - иРНК (или иРНК). Има отворена верига. Служи като матрица за синтеза на протеини, като пренася информация за тяхната структура от ДНК молекулата към рибозомите в цитоплазмата.

Трансферна РНК - тРНК. Доставя аминокиселини към синтезираната протеинова молекула. Молекулата на тРНК се състои от 70-90 нуклеотида и благодарение на интраверижните комплементарни взаимодействия придобива характерна вторична структура под формата на „лист на детелина“.

Рибозомна РНК - рРНК. В комбинация с рибозомни протеини, той образува рибозоми - органели, върху които се извършва протеинов синтез.

В една клетка иРНК представлява около 5%, тРНК около 10%, а рРНК около 85% от цялата клетъчна РНК.

Функции на РНК: участие в биосинтеза на протеини.

Самоудвояване на ДНК. ДНК молекулите имат способност, която не е присъща на никоя друга молекула – способността да се удвояват. Процесът на удвояване на ДНК молекулите се нарича репликация. Репликацията се основава на принципа на комплементарността - образуването на водородни връзки между нуклеотидите А и Т, G и С.

Този процес се осъществява от ензими ДНК полимераза. Под тяхно влияние веригите на ДНК молекулите се разделят на малък сегмент от молекулата. На веригата на майчината молекула дъщерните вериги са завършени. След това се разплита нов сегмент и цикълът на репликация се повтаря.

В резултат на това се образуват дъщерни ДНК молекули, които не се различават нито една от друга, нито от родителската молекула. По време на клетъчното делене дъщерните ДНК молекули се разпределят между получените клетки. Така информацията се предава от поколение на поколение.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА НА КЛЕТКАТА

Основни принципи на клетъчната теория:

1. Клетката е структурната единица на всички живи същества. Всички живи организми са изградени от клетки (с изключение на вирусите).

2. Клетката е функционалната единица на всички живи същества. Клетката проявява целия комплекс от жизнени функции.

3. Клетката е единица за развитие на всички живи същества. Нови клетки се образуват само в резултат на делене на оригиналната (майчината) клетка.

4. Клетката е генетичната единица на всички живи същества. Хромозомите на клетката съдържат информация за развитието на целия организъм.

5. Клетките на всички организми са сходни по химичен състав, устройство и функции.

3.1. ВИДОВЕ КЛЕТЪЧНА ОРГАНИЗАЦИЯ

Сред живите организми само вирусите нямат клетъчна структура. Всички други организми са представени от клетъчни форми на живот. Има два вида клетъчна организация: прокариотна и еукариотна. Прокариотите включват бактерии и синьозелени, еукариотите включват растения, гъби и животни.

Прокариотните клетки са относително прости. Те нямат ядро, областта, където се намира ДНК в цитоплазмата, се нарича нуклеоид, единствената молекула на ДНК е кръгла и не е свързана с протеини, клетките са по-малки от еукариотните, клетъчната стена включва гликопептид - муреин, няма мембранни органели, техните функции се изпълняват от инвагинации на плазмената мембрана, рибозомите са малки, няма микротубули, така че цитоплазмата е неподвижна, а ресничките и флагелите имат специална структура.

Еукариотните клетки имат ядро, в което са разположени хромозоми - линейни ДНК молекули, свързани с протеини; в цитоплазмата са разположени различни мембранни органели.

Растителните клетки се отличават с наличието на дебела целулозна клетъчна стена, пластиди и голяма централна вакуола, която измества ядрото към периферията. Клетъчният център на висшите растения не съдържа центриоли. Въглехидратът за съхранение е нишестето.

Гъбичните клетки имат клетъчна стена, съдържаща хитин, централна вакуола в цитоплазмата и нямат пластиди. Само някои гъби имат центриол в клетъчния център. Основният резервен въглехидрат е гликогенът.

Животинските клетки, като правило, имат тънка клетъчна стена, не съдържат пластиди и централна вакуола; клетъчният център се характеризира с центриол. Въглехидратът за съхранение е гликогенът.

3.2. СТРУКТУРА НА ЕУКАРИОТНА КЛЕТКА

Всички клетки се състоят от три основни части:

1. Клетъчната мембрана ограничава клетката от околната среда.

2. Цитоплазмата изгражда вътрешното съдържание на клетката.

3. Ядро (при прокариотите - нуклеоид). Съдържа генетичния материал на клетката.

3.2.1. Клетъчната мембрана

Структурата на клетъчната мембрана. Основата на клетъчната мембрана е плазмената мембрана - биологична мембрана, която ограничава вътрешното съдържание на клетката от външната среда.

Всички биологични мембрани са двуслойни липиди, чиито хидрофобни краища са обърнати навътре, а хидрофилните глави са обърнати навън. Протеините са потопени в нея на различна дълбочина, някои от които проникват през мембраната. Протеините могат да се движат в равнината на мембраната. Мембранните протеини изпълняват различни функции: транспорт на различни молекули; приемане и преобразуване на сигнали от околната среда; поддържа структурата на мембраната. Най-важното свойство на мембраните е селективната пропускливост.

Плазмените мембрани на животинските клетки имат отвън слой гликокаликс, състоящ се от гликопротеини и гликолипиди, който изпълнява сигнални и рецепторни функции. Той играе важна роля в комбинирането на клетките в тъканите. Плазмените мембрани на растителните клетки са покрити от клетъчна стена, изградена от целулоза. Порите в стената позволяват преминаването на вода и малки молекули, а твърдостта осигурява на клетката механична опора и защита.

Функции на клетъчната мембрана. Клетъчната мембрана изпълнява следните функции: определя и поддържа формата на клетката; предпазва клетката от механични въздействия и проникване на увреждащи биологични агенти; ограничава вътрешното съдържание на клетката; регулира метаболизма между клетката и околната среда, като осигурява постоянството на вътреклетъчния състав; извършва разпознаване на много молекулярни сигнали (например хормони); участва в образуването на междуклетъчни контакти и различни видове специфични издатини на цитоплазмата (микровили, реснички, флагели).

Механизми на проникване на вещества в клетките. Между клетката и околната среда има постоянен обмен на вещества. Йоните и малките молекули се транспортират през мембраната чрез пасивен или активен транспорт, макромолекулите и големите частици чрез ендо- и екзоцитоза.

Пасивният транспорт е движението на вещество по градиент на концентрация, извършвано без разход на енергия, чрез проста дифузия, осмоза или улеснена дифузия с помощта на протеини-носители. Активен транспорт - пренасянето на вещество от протеини носители срещу концентрационен градиент, е свързано с разход на енергия.

Ендоцитозата е абсорбцията на вещества чрез обграждането им с издатини на плазмената мембрана с образуването на заобиколени от мембраната везикули. Екзоцитозата е освобождаването на вещества от клетката чрез обграждането им с израстъци на плазмената мембрана с образуването на заобиколени от мембрана везикули. Абсорбцията и освобождаването на твърди и големи частици се наричат ​​фагоцитоза и обратна фагоцитоза, съответно течни или разтворени частици се наричат ​​пиноцитоза и обратна пиноцитоза.

3.2.2. Цитоплазма

Цитоплазмата е вътрешното съдържание на клетката и се състои от основното вещество (хиалоплазма) и съдържащите се в него различни вътреклетъчни структури (включвания и органели).

Хиалоплазмата (матрикс) е воден разтвор на неорганични и органични вещества, способни да променят своя вискозитет и са в постоянно движение.

Цитоплазмените структури на клетката са представени от включвания и органели. Включванията са нестабилни структури на цитоплазмата под формата на гранули (нишесте, гликоген, протеини) и капчици (мазнини). Органелите са постоянни и основни компоненти на повечето клетки, имат специфична структура и изпълняват жизненоважни функции.

Едномембранни клетъчни органели: ендоплазмен ретикулум, ламеларен комплекс на Голджи, лизозоми.

Ендоплазменият ретикулум (мрежа) е система от взаимосвързани кухини, тръби и канали, отделени от цитоплазмата от един слой мембрана и разделящи цитоплазмата на клетките на изолирани пространства. Това е необходимо, за да се разделят много паралелни реакции. Има грапав ендоплазмен ретикулум (на повърхността му има рибозоми, върху които се синтезира протеин) и гладък ендоплазмен ретикулум (на повърхността му се извършва синтеза на липиди и въглехидрати).

Апаратът на Голджи (ламеларен комплекс) е купчина от 5-20 сплескани дисковидни мембранни кухини и микромехурчета, изпъкнали от тях. Неговата функция е трансформация, натрупване, транспортиране на постъпващите в него вещества до различни вътреклетъчни структури или извън клетката. Мембраните на апарата на Голджи са способни да образуват лизозоми.

Лизозомите са мембранни везикули, съдържащи литични ензими. В лизозомите както продуктите, влизащи в клетката чрез ендоцитоза, така и съставните части на клетките или цялата клетка се усвояват (автолиза). Има първични и вторични лизозоми. Първичните лизозоми са микромехурчета, отделени от кухините на апарата на Голджи, заобиколени от единична мембрана и съдържащи набор от ензими. След сливането на първичните лизозоми със субстрата за усвояване се образуват вторични лизозоми (например храносмилателните вакуоли на протозоите).

Вакуолите са пълни с течност мембранни торбички. Мембраната се нарича тонопласт, а съдържанието се нарича клетъчен сок. Клетъчният сок може да съдържа резервни хранителни вещества, пигментни разтвори, отпадъчни продукти и хидролитични ензими. Вакуолите участват в регулирането на водно-солевия метаболизъм, създаването на тургорно налягане, натрупването на резервни вещества и отстраняването на токсичните съединения от метаболизма.

Ендоплазменият ретикулум, комплексът на Голджи, лизозомите и вакуолите са едномембранни структури и образуват единна мембранна система на клетката.

Клетъчни органели с двойна мембрана: митохондрии и пластиди.

Еукариотните клетки също имат органели, изолирани от цитоплазмата чрез две мембрани. Това са митохондрии и пластиди. Те имат собствена кръгова ДНК молекула, малки рибозоми и са способни да се делят. Това послужи като основа за появата на симбиотичната теория за произхода на еукариотите. Според тази теория в миналото митохондриите и пластидите са били независими прокариоти, които по-късно са преминали към ендосимбиоза с други клетъчни организми.

Митохондриите са пръчковидни, овални или кръгли органели. Съдържанието на митохондриите (матрикс) е ограничено от цитоплазмата от две мембрани: външна гладка мембрана и вътрешна, която образува гънки (кристи). Молекулите на АТФ се образуват в митохондриите.

Пластидите са органели, заобиколени от обвивка, състояща се от две мембрани с хомогенна субстанция вътре (строма). Пластидите са характерни само за клетките на фотосинтезиращи еукариотни организми. В зависимост от цвета им се различават хлоропласти, хромопласти и левкопласти.

Хлоропластите са зелени пластиди, в които протича процесът на фотосинтеза. Външната мембрана е гладка. Вътрешен - образува система от плоски везикули (тилакоиди), които са събрани в купчини (granas). Тилакоидните мембрани съдържат зелени пигменти, хлорофили, както и каротеноиди. Хромопластите са пластиди, съдържащи каротеноидни пигменти, които им придават червен, жълт и оранжев цвят. Те придават ярки цветове на цветята и плодовете. Левкопластите са непигментирани, безцветни пластиди. Съдържа се в клетките на подземни или неоцветени части на растения (корени, коренища, грудки). Способен да натрупва резервни хранителни вещества, предимно нишесте, липиди и протеини. Левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти (например, когато картофените клубени цъфтят), а хлоропластите могат да се превърнат в хромопласти (например, когато плодовете узреят).

Органели, които нямат мембранна структура: рибозоми, микрофиламенти, микротубули, клетъчен център.

Рибозомите са малки органели с кълбовидна форма, състоящи се от протеини и рРНК. Рибозомите са представени от две субединици: голяма и малка. Те могат да бъдат или свободни в цитоплазмата, или прикрепени към ендоплазмения ретикулум. Синтезът на протеини се осъществява върху рибозомите.

Микротубулите и микрофиламентите са нишковидни структури, състоящи се от контрактилни протеини и отговорни за двигателните функции на клетката. Микротубулите приличат на дълги кухи цилиндри, чиито стени се състоят от протеини - тубулини. Микрофиламентите са дори по-тънки, дълги, подобни на нишки структури, съставени от актин и миозин. Микротубулите и микрофиламентите проникват в цялата цитоплазма на клетката, образувайки нейния цитоскелет, причинявайки циклоза (цитоплазмен поток), вътреклетъчни движения на органели, образувайки вретено и др. Микротубулите, организирани по определен начин, образуват центриоли на клетъчния център, базални тела, реснички и флагели.

Клетъчният център (центрозома) обикновено се намира близо до ядрото и се състои от две центриоли, разположени перпендикулярно една на друга. Всяка центриола изглежда като кух цилиндър, чиято стена е изградена от 9 тройки микротубули. Центриолите играят важна роля в клетъчното делене чрез образуване на вретено.

Камшичетата и ресничките са органели на движение, които са своеобразни израстъци на цитоплазмата на клетката. Скелетът на флагела или ресничките има формата на цилиндър, по периметъра на който има 9 сдвоени микротубули, а в центъра - 2 единични.

3.2.3. Ядро

Повечето клетки имат едно ядро, но се срещат и многоядрени клетки (в редица протозои, в скелетните мускули на гръбначните животни). Някои високоспециализирани клетки губят своите ядра (еритроцитите при бозайниците и ситовидните тръбни клетки при покритосеменните).

Ядрото обикновено има сферична или овална форма. Ядрото се състои от ядрена обвивка и кариоплазма, съдържаща хроматин (хромозоми) и нуклеоли.

Ядрената обвивка се образува от две мембрани (външна и вътрешна). Дупките в ядрената обвивка се наричат ​​ядрени пори. Чрез тях се осъществява обмяната на вещества между ядрото и цитоплазмата.

Кариоплазмата е вътрешното съдържание на ядрото.

Хроматинът е ненавита ДНК молекула, свързана с протеини. В тази форма ДНК присъства в неделящите се клетки. В този случай е възможно удвояване на ДНК (репликация) и внедряване на информацията, съдържаща се в ДНК. Хромозомата е спирализирана ДНК молекула, свързана с протеини. ДНК се навива преди клетъчното делене, за да разпредели по-точно генетичния материал по време на деленето. На етапа на метафазата всяка хромозома се състои от две хроматиди, които са резултат от дублиране на ДНК. Хроматидите са свързани помежду си в областта на първичната констрикция или центромера. Центромерът разделя хромозомата на две рамена. Някои хромозоми имат вторични стеснения.

Ядрото е сферична структура, чиято функция е синтеза на рРНК.

Функции на ядрото: 1. Съхраняване на генетична информация и предаването й на дъщерните клетки по време на деленето. 2. Контрол на клетъчната активност.

ГЛАВА 4. МЕТАБОЛИЗЪМ И ПРЕОБРАЗУВАНЕ НА ЕНЕРГИЯТА

4.1. ВИДОВЕ ХРАНЕНИЕ НА ЖИВИТЕ ОРГАНИЗМИ

Всички живи организми, живеещи на Земята, са отворени системи, които зависят от доставката на материя и енергия отвън. Процесът на потребление на материя и енергия се нарича хранене. Химикалите са необходими за изграждането на тялото, енергията е необходима за извършване на жизнените процеси.

В зависимост от начина на хранене живите организми се делят на автотрофи и хетеротрофи.

Автотрофите са организми, които използват въглероден диоксид като източник на въглерод (растения и някои бактерии). С други думи, това са организми, способни да създават органични вещества от неорганични - въглероден диоксид, вода, минерални соли.

В зависимост от източника на енергия автотрофите се делят на фототрофи и хемотрофи. Фототрофите са организми, които използват светлинна енергия за биосинтеза (растения, цианобактерии). Хемотрофите са организми, които използват енергията на химичните реакции на окисление на неорганични съединения за биосинтеза (хемотрофни бактерии: водородни, нитрифициращи, железни бактерии, серни бактерии и др.).

Хетеротрофите са организми, които използват органични съединения (животни, гъби и повечето бактерии) като източник на въглерод.

Според метода на получаване на храна хетеротрофите се делят на фаготрофи (холозои) и осмотрофи. Фаготрофите (холозои) поглъщат твърди парчета храна (животни), осмотрофите абсорбират органични вещества от разтвори директно през клетъчните стени (гъбички, повечето бактерии).

Миксотрофите са организми, които могат както да синтезират органични вещества от неорганични, така и да се хранят с готови органични съединения (насекомоядни растения, представители на отдела на водораслите еуглена и др.).

Таблица 1 показва вида на храненето на големи систематични групи живи организми.

маса 1

Видове хранене на големи систематични групи живи организми

4.2. ПОНЯТИЕ ЗА МЕТАБОЛИЗЪМ

Метаболизмът е съвкупността от всички химични реакции, протичащи в живия организъм. Значението на метаболизма е да създава необходимите за организма вещества и да му осигурява енергия. Има два компонента на метаболизма - катаболизъм и анаболизъм.

Катаболизмът (или енергиен метаболизъм, или дисимилация) е набор от химични реакции, водещи до образуването на прости вещества от по-сложни (хидролиза на полимери до мономери и разграждане на последните до нискомолекулни съединения на въглероден диоксид, вода, амоняк и други вещества). Катаболитните реакции обикновено протичат с освобождаване на енергия.

Анаболизмът (или пластичен метаболизъм, или асимилация) е противоположната концепция на катаболизма - набор от химични реакции за синтеза на сложни вещества от по-прости (образуването на въглехидрати от въглероден диоксид и вода по време на фотосинтеза, реакции на матричен синтез). Анаболните реакции изискват разход на енергия, за да се появят.

Процесите на пластичен и енергиен метаболизъм са неразривно свързани. Всички синтетични (анаболни) процеси изискват енергия, доставена чрез реакции на дисимилация. Самите реакции на разграждане (катаболизъм) протичат само с участието на ензими, синтезирани в процеса на асимилация.

4.3. АТФ И РОЛЯТА МУ В МЕТАБОЛИЗМА

Енергията, освободена при разграждането на органичната материя, не се използва веднага от клетката, а се складира под формата на високоенергийни съединения, обикновено под формата на аденозин трифосфат (АТФ).

АТФ (аденозинтрифосфорна киселина) е мононуклеотид, състоящ се от аденин, рибоза и три остатъка от фосфорна киселина, свързани помежду си с високоенергийни връзки. Тези връзки съхраняват енергия, която се освобождава, когато се разрушат:

ATP + H2O --> ADP + H3PO4 + Q1

ADP + H2O --> AMP + H3PO4 + Q2

AMP + H2O --> аденин + рибоза + H3PO4 + Q3,

Където АТФ е аденозинтрифосфорна киселина; ADP - аденозин дифосфорна киселина; AMP - аденозинмонофосфорна киселина; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.

Доставянето на АТФ в клетката е ограничено и се попълва чрез процеса на фосфорилиране. Фосфорилирането е добавянето на остатък от фосфорна киселина към ADP (ADP + P ATP). Енергията, натрупана в молекулите на АТФ, се използва от тялото в анаболни реакции (реакции на биосинтеза). Молекулата АТФ е универсален склад и носител на енергия за всички живи същества.

4.4. ЕНЕРГИЙЕН ОБМЕН

Енергията, необходима за живота, се получава от повечето организми в резултат на процеси на окисление на органични вещества, тоест в резултат на катаболни реакции. Най-важното съединение, което действа като гориво, е глюкозата.

По отношение на свободния кислород организмите се делят на три групи.

Аероби (облигатни аероби) са организми, които могат да живеят само в кислородна среда (животни, растения, някои бактерии и гъби).

Анаеробите (облигатни анаероби) са организми, които не могат да живеят в кислородна среда (някои бактерии).

Факултативните форми (факултативните анаероби) са организми, които могат да живеят както в присъствието на кислород, така и без него (някои бактерии и гъбички).

При облигатните аероби и факултативните анаероби в присъствието на кислород катаболизмът протича в три етапа: подготвителен, безкислороден и кислороден. В резултат на това органичните вещества се разпадат на неорганични съединения. При задължителните анаероби и факултативните анаероби, когато има недостиг на кислород, катаболизмът протича в първите два етапа: подготвителен и безкислороден. В резултат на това се образуват междинни органични съединения, които все още са богати на енергия.

Етапи на катаболизъм:

1. Първият етап - подготвителен - се състои от ензимно разграждане на сложни органични съединения до по-прости. Протеините се разграждат до аминокиселини, мазнините до глицерол и мастни киселини, полизахаридите до монозахариди, нуклеиновите киселини до нуклеотиди. При многоклетъчните организми това се случва в стомашно-чревния тракт, при едноклетъчните - в лизозомите под въздействието на хидролитични ензими. Освободената при този процес енергия се разсейва под формата на топлина. Получените органични съединения или претърпяват допълнително окисление, или се използват от клетката за синтезиране на собствени органични съединения.

2. Вторият етап - непълно окисление (безкислороден) - се състои в по-нататъшно разграждане на органични вещества, извършвано в цитоплазмата на клетката без участието на кислород.

Безкислородното, непълно окисление на глюкозата се нарича гликолиза. В резултат на гликолиза на една глюкозна молекула се образуват две молекули пирогроздена киселина (PVA, пируват) CH3COCOOH, ATP и вода, както и водородни атоми, които се свързват от молекулата носител NAD+ и се съхраняват под формата на NADTH.

Общата формула на гликолизата е следната:

C6H12O6 + 2 H3PO4 + 2 ADP + 2 NAD+ --> 2 C3H4O3 + 2 H2O + 2 ATP + 2 NADH.

При липса на кислород в околната среда, продуктите на гликолизата (PVC и NADTH) се преработват или в етилов алкохол - алкохолна ферментация (в дрожди и растителни клетки с липса на кислород)

CH3COCOOH --> CO2 + CH3SON

CH3SON + 2 NADH --> C2H5OH + 2 NAD+,

Или в млечна киселина - млечнокисела ферментация (в животински клетки с липса на кислород)

CH3COCOOH + 2 NADH C3H6O3 + 2 NAD+.

В присъствието на кислород в околната среда, продуктите от гликолизата се подлагат на допълнително разграждане до крайни продукти.

3. Третият етап - пълно окисление (дишане) - се състои от окисление на PVC до въглероден диоксид и вода, извършвано в митохондриите, със задължителното участие на кислород.

Състои се от три етапа:

А) образуване на ацетил коензим А;

Б) окисление на ацетил коензим А в цикъла на Кребс;

Б) окислително фосфорилиране в електронтранспортната верига.

А. На първия етап PVC се прехвърля от цитоплазмата в митохондриите, където взаимодейства с матричните ензими и образува: 1) въглероден диоксид, който се отстранява от клетката; 2) водородни атоми, които се доставят от молекули-носители към вътрешната мембрана на митохондриите; 3) ацетил коензим А (ацетил-КоА).

Б. На втория етап ацетил коензим А се окислява в цикъла на Кребс. Цикълът на Кребс (цикъл на трикарбоксилната киселина, цикъл на лимонената киселина) е верига от последователни реакции, по време на които една молекула ацетил-КоА произвежда: 1) две молекули въглероден диоксид, 2) молекула АТФ и 3) четири двойки водородни атоми, прехвърлени към молекулите -транспортьори - НАД и ФАД.

Така в резултат на гликолизата и цикъла на Кребс молекулата на глюкозата се разгражда до CO2, а освободената при този процес енергия се изразходва за синтеза на 4ATP и се натрупва в 10NADTH и 4FADTH2.

B. В третия етап водородните атоми с NADTH и FADTH2 се окисляват от молекулярен кислород O2, за да образуват вода. Един NADTH е способен да образува 3 ATP, а един FADTH2 е способен да образува 2 ATP. Така освободената енергия в този случай се съхранява под формата на още 34 ATP. Образуването на АТФ в митохондриите с участието на кислород се нарича окислително фосфорилиране.

Така общото уравнение за разграждането на глюкозата в процеса на клетъчното дишане има следната форма:

C6H12O6 + 6 O2 + 38 H3PO4 + 38 ADP --> 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP.

Така по време на гликолизата се образуват 2 молекули АТФ, по време на клетъчното дишане - още 36 АТФ, като цяло при пълно окисление на глюкозата - 38 АТФ.

4.5. БОРСА ЗА ПЛАСТМАСИ

4.5.1. фотосинтеза

Фотосинтезата е синтез на органични съединения от неорганични с помощта на светлинна енергия. Общото уравнение за фотосинтезата е:

6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2.

Фотосинтезата се осъществява с участието на фотосинтетични пигменти, които имат уникалното свойство да преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергия на химичната връзка под формата на АТФ. Най-важният пигмент е хлорофилът.

Процесът на фотосинтеза се състои от две фази: светла и тъмна.

1. Светлинната фаза на фотосинтезата се случва само в светлината в тилакоидната мембрана на грана. Те включват: поглъщане на светлинни кванти от хлорофил, фотолиза на вода и образуване на ATP молекула.

Под въздействието на светлинен квант (hv) хлорофилът губи електрони, преминавайки във възбудено състояние:

Хв
chl --> chl* + e-.

Тези електрони се пренасят от носители към външната повърхност на тилакоидната мембрана, т.е. обърната към матрицата, където се натрупват.

В същото време вътре в тилакоидите се извършва фотолиза на водата, т.е. нейното разлагане под въздействието на светлина

Хв
2 H2O --> O2 +4 H+ + 4 e-.

Получените електрони се пренасят от носители към хлорофилните молекули и ги редуцират. Молекулите на хлорофила се връщат в стабилно състояние.

Водородните протони, образувани по време на фотолизата на водата, се натрупват вътре в тилакоида, създавайки резервоар за Н+. В резултат на това вътрешната повърхност на тилакоидната мембрана е заредена положително (поради Н+), а външната повърхност е заредена отрицателно (поради е-). Тъй като противоположно заредените частици се натрупват от двете страни на мембраната, потенциалната разлика се увеличава. Когато потенциалната разлика достигне критична стойност, силата на електрическото поле започва да изтласква протоните през ATP синтетазния канал. Освободената при този процес енергия се използва за фосфорилиране на ADP молекули. Образуването на АТФ по време на фотосинтеза под въздействието на светлинна енергия се нарича фотофосфорилиране.

Водородните йони, веднъж на външната повърхност на тилакоидната мембрана, срещат електрони там и образуват атомен водород, който се свързва с молекулата на водородния носител NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат):

2 H+ + 4e- + NADP+ --> NADPH2.

Така по време на светлинната фаза на фотосинтезата протичат три процеса: образуването на кислород поради разлагането на водата, синтезът на АТФ и образуването на водородни атоми под формата на NADPH2. Кислородът дифундира в атмосферата, а АТФ и NADPH2 участват в процесите на тъмната фаза 2. Тъмната фаза на фотосинтезата протича в матрицата на хлоропласта както на светлина, така и на тъмно и представлява серия от последователни трансформации на CO2, идващи от. въздухът в цикъла на Калвин. Реакциите на тъмната фаза се извършват с помощта на енергията на АТФ. В цикъла на Калвин CO2 се комбинира с водород от NADPH2, за да образува глюкоза.

В процеса на фотосинтезата освен монозахаридите (глюкоза и др.) се синтезират и мономери на други органични съединения - аминокиселини, глицерин и мастни киселини.

4.5.2. Хемосинтеза

Хемосинтезата (хемоавтотрофия) е процесът на синтез на органични съединения от неорганични (CO2 и др.) Благодарение на химическата енергия на окисление на неорганични вещества (сяра, сероводород, желязо, амоняк, нитрит и др.).

Само хемосинтетичните бактерии са способни на хемосинтеза: нитрифициращи, водородни, железни бактерии, серни бактерии и др. Те окисляват съединения на азот, желязо, сяра и други елементи. Всички хемосинтетици са облигатни аероби, тъй като използват атмосферен кислород.

Енергията, освободена по време на реакциите на окисляване, се съхранява от бактериите под формата на АТФ молекули и се използва за синтеза на органични съединения, който протича подобно на реакциите на тъмната фаза на фотосинтезата.

4.5.3. Биосинтеза на протеини

Генетичната информация в почти всички организми се съхранява под формата на специфична последователност от ДНК нуклеотиди (или РНК в РНК вируси). Прокариотите и много вируси съдържат генетична информация под формата на една единствена ДНК молекула. Всички негови секции кодират макромолекули. В еукариотните клетки генетичният материал е разпределен в няколко ДНК молекули, организирани в хромозоми.

Генът е част от ДНК молекула (по-рядко РНК), която кодира синтеза на една макромолекула: иРНК (полипептид), рРНК или тРНК. Областта на хромозомата, където се намира генът, се нарича локус. Наборът от гени на клетъчното ядро ​​е генотип, наборът от гени на хаплоидния набор от хромозоми е геномът, а наборът от гени на екстрануклеарната ДНК (митохондрии, пластиди, цитоплазма) е плазмон.

Внедряването на информация, записана в гените чрез протеинов синтез, се нарича генна експресия (проява). Генетичната информация се съхранява като специфична последователност от ДНК нуклеотиди и се внедрява като последователност от аминокиселини в протеин. РНК действа като посредник и носител на информация. Тоест внедряването на генетична информация става по следния начин:

ДНК --> РНК --> протеин

Този процес се извършва на два етапа:

1) транскрипция;

2) излъчване.

Транскрипцията е синтез на РНК, използвайки ДНК като шаблон. Резултатът е иРНК. Процесът на транскрипция изисква много енергия под формата на АТФ и се осъществява от ензима РНК полимераза.

В същото време не се транскрибира цялата ДНК молекула, а само нейните отделни сегменти. Такъв сегмент (транскриптон) започва с промотор - участък от ДНК, където се прикрепя РНК полимеразата и където започва транскрипцията, и завършва с терминатор - участък от ДНК, съдържащ сигнал за край на транскрипцията. Транскриптонът е ген от гледна точка на молекулярната биология.

Транскрипцията, подобно на репликацията, се основава на способността на азотните бази на нуклеотидите да се свързват комплементарно. По време на транскрипцията двойната верига на ДНК се разкъсва и синтезът на РНК се извършва по протежение на една верига на ДНК.

По време на процеса на транслация нуклеотидната последователност на ДНК се транскрибира върху синтезираната иРНК молекула, която действа като шаблон в процеса на биосинтеза на протеини.

Транслацията е синтез на полипептидна верига, използваща иРНК като шаблон.

И трите вида РНК участват в транслацията: иРНК е информационната матрица; тРНК доставят аминокиселини и разпознават кодони; rRNA заедно с протеините образуват рибозоми, които държат иРНК, тРНК и протеин и осъществяват синтеза на полипептидната верига.

иРНК се транслира не от една, а едновременно от няколко (до 80) рибозоми. Такива групи рибозоми се наричат ​​полизоми. Включването на една аминокиселина в полипептидна верига изисква енергията на 4 ATP.

ДНК код. Информацията за структурата на протеините е "записана" в ДНК под формата на последователност от нуклеотиди. По време на процеса на транскрипция, той се копира върху синтезираната иРНК молекула, която действа като матрица в процеса на протеинова биосинтеза. Определена комбинация от ДНК нуклеотиди и, следователно, иРНК, съответства на определена аминокиселина в полипептидната верига на протеина. Това съответствие се нарича генетичен код. Една аминокиселина се определя от 3 нуклеотида, обединени в триплет (кодон). Тъй като има 4 вида нуклеотиди, комбинирайки 3 в триплет, те дават 43 = 64 вариантни триплета (докато само 20 аминокиселини са кодирани). От тях 3 са „стоп кодони“, които спират транслацията, останалите 61 са кодиращи. Различните аминокиселини са кодирани от различен брой триплети: от 1 до 6.

Свойства на генетичния код:

1. Кодът е триплет. Една аминокиселина е кодирана от три нуклеотида (триплет) в молекулата на нуклеиновата киселина.

2. Кодът е универсален. Всички живи организми, от вируси до хора, използват един генетичен код.

3. Кодът е недвусмислен (специфичен). Кодонът съответства на една единствена аминокиселина.

4. Кодът е излишен. Една аминокиселина е кодирана от повече от един триплет.

5. Кодът не се припокрива. Един нуклеотид не може да бъде част от няколко кодона във веригата на нуклеинова киселина.

Етапи на протеинов синтез:

1. Малката субединица на рибозомата се комбинира с инициатора met-tRNA, а след това с иРНК, след което се образува цяла рибозома, състояща се от малка и голяма субединица.

2. Рибозомата се движи по иРНК, което е придружено от многократни повторения на цикъла на добавяне на следващата аминокиселина към нарастващата полипептидна верига.

3. Рибозомата достига до един от трите стоп кодона на иРНК, полипептидната верига се освобождава и се отделя от рибозомата. Рибозомните субчастици се дисоциират, отделят се от иРНК и могат да участват в синтеза на следващата полипептидна верига.

Реакции на матричен синтез. Реакциите на синтез на матрица включват: самоудвояване на ДНК, образуване на иРНК, тРНК и рРНК върху ДНК молекула, биосинтеза на протеин върху иРНК. Общото между всички тези реакции е, че ДНК молекула в един случай или иРНК молекула в друг действа като матрица, върху която се образуват идентични молекули. Реакциите на матричния синтез са в основата на способността на живите организми да възпроизвеждат собствения си вид.

http://sfedu.ru/lib1/chem/020101/m2_a_020101.htm

Вариант I

Методът на биологичната наука, който се състои в събирането на научни факти и тяхното изучаване, се нарича:

А) моделиране Б) описателно

Б) исторически Г) експериментален

А) Аристотел Б) Теофаст

Б) Хипократ Г) Гален

Науката, която изучава моделите на наследствеността и променливостта, се нарича:

А) екология Б) генетика

4. Свойството на организмите да реагират избирателно на външни и вътрешни влияния се нарича:

А) самовъзпроизвеждане Б) метаболизъм и енергия

Б) откритост Г) раздразнителност

5. Идеята за еволюцията на живата природа е формулирана за първи път от:

A) B) C. Дарвин

B) D) C. Линей

6. Не се отнася за клетъчното ниво на живот:

A) Escherichia coli B) Poleosian psilophyte

Б) бактериофаг Г) нодулни бактерии

7. Процесите на разграждане на протеини под въздействието на стомашния сок протичат на ниво организация на живота:

А) клетъчна Б) молекулярна

Б) организмов Г) популация

8. Циркулацията на веществата и енергийните потоци се извършват на нивото на организация на живата природа:

А) екосистема Б) популация-вид

Б) бисферна Г) молекулярна

9. Клетъчното ниво на живот включва:

А) туберкулозен бацил Б) полипептид

10. Живите системи се считат за отворени, защото те:

А) са изградени от същите химични елементи като неживите системи

Б) обмен на материя, енергия и информация с външната среда

Б) имат способността да се адаптират

Г) способни да се възпроизвеждат

Тест към обобщаващ урок на тема „Въведение” 10 клас.

Вариант II

Изследвания по обща биология:

А) общи модели на развитие на живите системи

Б) общи особености на структурата на растенията и животните

В) единството на живата и неживата природа

Г) произход на видовете

2. Науката изучава моделите на предаване на наследствени характеристики:

А) ембриология Б) еволюционна теория

Б) полеонтология Г) генетика

3. Нивото на организация на живота, на което се проявяват такива свойства като способността за метаболизъм, енергия и информация -

Б) органични Г) клетъчни

4. Най-високото ниво на организация на живота е:

А) клетъчен Б) популационно-видов

Б) биосфера Г) организмова

5. В ранните етапи от развитието на биологията основният метод на научно изследване беше:

А) експериментален Б) микроскопски

Б) сравнително исторически Г) наблюдения и описания на обекти

6. Установен е фактът на сезонно линеене при животните:

А) експериментално Б) сравнително-исторически

Б) метод на наблюдение Г) метод на моделиране

7. Междувидовите взаимоотношения започват да се проявяват на ниво:

А) биогеоценотичен Б) организмов

Б) популация-вид Г) биосфера

А) Луи Пастьор Б) В. Дарвин

Б) В. Линей Г)

9. Основатели на клетъчната теория:

А) Г. Мендел Б) Т. Шван

Б) Г) М. Шлайдер

10. Изберете правилното твърдение:

А) само живите системи са изградени от сложни молекули

Б) всички живи системи имат висока степен на организация

В) живите системи се различават от неживите по състава на химичните елементи

Г) в неживата природа няма висока сложност на системната организация

Вариант I:

Вариант II:

Организмът е интегрална биологична система, състояща се от взаимосвързани клетки, тъкани, органи и системи от органи. Структурата на всеки компонент съответства на функциите, които изпълнява. Живият организъм е сложна система, състояща се от взаимосвързани органи и тъкани. Освен това живият организъм е отворена система. Отворените системи се характеризират с обмен на нещо с тяхната външна среда. Това може да бъде обмен на материя, енергия, информация. И живите организми обменят всичко това със света извън тях.
Енергията се абсорбира от живите организми в една форма (растенията - под формата на слънчева радиация, животните - в химичните връзки на органичните съединения), и се отделя в околната среда в друга (топлинна). Тъй като тялото получава енергия отвън и я освобождава, то е отворена система.
При хетеротрофните организми енергията се усвоява заедно с веществата (в които се съдържа) в резултат на храненето. Освен това в процеса на метаболизъм (обмяна на веществата в тялото) някои вещества се разграждат, а други се синтезират. По време на химичните реакции се отделя енергия (използва се за различни жизнени процеси) и се абсорбира енергия (използва се за синтеза на необходимите органични вещества). Ненужните за организма вещества и получената топлинна енергия (която вече не може да се използва) се отделят в околната среда.
Автотрофите (главно растения) абсорбират светлинни лъчи в определен диапазон като енергия и абсорбират вода, въглероден диоксид, различни минерални соли и кислород като изходни вещества. Използвайки енергията и тези минерали, растенията, в резултат на процеса на фотосинтеза, извършват първичния синтез на органични вещества. В този случай лъчистата енергия се съхранява в химически връзки. Растенията нямат отделителна система. Те обаче отделят вещества на повърхността си (газове), отделят листа (отстраняват се вредните органични и минерални вещества) и т.н. Така растенията като живи организми също са отворени системи. Те отделят и абсорбират вещества.
Живите организми живеят в характерната си среда. В същото време, за да оцелеят, те трябва да се адаптират към околната среда, да реагират на нейните промени, да търсят храна и да избягват заплахи. В резултат на това в процеса на еволюция животните са развили специални рецептори, сетивни органи и нервна система, които им позволяват да получават информация от външната среда, да я обработват и да реагират, т.е. да влияят на околната среда. Така можем да кажем, че организмите обменят информация от външната си среда. Тоест органът е отворена информационна система.
Растенията също реагират на влиянието на околната среда (например затварят устицата си на слънце, обръщат листата си към светлината и т.н.). При растенията, примитивните животни и гъбите регулацията се осъществява само по химичен път (хуморално). Животните с нервна система имат и двата метода на саморегулация (нервна и с помощта на хормони).
Едноклетъчните организми също са отворени системи. Те се хранят и отделят вещества, реагират на външни влияния. Въпреки това, в тяхната телесна система функциите на органите се изпълняват основно от клетъчни органели.

„Провеждане на открит урок“ - Обща дискусия. Необходимо е да се допълни анализът на учителя. Отговорите на учителя на въпроси относно проекта на урока. Анализ на урока от учителя. Представяне на проекта на урока от учителя. Защо е необходима такава подготвителна работа? Провеждане на открит урок. Окончателното резюме на учителя. Отговори на учителя на въпроси на присъстващите.

„Отворен урок по четене“ - Още през 1037 г. в Древна Рус е основана библиотека от Ярослав Мъдри. Сега - 65-то място. В момента само 40% от 14-годишните руски граждани четат художествена литература. Приятно четене! До средата на ХХ век страната ни е най-четящата страна в света. Джим Корбет - Кумаонски канибали Иван Ефремов - На ръба на Ойкумене Михаил Булгаков - Кучешко сърце Константин Паустовски - Мещера страна.

„Отворен урок по английски“ - Прасчо се хвали, че знае всичко за животните. Том 7 Мога да тичам и да скачам. Разшифровайте снимките. Тема на урока: „Във вълшебната гора“. Помогнете на Питър да представи артистите.

„Открит урок” – Организационен тест Основен Заключителен Рефлективен. Следете темпото и времето на урока. Да въведе нещо, да започне нещо. Определяне на необходимите дидактически, демонстрационни, раздавателни материали и оборудване. Помислете за дейностите на учениците на различни етапи от урока.

„Открит урок“ - Целта на открития урок. Оценяване на ефективността на открит урок. „Акцент“ в урока. Открит урок - ... Подготовка за открит урок. Критерии за оценяване на открит урок. Добра оценка Похвала Усмивката на учителя Радост от самостоятелното решаване на труден проблем. „Момент на радост“ в урока. За кого?

„Открит урок по четене 2 клас“ - Валидиране - съставяне на акт (документ). Прочетете правилно. Зелено хълцане Конус Конус Зъбът се излива Зъбът пада. Логопед. Весел Любезен Панаир Любознателен. Проверете себе си! Намерете грешки в думите. Открит урок по четене във 2 клас. Виктор Юзефович Драгунски (1913-1972). Коя фигура отразява най-добре настроението на историята?

Курс „Педагогическа теория за съвременния учител”

УЧЕБНА ПРОГРАМА НА ДИСЦИПЛИНАТА

Вестник бр.	Учебен материал
	Лекция № 1. Дидактиката като универсално средство за педагогическо творчество
	Лекция № 2. Съдържанието на биологичното образование в съвременни условия и неговия състав
	Лекция № 3. Методи на обучение, тяхната специфика. Тест №1(краен срок: 15 ноември 2004 г.)
	Лекция № 4. Проблемно обучение в часовете по биология
	Лекция № 5. Проектни дейности. Тест No2(краен срок: 15 декември 2004 г.)
	Лекция № 6. Структура и видове уроци
	Лекция № 7. Интелектуално и морално развитие в часовете по биология
	Лекция № 8. Методически аспекти на науката в уроците по биология
Последната работа е разработка на урок. Окончателните работи, придружени от удостоверения от учебното заведение (актове за изпълнение), трябва да бъдат изпратени в Педагогическия университет не по-късно от 28 февруари 2005 г.

Лекция № 6. Структура и видове уроци

Структура на урока; типове и видове уроци; планиране на урока

Тази лекция е посветена на това, което, изглежда, знае всеки учител от първите дни на посвещение в педагогическата наука. И още по-рано, докато учим в училище, всеки от нас може интуитивно да оцени урока, преподаден от учителя: интересен - безинтересен, добър - лош, смислен - несмислен, емоционален - безразличен, ефективен - неефективен. Такива оценки на уроците, дадени от учениците, всъщност могат да бъдат преведени в дидактически категории. Всеки учител интуитивно усеща какъв трябва да бъде един добър урок. Въпреки това, за да се изгради един наистина добър урок, интуицията не е достатъчна. За да бъде успешен един учител, той трябва да използва съвременни теоретични идеи и педагогически технологии.

Какво е урок? Ще дам една от най-често срещаните класификации на видовете уроци.

1. Урок за изучаване на нов материал.
2. Урок за формиране на знания, умения и способности.
3. Урок за консолидиране и развитие на знания, умения и способности.
4. Преглед на урока.
5. Урок за проверка на знанията.
6. Урок по прилагане на знания, умения и способности.
7. Урок за повторение и обобщение.
8. Комбиниран урок.

Много иновативни учители предлагат свои собствени класификации на уроците. И така, L.V. Малахова класифицира уроците по следния начин.

1. История тип рецензия по цялата тема.
2. Урок на студентски въпроси и допълнителни уточнения.
3. Урок – практическа работа.
4. Обобщаващ урок с карти със задачи, насочени към идентифициране и усвояване на основните елементи от учебния материал.
5. Окончателна анкета върху теоретичен материал.
6. Решаване на задачи по темата.

Системата, разработена от Н.П. Guzik, включва следните видове уроци.

1. Уроци по теоретичен анализ на материала от учителя.
2. Уроци по самостоятелен анализ на темата от ученици (разделени на групи) по дадени планове и алгоритми.
3. Уроци-семинари.
4. Работилници.
5. Уроци за контрол и оценка на знанията.

Има доста класификации на типове и видове уроци и всеки учител може да даде предпочитание на една от тях или да вземе нещо различно от всяка. Важно е само да разберете за какви цели провеждате определен тип урок и как организирате изучаването на учебен материал. Важно е също да се съотнесат характеристиките на съдържанието, което трябва да се усвои в даден урок, с възможностите на учениците и с методите и формите за организиране на урока.

Предлагам ви да анализирате и класифицирате два варианта на урока по темата „Въведение в общата биология“ в 10. клас по учебника на Д.К. Беляева, А.О. Рувински и др.

Вариант на урока 1. Тип урок – урок за усвояване на нов материал

План и структура на урока

1. Организационен момент.
2. Първоначално запознаване с материала.
3. Съсредоточете се върху основните точки на темата.
4. Създаване на мотивация за запомняне на материал.
5. Демонстрация на техники за запаметяване.
6. Първично затвърдяване на материала чрез повторение.

Съгласно този план учителят ще дефинира понятието „Обща биология“, след това ще изброи основните свойства на живота, като ще обясни най-трудните терминологични и концептуални елементи на темата, след това ще премине към нивата на организация на живота и ще даде кратко описание на тях. В заключение той ще говори за методите на изследване в биологията и тяхното значение. В процеса на представяне на материала учителят ще покаже основни техники за запаметяване, като насочи вниманието към това, което трябва да се запомни, и ще даде тестова работа, например под формата на тестови задачи.

Задача (вариант 1)

1. Предметът на изучаване на обща биология е:

а) устройство и функции на тялото;
б) природни явления;
в) закономерности на развитие и функциониране на живите системи;
г) устройство и функции на растенията и животните.

2. Изберете най-правилното твърдение:

а) само живите системи са изградени от сложни молекули;
б) всички живи системи имат висока степен на организация;
в) живите системи се различават от неживите по състава на химичните елементи;
г) в неживата природа няма висока сложност на системната организация.

3. Най-ниското ниво на живите системи, което проявява способността да метаболизира вещества, енергия и информация е:

а) биосфера;
б) молекулярни;
в) организмови;
г) клетъчен.

4. Най-високото ниво на организация на живота е:

а) биосфера;
б) биогеоценотичен;
в) специфични за населението;
г) организмови.

5. Основният научен метод в най-ранния период от развитието на биологията е:

а) експериментален;
б) микроскопия;
в) сравнително исторически;
г) метод за наблюдение и описание на обектите.

Задача (вариант 2)

Изберете правилните твърдения.

1. Всички живи организми:

а) имат еднакво сложно ниво на организация;
б) имат високо ниво на метаболизъм;
в) реагират еднакво на околната среда;
г) имат еднакъв механизъм за предаване на наследствена информация.

2. Живите системи се считат за отворени, защото те:

а) образувани от същите химични елементи като неживите системи;
б) обменят материя, енергия и информация с външната среда;
в) имат способността да се адаптират;
г) могат да се размножават.

3. Нивото, на което междувидовите връзки започват да се проявяват, се нарича:

а) биогеоценотичен;
б) специфични за населението;
в) организмови;
г) биосфера.

4. Най-общата характеристика на всички биологични системи:

а) сложност на структурата на системата;
b) модели, работещи на всяко ниво на развитие на системата;
в) елементи, изграждащи системата;
г) качества, които притежава тази система.

5. Първото надорганизмово ниво включва:

а) колония от клетки;
б) горска биоценоза;
в) популация на зайци;
г) гофер.

Тази форма е доста подходяща за този тип урок. Учениците ще разберат частично общите идеи на темата, ще запомнят основните термини, ще могат (макар и не всички) да отговарят на въпросите на задачата и по този начин поставената цел - да се осигури първичното усвояване на материала по обща биология - ще бъде до голяма степен постигнати. Струва си обаче да помислим колко ефективен е такъв урок по тази тема. Възможно ли е да се създаде различна композиция и да се постигнат по-големи резултати от частично разбиране на темата и фиксиране на някои термини в паметта?

Нека се опитаме да дадем урок по същата тема и използвайки същия материал, но използвайки различна логика. Основната му цел е да създаде мотивация у учениците за самостоятелно изучаване на нов материал с помощта на наличните за тях инструменти. Във връзка с поставената цел планът на урока и неговата логика също се променят и се използват нови неочаквани за учениците техники.

Вариант на урока 2. Тип урок – урок за усвояване на нов материал

Конспект на урока

1. Постановка на проблема: как общата биология се различава от науките, изучавани преди?
2. Поканете учениците внимателно да прочетат два варианта на тестови задачи.
3. Опитайте се да формулирате накратко отговора на въпроса: за какво ще бъде урокът? (Това задание няма да бъде завършено на този етап от урока.)
4. Ако учениците се затрудняват, обяснете им, че не трябва да търсят верните отговори в задачата. Тяхната цел е да открият предмета на дискусия, да се опитат да идентифицират основните идеи и проблеми на темата. Обсъждане на резултатите от търсенето.
5. След 10–15 минути съвместна работа дайте на децата правилните отговори на въпросите от задачите и ги помолете да дадат писмен (или устен) отговор на въпроса, зададен по-рано.
6. След като изслушате няколко варианта за отговор, обърнете внимание на логиката му. Въпросите в тестовите задачи не са структурирани в съответствие с логиката на изложение на материала в учебника и учениците естествено изграждат отговора си, като изброяват верните отговори на задачите.
7. Поискайте да изградите отговор в съответствие с логиката на съдържанието на учебния материал, който се разкрива по време на разговора по тази задача.
8. Учениците коригират отговора и след това пишат есе на тема: „Какво изучава общата биология?“
9. След изпълнение на задачата започва работа с учебника: написаният от учениците текст се съпоставя с текста в учебника. Откривайки приликите между тези текстове, учениците изпитват истинско състояние на успех.
10. Обсъждане на основните елементи на съдържанието на темата: понятието „биологична система“, свойства и нива на организация на живота, методи на изследване.
11. Решение на проблема с урока: общата биология изучава закономерностите на функциониране и развитие на живите системи на различни нива. Ботаниката, зоологията, анатомията са по-специализирани науки, които изучават предимно организмовото и отчасти надорганизмовото ниво.

Какво е предимството на конструирането на урок по този начин? В светлината на казаното в предишните лекции, отговорът е ясен: в организацията на усвояването на учебния материал, т.е. в методите на преподаване. В крайна сметка, ако първата версия на урока включваше само два вида дейност на учениците - когнитивна (първично познание) и репродуктивна (упражнения), тогава втората опция също активира творческа дейност и веднага, в първия урок от курса, и с активна мотивация. Целенасоченият анализ на непознат текст, подборът на необходимия концептуален апарат, съчетаването на подбрани понятия и фрази в последователен текст не изискват ли проява на творчески способности? В допълнение, учебното действие на всеки ученик е придружено от вътрешна рефлексия: „Правилно ли го направих или грешно? Избраното от мен има ли нещо общо с отговора на въпроса? Ще съвпадне ли отговорът ми с текста на учебника или не? Следователно тази форма на представяне на учебния материал създава мотивация за работа с него.

Резултатът от урока е продукт на собствено търсене - писмен или устен текст, добре разбран и усвоен материал, придобита способност за първоначално опериране с нови понятия.

Дадените примери за уроци по една тема са полярни. Има и други възможности за представяне на материала и организация на обучението. Можете да промените съдържанието и структурата на урока. Можете да започнете темата, като разкриете понятието „система“, дайте системна картина на света, сравнете живи и неживи системи и т.н. Въпросът е не само и не толкова в съдържанието, въпреки че е важно, а в това как са организирани дейностите на учителя и учениците: и какво ще направят учениците, за да гарантират, че част от предложеното съдържание става тяхна собственост. личност. Нещо повече, на всеки един от гимназистите може да бъде „възложена“ своя част, която да стане част от обучението му. Но от друга страна почти всички ученици в класа ще усвояват инвариантната част от учебното съдържание, като всички ученици ще работят на всички нива на усвояване – когнитивно, репродуктивно, творческо.

Да се ​​върнем към класификацията на уроците. В книгата на А.В. Кулева “Обща биология. Планиране на уроци“ предоставя 4 вида уроци и няколко от техните видове. Видовете уроци, предложени от автора, са включени в списъка, даден в началото на лекцията. Но има смисъл да се дават видовете уроци или по-скоро формите на организиране на учебни дейности, въпреки че много от тях са включени в интегрираната схема на учебния процес в лекция № 1. Ето списъка.

1. Урок-рефлексия.
2. Урок - „пътуване“.
3. Урок-съждение.
4. Урок-игра.
5. Урок-кръгла маса.
6. Интегриран урок.
7. Преговорен урок.
8. Урок-конференция.
9. Урок-изследване.
10. Урок-екскурзия.

Когато планирате конкретна форма на урок, трябва да зададете същия въпрос: как ще бъдат организирани дейностите на учениците? Пример е пробен урок под формата на представление. Това е интересна форма на урок, която прави страхотно впечатление на децата. Но ако известно време след такъв урок зададете въпроси на учениците по изучаваната тема, ще се изненадате да забележите, че отговорите на някои от тях, дори на участниците в представлението, оставят много да се желае. В този случай си струва да се замислите дали сте постъпили правилно, като сте написали пиесата и сте я режисирали? Може би трябваше да озадачим момчетата с тази идея? И тогава, макар и в името на качеството на текста (макар и изобщо не е необходимо), би било възможно да се постигнат няколко ефекта - вълнуващо, творческо образователно, а не просто изпълнителско участие на децата. И публиката може да се окаже не само зрители, но и дизайнери, музиканти и в същото време заинтересовани студенти. Има много място за различни видове идеи и открития. Важно е само увлекателната форма да не навреди на знанието и зад външния дизайн да не се крие пасивността на участниците в процеса.

През последните години се развиват различни технологии за преподаване (прочетете например книгата на Г. К. Селевко „Съвременни образователни технологии“). Запознавайки се с концептуалните основи на технологиите и техните методически характеристики, учителят може да осигури усвояването на един и същи материал по различни начини и техники. Например темата „Дишане” в курса „Човек” може да се преподава по традиционен начин, като се обяснява и затвърждава материала. И в контекста на педагогиката на сътрудничеството, тази тема може да започне да се развива със съвместното изграждане на различни модели на дишане, като преди това е проучена литературата и са обсъдени възможни модели. Използвайки технологията на V.F. Шаталов, може да ползваш опорни бележки и т.н. Можете да използвате както индивидуални, така и групови форми на работа, ролеви и бизнес игри, както и да използвате различни видове нагледни средства - таблици, филми, демонстрации. Всичко това ще има определен ефект само когато учителят предвижда дейността на учениците почти във всеки момент от урока. Ето защо, когато планирате урок, трябва да имате предвид следните точки.

1. Какво е познавателното значение на темата на урока?
2. Какви видове дейности могат да бъдат предвидени и планирани в този урок? Какво ще прави ученикът във всеки един момент от урока?
3. Какво е мястото на този урок в урочната система?
4. Как можете да актуализирате съществуващите знания и умения на учениците, за да овладеят тази тема?
5. Какви допълнителни източници на информация ви позволява да използвате тази тема на урока и дали това трябва да се прави по време на урока.
6. Как ще се използват техническите средства за обучение? Няма нужда да ги използвате, освен ако не е необходимо.
7. Какви са видовете и нивата на сложност на задачите, които ще предлагате за затвърдяване, самостоятелно търсене и контрол (самоконтрол)?

Във фрагментите от урока, дадени в тази и други лекции, можете да намерите разпоредбите, обсъдени в тази част на лекцията. По този начин, когато планирате урок „Монохибридно кръстосване“, е необходимо да разберете неговото теоретично, индикативно и оценъчно значение. Важно е да се осигури връзка между този урок и предходните (раздел „Възпроизвеждане“) и следващите теми („Еволюция“, „Селекция“). Съвсем очевидно е, че темата на този урок включва възможността за организиране на усвояването на материала както чрез репродуктивен метод, така и чрез методи на проблемно обучение - представяне на проблема, евристичен разговор. Актуализирането на съществуващите знания може да бъде писмено или устно под формата на система от въпроси, тестови задачи и решаване на задачи по темите „Митоза“ и „Мейоза“. Като допълнителен източник на информация може да се използва фрагмент от филм или същия библейски текст. Това е достатъчно за първия урок по темата. Други учебни помагала в този урок са динамични модели, таблица, компютърен модел. Задачите, предлагани на учениците в този урок, могат да бъдат както прости, изискващи възпроизвеждане, така и доста сложни. Например, можете да предложите задача, която изисква изчисляване на различни опции за възможното наследяване на определена черта. Всичко зависи от това с какъв дидактически материал разполага учителят. Разбира се, важно е да се изчисли колко време ще изисква подобна дейност. Може да се случи, че един урок няма да е достатъчен за пълно изучаване на материала. Това означава, че е необходимо да се дават два урока и човек не трябва да се страхува от отклонения от учебната програма. Има знания и умения, които изискват повече време за формиране и развитие от предвиденото в учебната програма. Няма нужда да се страхувате от това, защото отделеното време ще се изплати повече от в бъдеще.

Въпроси и задачи за самостоятелна работа

1. Какви са основните разлики между уроците, представени в лекцията по темата „Въведение в общата биология“?

2. Защо е важно да се идентифицират връзките между този урок и предишни и следващи теми?

3. Измислете няколко задачи на много нива за всяка от темите на курса.