Живое вещество: понятие, отличия живого вещества от неживого вещества.

Живое вещество: понятие, отличия живого вещества от неживого вещества.

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Вещества неживой природы относятся к косным (например, минералы). В природе, кроме этого, довольно широко представлены биокосные вещества, образование и сложение которых обусловливается живыми и косными составляющими (например, почвы, воды).

Живое вещество - основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить в чистом виде и распределить равномерно по поверхности Земли, то это будет слой около 2 см или крайне незначительная доля от объема всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие (по Н.А. Воронкову, 1997).

1. Живое вещество обладает намного меньшей совокупной массой в отличие от неживого вещества (2,4-3,6×10¹² т, что составляет меньше чем одну миллионную от массы других оболочек нашей планеты). В то же время живое вещество играет очень важную роль в биосфере.

2. Ареал существования живого вещества ограничен участком на пересечении атмосферы, гидросферы и литосферы.

3. В живом веществе значительно быстрее протекают химические реакции в отличие от химических реакций в неживом веществе (разница может быть в тысячи или миллионы раз)

4. Живое вещество обладает значительно большей свободной энергией, чем неживое вещество.

5. Живому веществу присуща смена поколений при наличии эволюции (то есть каждое следующее поколение обладает рядом новых признаков)

6. Живое вещество имеет значительно большее химическое и морфологическое разнообразие. Оно не бывает представлено только жидкой или газообразной формой – организмы построены во всех трех состояниях. Человеку известны более 2 миллионов органических соединений, из которых состоит живое вещество, в то время как неживое вещество состоит из около 2 тысяч соединений.

7. Составляющие живого вещества устойчивы только в живых организмах

8. Живое вещество существует в виде индивидуальных организмов, размеры которых могут очень сильно различаться. Так, например, размеры вирусов не превышают 20 нм (1 нм = 10-9м), великаны животного мира киты вырастают не больше 33 м в длину, а а такие гигантские растения, такие как секвойа, могут быть больше 100 м в высоту (абсолютный рекорд – секвойа «Гиперион», высота 115.5 метров.

9. Живому существу в значительной степени присуще саморегулируемое движение.

 

 

Химические свойства живого вещества.

Функции живого вещества. Всю деятельность живого вещества в биосфере можно, с определённой долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности.

1. Энергетическая. Эта одна из важнейших функций связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания и рассеиванием в окружающем пространстве.

2. Газовая – связана со способностью изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Окислительно-восстановительная – связана с ростом под влиянием живого вещества интенсивности процессов как окисления и восстановления.

4. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание на несколько порядков, по сравнению с окружающей средой, а в теле отдельных организмов – в миллионы раз. Результат концентрационной деятельности – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

7. Средообразующая. Эта функция в значительной мере представляет результат совместного действия других функций. С ней, в конечном счете, связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно, рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии её параметры практически во всех геосферах. В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании и сохранение почв от разрушения (эрозии), в очистке воздуха и вод от загрязнений, в усилении питания источников грунтовых вод и т. п.

8. Рассеивающая функция, противоположная концентрационной. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов.

9. Информационная функция живого вещества выражается в том, что живые организмы и их сообщества накапливают информацию, закрепляют её в наследственных структурах и передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Пример: Межклеточное вещество рыхлой неоформленной соединительной ткани

Симпласт: понятие, характеристика, пример. Симпласт представляет собой скопление цитоплазмы, содержащий много ядер. Классическим примером является мышечное волокно скелетной мышечной ткани, которое представляет собой массу цитоплазмы в виде тяжа, по периферии которого лежат мелкие многочисленные овальной формы ядра. Симпластическое строение характерно для поперечно-полосатых мышечных волокон, некоторых простейших (инфузорий, фораминифер, многоядерных стадий развития малярийных плазмодиев и др.), зародышей ряда насекомых на ранних стадиях развития. Симпласт образуется в результате слияния нескольких клеток или деления ядер без последующего цитокинеза.

Синцитий: понятие, характеристика, пример.

Синцитиальная форма встречается очень редко. Она представляет собой совокупность клеток, которые с помощью своих отростков анастамозируют друг с другом. При этом цитоплазма одной клетки свободно переходит в цитоплазму другой клетки. Эта форма наблюдается в мужском организме в процессе образования половых клеток. Наличие синцитиальных связей между половыми клетками обеспечивает синхронность в развитии сперматозоидов.

 

6. Общий план строения клетки.

Общий план строения клетки. По строению клеток живые организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты (от лат. про — перед, вместо, от греч. карион — ядро) — доядерные организмы. Их клетки не имеют ядра. К прокариотам относятся бактерии. Эукариоты (от греч. эу — полностью, хорошо, карион — ядро) — организмы, клетки которых содержат ядро (ядерные организмы). Эукариотами являются протисты, грибы, растения и животные.

 

Клетки организмов разных царств отличаются друг от друга размерами, формой, особенностями строения (рис. 27), выполняемыми функциями. Более того, существенные различия можно обнаружить в строении и функциях клеток разных тканей одного организма.

Несмотря на многообразие клеток, все они имеют единый принцип организации (рис. 28, 29). Клетка состоит из трех основных частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра (у эукариот). Рассмотрим строение клеток ядерных организмов.

Поверхностный аппарат образован цитоплазматической мембраной и над-мембранным комплексом. Поверхностный аппарат ограничивает внутреннее содержимое клеток, защищает его от внешних воздействий, осуществляет обмен веществ между клеткой и внеклеточной средой. Надмембранный комплекс клеток растений, грибов и многих протистов представлен плотной, часто многослойной, разнообразной по строению клеточной стенкой (оболочкой). Клетки животных покрыты только цитоплазматической мембраной.

Цитоплазма (от греч. китос — клетка, ячейка, плазма — оформленный) включает внутреннюю среду клеток — гиалоплазму — и погруженные в нее цитоскелет, органоиды и включения. Цитоскелет (внутриклеточный скелет) — это система микротрубочек и микрофиламентов (микронитей). Он выполняет опорную функцию и обеспечивает внутриклеточные движения.

 

Органоиды — постоянные структуры цитоплазмы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции. Органоиды можно разделить на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органоиды также представлены двумя типами — двумембранными и одномембранными. К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды. Одномембранными органоидами являются эндоплазматическая сеть, комплекс Голь-джи, лизосомы и вакуоли. К немембранным органоидам относятся рибосомы и клеточный центр.

Включения — непостоянные внутриклеточные образования. Они могут появляться в процессе жизнедеятельности, исчезать и вновь образовываться. Включения в основном представляют собой запасные вещества или конечные продукты обмена веществ клетки. Это могут быть, например, липидные капли, гранулы (зерна) крахмала или гликогена, кристаллы солей.

Ядро — важнейшая структура клеток эукариот, имеющая двумембранное строение. В нем содержится ДНК, которая является носителем наследственной информации. Ядро обеспечивает хранение и реализацию наследственной информации, а также ее передачу дочерним клеткам.

 

Клеточная поверхность

Клеточная стенка — жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции.

Строение оболочки клеток.

Клеточная оболочка располагается снаружи клетки, отграничивая последнюю от внешней или внутренней среды организма. Ее основу составляет плазмалемма (клеточная мембрана) и углеводно–белковая составляющая, имеющая различную толщину, в зависимости от царства организма (животная или растительная клетка) и от местонахождения клетки в многоклеточном организме. [2]

Функция клеточной стенки:

· Представляет собой внешний каркас – защитную оболочку.

· Обеспечивает транспорт веществ (через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ).

 

9. Транспорт веществ через клеточную оболочку: понятие, разновидности, примеры. Экзоцитоз и эндоцитоз: понятие, механизм, значение.

 

Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов — простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в ее способности пропускать в клетку и из нее различные вещества.

Пассивный транспорт.

Если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации (т. е. по градиенту концентрации этого вещества) без затраты клеткой энергии, то такой транспорт называется пассивным, или диффузией. Различают два типа диффузии: простую и облегченную.

Простая диффузия.

Характерна для небольших нейтральных молекул (H₂O, CO₂, O₂), а также гидрофобных низкомолекулярных органических веществ. Эти молекулы могут проходить без какого-либо взаимодействия с мембранными белками через поры или каналы мембраны до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.

Облегченная диффузия.

Характерна для гидрофильных молекул, которые переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных мембранных белков - переносчиков. Для облегченной диффузии, в отличие от простой, характерна высокая избирательность, так как белок переносчик имеет центр связывания комплементарный транспортируемому веществу, и перенос сопровождается конформационными изменениями белка. Один из возможных механизмов облегченной диффузии может быть следующим: транспортный белок (транслоказа) связывает вещество, затем сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это вещество, принимает исходную конформацию и вновь готов выполнять транспортную функцию. Мало известно о том, как осуществляется передвижение самого белка. Другой возможный механизм переноса предполагает участие нескольких белков-переносчиков. В этом случае первоначально связанное соединение само переходит от одного белка к другому, последовательно связываясь то с одним, то с другим белком, пока не окажется на противоположной стороне мембраны.

Активный транспорт.

Имеет место в том случае, когда перенос осуществляется против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки. Источником энергии часто является АТФ. Для активного транспорта кроме источника энергии необходимо участие мембранных белков. Одна из активных транспортных систем в клетке животных отвечает за перенос ионов Na+ и K+ через клеточную мембрану. Эта система называется Na+ - K+ - насос. Она отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды, в которой концентрация К+ выше, чем Na+.

Эндоцитоз и экзоцитоз (микровезикулярный транспорт).

Это еще два первичных (первично активных), близких по меха­низму транспорта, посредством которых различные материалы переносятся через мембрану либо в клетку (эндоцитоз), либо из клетки (экзоцитоз). С их помощью транспортируются крупно­молекулярные вещества (белки, полисахариды, нуклеиновые кис­лоты), которые не могут транспортироваться по каналам или с помощью насосов.

1. При эндоцитозе клеточная мембрана образует впячивания, или выросты, внутрь клетки, которые, отшнуровываясь, превра­щаются в пузырьки. Последние затем обычно сливаются с пер­вичными лизосомами, образуя вторичные лизосомы, в которых содержимое подвергается гидролизу - внутриклеточному перева­риванию. Продукты гидролиза используются клеткой. Например, выделившийся медиатор нервным окончанием захватывается сно­ва посредством эндоцитоза.

2. Экзоцитоз - процесс, обратный эндоцитозу, это механизм сек­реции нейрогормонов и нейромедиаторов. Экзоцитозные пузырьки образуются в аппарате Гольджи. В пузырьки упаковываются белки, образовавшиеся в рибосомах эндоплазматического ретикулума. Пузырьки транспортируются посредством сократительного аппарата клетки к клеточной мембране, сливаются с ней, а содер­жимое клетки выделяется во внеклеточную среду. Энергия АТФ расходуется на деятельность сократительного аппарата клетки. В процессе взаимодействия эндо- и экзоцитоза происходит самообновление клеточной мембраны (кругооборот, рециркуляция): в течение каждого часа в процессе эндоцитоза в разных клетках используется от 3 до 100% клеточной оболочки, но с такой же скоростью происходит ее возобновление в результате экзоцитоза.

Живое вещество: понятие, отличия живого вещества от неживого вещества.

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Вещества неживой природы относятся к косным (например, минералы). В природе, кроме этого, довольно широко представлены биокосные вещества, образование и сложение которых обусловливается живыми и косными составляющими (например, почвы, воды).

Живое вещество - основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить в чистом виде и распределить равномерно по поверхности Земли, то это будет слой около 2 см или крайне незначительная доля от объема всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие (по Н.А. Воронкову, 1997).

1. Живое вещество обладает намного меньшей совокупной массой в отличие от неживого вещества (2,4-3,6×10¹² т, что составляет меньше чем одну миллионную от массы других оболочек нашей планеты). В то же время живое вещество играет очень важную роль в биосфере.

2. Ареал существования живого вещества ограничен участком на пересечении атмосферы, гидросферы и литосферы.

3. В живом веществе значительно быстрее протекают химические реакции в отличие от химических реакций в неживом веществе (разница может быть в тысячи или миллионы раз)

4. Живое вещество обладает значительно большей свободной энергией, чем неживое вещество.

5. Живому веществу присуща смена поколений при наличии эволюции (то есть каждое следующее поколение обладает рядом новых признаков)

6. Живое вещество имеет значительно большее химическое и морфологическое разнообразие. Оно не бывает представлено только жидкой или газообразной формой – организмы построены во всех трех состояниях. Человеку известны более 2 миллионов органических соединений, из которых состоит живое вещество, в то время как неживое вещество состоит из около 2 тысяч соединений.

7. Составляющие живого вещества устойчивы только в живых организмах

8. Живое вещество существует в виде индивидуальных организмов, размеры которых могут очень сильно различаться. Так, например, размеры вирусов не превышают 20 нм (1 нм = 10-9м), великаны животного мира киты вырастают не больше 33 м в длину, а а такие гигантские растения, такие как секвойа, могут быть больше 100 м в высоту (абсолютный рекорд – секвойа «Гиперион», высота 115.5 метров.

9. Живому существу в значительной степени присуще саморегулируемое движение.