Еволюція та самоорганізація хімічних систем
Поняття самоорганізація означає впорядкованість існування матеріальних динамічних, тобто систем, що якісно змінюються. Воно відображає особливості існування таких систем, які супроводжуються їх сходженням на дедалі вищі рівні складності та системної впорядкованості чи матеріальної організації.
Картина хімічного світу дуже виразно свідчить про добір елементів. Наразі відомо близько 8 млн хімічних сполук. 96% їх створені природою з 6-18 основних елементів (Na,K,Ca,Mg,Fe,Si,Al,Cl,Cu,Zn), та якщо з 95 елементів таблиці Менделєєва природа створила лише 300000 неорганічних сполук.
Визначальними факторами у відборі є вимоги відповідності між будівельним матеріалом та об'єктами з високоорганізованою структурою. З хімічної точки зору такі вимоги зводилися до відбору елементів, здатних до утворення міцних та енергоємних хімічних зв'язків та лабільних, тобто легко піддаються гомолізу, гетеролізу або циклічного розподілу. Тому вуглець – органоген номер 1.
У ході еволюції відбиралися ті структури, які сприяли різкому підвищенню активності та селективності дії каталітичних груп.
На ранніх стадіях хімічної еволюції каталіз взагалі був відсутній. Умови високих температур, електричних розрядів та радіації перешкоджали утворенню конденсованого стану. Перші прояви каталізу починалися при пом'якшенні умов та утворення первинних тіл. Роль каталізатора зросла у міру того, як фізичні умови наблизилися до земних. Але роль каталізатора аж до утворення більш менш складних органічних молекул залишаласянесуттєвою. Поява таких щодо нескладних систем, як СНОН, а тим більше амінокислот і первинних цукрів, була своєрідною некаталітичною підготовкою старту для великого каталізу. Роль каталізу у розвитку хімічних систем після досягнення стартового стану почала зростати порівняно швидко. Відбір активних сполук відбувався в природі з тих продуктів, які виходили відносно великою кількістю хімічних способів і мали широкий каталітичний спектр.
Хімічні процеси та процеси життєдіяльності. Каталіз. Ферменти. Освоєння каталітичного досвіду живої природи.
Роль ферментів у процесі життєдіяльності - провідна (ферментологія – стрижнева галузь знання процеси життєдіяльності, основний предмет якої становить дослідження бродіння). Ця ідея вперше була запропонована Луї Пастером. Встановлено, що одні й самі фізичні та хімічні закони керують як абіогенними процесами, і процесами життєдіяльності. З іншого боку, доведено виняткову специфічність живого, яка (на молекулярному рівні) полягає у суттєвому відмінності принципів дії каталізаторів та ферментів, у відмінності механізмів утворення полімерів та біополімерів.
Каталіз - Збільшення швидкості хіміч. реакції у присутності каталізаторів. Більшість процесів, що відбуваються у живих організмах – каталітичні.
Ферменти – біол. каталізатори, присутні у всіх живих клітинах. Здійснюють перетворення речовин в організмі, регулюючи цим його обмін речовин. За хім. природі-білки. Кожен вид ферментів каталізує перетворення певних речей.
1-й шлях освоєння каталітич. досвіду живої природи – розвиток досліджень у галузі металокомплексного каталізу з постійною орієнтацією на відповідніоб'єкти живої природи (К. Циглер)
2-й шлях – моделювання біокаталізаторів (ферментів).
3-й шлях - пов'язаний з хімією іммобілізованих систем. Сутність іммобілізації полягає у закріпленні виділених із живого організму ферментів на твердій поверхні шляхом адсорбції.
4-й шлях - вивчення всього кат. досвіду живої природи, у т. ч. та досвіду формування самого ферменту, клітини і навіть організму.
Можливості сучасних біотехнологій. Клонування та проблеми відтворення живих організмів.
Сучасні біотехнології дають можливість отримати білок, який раніше не існував у природі, будь-якої бажаної структури (процес отримав назву мутагенезу), шляхом введення відрізка ДНК у мікроорганізм. Крім того, вчені навчилися поєднувати ДНК з різних організмів, визначати та виділяти сегменти ДНК, що кодують потрібний білок, визначати нуклеотидні послідовності у великих фрагментах ДНК.
Виявити єдино необхідний сегмент ДНК, що міститься всього в одному гені, дуже складно. Тому застосовують рекомбінантні ДНК, вбудовуючи фрагменти ДНК клітини в мільйон бактерій, що швидко діляться, застосовуючи потім методи діагностики, щоб знайти бактерії з новим геном, і отримуючи т.ч. мільярди однакових копій кожного гена
Особливості біосферного рівня організації матерії. Розвиток традиційних принципів у біології. Живе та неживе.
Всі об'єкти природи (живий і неживий) можна у вигляді систем, що мають особливості, що характеризують їх рівень організації. Концепція структурних рівнів живої матерії включає уявлення системності та пов'язаної з нею органічної цілісності живих організмів. Жива матерія дискретна, т. е. ділиться на складові нижчої організації, мають певні функції.
Біосфера властивахіральність (збереження лише однієї з двох можливих просторових структур: L-, D-структури). Дві основні життєві системи: обміну речовини та відтворення матеріальних основ живої клітини. Життя – одна з найвищих відомих людині форм упорядкованості речовини. Етапи переходу від неживого до живого: 1. синтез вихідних органічних сполук з неорганічних речовин. 2.формування в первинних водоймах з органічних сполук біополімерів, ліпоїдів, вуглеводнів.3.самоорганізація складних органічних сполук, потім утворення найпростішої клітини.
Біологія - сукупність наук про живу природу - про величезну різноманітність вимерлих і нині населяють Землю живих істот, їх будову і функції, поширення та розвиток, пов'язаних один з одним і з неживою природою. На початковому етапі розвитку біологія традиційної, тобто. мала описовий характер. Об'єкт її вивчення – жива природа у природному стані та цілісності. Великий внесок у традиц. біологію вніс Карл Лінней. Найбільш значне її досягнення – класифікація рослинного та тваринного світу. Її науковий матеріал накопичується внаслідок безпосереднього спостереження об'єкта вивчення – живої природи.
Структурні рівні організації матерії у біології. Принципи систематики найпростіших організмів, рослин та тварин.
З урахуванням рівня організації можна розглядати ієрархію структур організації матеріальних об'єктів живої та неживої природи. Така ієрархія структур починається з елементарних частинок та закінчується живими спільнотами. Концепція структурних рівнів уперше була запропонована у 20-х рр. нашого століття. Відповідно до неї структурні рівні розрізняються як за класами складності, а й у закономірностям функціонування. Концепція включає в себеієрархію структурних рівнів, у якій кожен наступний рівень входить у попередній.
Лінней створив систему рослинного та тваринного світу і побудував найбільш вдалу класифікацію, яка проводилася за певними ознаками, що відображають закономірності, що спостерігаються у живій природі. За такими ознаками рослини об'єдналися у групи, які називають таксонами. Лінней запровадив бінарну номенклатуру для позначення роду та виду.
Мішель Адансон запропонував принцип класифікації рослин за подібністю максимальної кількості ознак із застосуванням математичних методів. Природні системи створюються зазвичай у межах будь-якої концепції, що включає принцип знаходження генеалогічного кревності і встановлення наступності походження.
Будова та функції живої клітини. Основні життєві процеси в організмах.
Клітина – елементарна жива система, основа будови та життєдіяльності всіх тварин та рослин. Клітини існують як самостійні організми( найпростіші, бактерії), і у складі багатоклітинних організмів, у яких є статеві клітини, службовці для розмноження, і клітини тіла( соматичні), різні за будовою і функцій( нервові, кісткові, м'язові, секреторні). У кожній клітині розрізняють дві основні частини: ядро та цитоплазму, в яких знаходяться органоїди (комплекс Гольджі, ядерця (в ядрі), ендоплазматична мережа, мітохондрії, клітинна мембрана). Клітини рослин зазвичай покриті твердою оболонкою.
Існує два основні життєві процеси в організмі: обмін речовин і відтворення основ живої клітини. Призначення обміну речовин – підтримувати рівень упорядкованості організму та її частин. Система відтворення містить у закодованому вигляді повну інформацію, необхідну для побудови із запасеногоклітиною органічного матеріалу необхідного на даний момент часу білка. Вона ж розповідає механізмом вилучення та реалізації відповідної програмної інформації. Свої функції ця система здійснює за допомогою ДНК та РНК.