Какие свойства живого проявляются на молекулярном уровне

Живые системы имеют общие признаки:
1. единство химического состава свидетельствует о единстве и связи живой и неживой материи.

Пример:

в состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но в других количественных соотношениях (т. е. живые организмы обладают способностью избирательного накопления и поглощения элементов). Более (90) % химического состава приходится на четыре элемента: С, O, N, H, которые участвуют в образовании сложных органических молекул (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов).

2. Клеточное строение (Единство структурной организации). Все существующие на Земле организмы состоят из клеток. Вне клетки жизни нет.
3. Обмен веществ (Открытость живых систем). Все живые организмы представляют собой «открытые системы».

Открытость системы — свойство всех живых систем, связанное с постоянным поступлением энергии извне и удалением продуктов жизнедеятельности (организм жив, пока в нём происходит обмен веществами и энергией с окружающей средой).

Обмен веществ — совокупность биохимических превращений, происходящих в организме и других биосистемах.

Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: синтеза органических веществ (ассимиляции) в организме (за счёт внешних источников энергии — света и пищи) и процесса распада сложных органических веществ (диссимиляции) с выделением энергии, которая затем расходуется организмом. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
4. Самовоспроизведение (Репродукция) — способность живых систем воспроизводить себе подобных. Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В её основе лежит процесс удвоения молекул ДНК с последующим делением клеток.
5. Саморегуляция (Гомеостаз) — поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Любой живой организм обеспечивает поддержание гомеостаза (постоянства внутренней среды организма). Стойкое нарушение гомеостаза ведёт к гибели организма.
6. Развитие и рост. Развитие живого представлено индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и историческим развитием живой природы (филогенезом).

В процессе индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма и осуществляется его рост (все живые организмы растут в течение своей жизни).
Результатом исторического развития является общее прогрессивное усложнение жизни и всё многообразие живых организмов на Земле. Под развитием понимают как индивидуальное развитие, так и историческое развитие.

7. Раздражимость — способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние раздражители (рефлексы у животных; тропизмы, таксисы и настии у растений).
8. Наследственность и изменчивость представляют собой факторы эволюции, так как благодаря им возникает материал для отбора.

Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства в результате влияния внешней среды и/или изменений наследственного аппарата (молекул ДНК).
Наследственность — способность организма передавать свои признаки последующим поколениям.

9. Способность к адаптациям — в процессе исторического развития и под действием естественного отбора организмы приобретают приспособления к условиям окружающей среды (адаптации). Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.
10. Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна. Эта закономерность присуща как структуре, так и функции.

Любой организм представляет собой целостную систему, которая в то же время состоит из дискретных единиц — клеточных структур, клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир целостен, поскольку все организмы и происходящие в нём процессы взаимосвязаны. В то же время он дискретен, так как складывается из отдельных организмов.

Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе.

Пример:

для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы растут! Хотя этот рост не имеет тех качественных и количественных параметров, которые присущи росту живого.

Пример:

для горящей свечи характерны процессы обмена и превращения энергии, но она не способна к саморегуляции и самовоспроизведению.

Следовательно, все перечисленные выше свойства характерны для живых организмов только в своей совокупности.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

https://900igr.net/kartinki/geografija/Krugovoroty-v-biosfere/005-Priznaki-zhivogo.html

Источник

☰

Выделяют следующие уровни организации жизни: молекулярный, клеточный, органно-тканевой (иногда их разделяют), организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Живая природа представляет собой систему, а различные уровни ее организации формируют ее сложное иерархическое строение, когда нижележащие более простые уровни определяют свойства вышележащих.

Так сложные органические молекулы входят в состав клеток и определяют их строение и жизнедеятельность. У многоклеточных организмов клетки организованы в ткани, несколько тканей образуют орган. Многоклеточный организм состоит из систем органов, с другой стороны, организм сам является элементарной единицей популяции и биологического вида. Сообщество представляется собой взаимодействующие популяции разных видов. Сообщество и окружающая среда формируют биогеоценоз (экосистему). Совокупность экосистем планеты Земля образует ее биосферу.

На каждом уровне возникают новые свойства живого, отсутствующие на нижележащем уровне, выделяются свои элементарные явления и элементарные единицы. При этом во многом уровни отражают ход эволюционного процесса.

Выделение уровней удобно для изучения жизни как сложного природного явления.

Рассмотрим подробнее каждый уровень организации жизни.

Молекулярный уровень

Хотя молекулы состоят из атомов, отличие живой материи от неживой начинает проявляться только на уровне молекул. Только в состав живых организмов входит большое количество сложных органических веществ – биополимеров (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот). Однако молекулярный уровень организации живого включает и неорганические молекулы, входящие в клетки и играющие важную роль в их жизнедеятельности.

Функционирование биологических молекул лежит в основе живой системы. На молекулярном уровне жизни проявляется обмен веществ и превращение энергии как химические реакции, передача и изменение наследственной информации (редупликация и мутации), а также ряд других клеточных процессов. Иногда молекулярный уровень называют молекулярно-генетическим.

Клеточный уровень жизни

Именно клетка является структурной и функциональной единицей живого. Вне клетки жизни нет. Даже вирусы могут проявлять свойства живого, лишь оказавшись в клетке хозяина. Биополимеры в полной мере проявляют свою реакционную способность будучи организованы в клетку, которую можно рассматривать как сложную систему взаимосвязанных в первую очередь различными химическими реакциями молекул.

На этом клеточном уровне проявляется феномен жизни, сопрягаются механизмы передачи генетической информации и превращения веществ и энергии.

Органно-тканевой

Ткани есть только у многоклеточных организмов. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению и функциям клеток.

Ткани образуются в процессе онтогенеза путем дифференцировки клеток имеющих одну и ту же генетическую информацию. На этом уровне происходит специализация клеток.

У растений и животных выделяют разные типы тканей. Так у растений это меристема, защитная, основная и проводящая ткани. У животных — эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. Ткани могут включать перечень подтканей.

Орган обычно состоит из нескольких тканей, объединенных между собой в структурно-функциональное единство.

Органы формируют системы органов, каждая из которых отвечает за важную для организма функцию.

Органный уровень у одноклеточных организмов представлен различными органеллами клетки, выполняющими функции переваривания, выделения, дыхания и др.

Организменный уровень организации живого

Наряду с клеточным на организменном (или онтогенетическом) уровне выделяются обособленной структурные единицы. Ткани и органы не могут жить независимо, организмы и клетки (если это одноклеточный организм) могут.

Многоклеточные организмы состоят из систем органов.

На организменном уровне проявляются такие явления жизни как размножение, онтогенез, обмен веществ, раздражимость, нервно-гуморальная регуляция, гомеостаз. Другими словами, его элементарные явления составляют закономерные изменения организма в индивидуальном развитии. Элементарной единицей является особь.

Популяционно-видовой

Организмы одного вида, объединенные общим местообитанием, формируют популяцию. Вид обычно состоит из множества популяций.

Популяции имеют общий генофонд. В пределах вида они могут обмениваться генами, т. е. являются генетически открытыми системами.

В популяциях происходят элементарные эволюционные явления, приводящие в конечном итоге к видообразованию. Живая природа может эволюционировать только в надорганизменных уровнях.

На этом уровне возникает потенциальное бессмертие живого.

Биогеоценотический уровень

Биогеоценоз представляет собой взаимодействующую совокупность организмов разных видов с различными факторами среды их обитания. Элементарные явления представлены вещественно-энергетическими круговоротами, обеспечиваемыми в первую очередь живыми организмами.

Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.

Биосфера

Биосферный уровень организации жизни — это система высшего порядка жизни на Земле. Биосфера охватывает все проявления жизни на планете. На этом уровне происходит глобальный круговорот веществ и поток энергии (охватывающий все биогеоценозы).

Источник

Молекулярный уровень называют также уровнем биополимеров, его изучает наука — молекулярная биология.

Молекулярный уровень можно назвать начальным, наиболее глубинным уровнем организации живого. На этом уровне проявляются процессы обмена веществ и энергии, передача наследственной информации. Только изучив молекулярный уровень, можно разобраться, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на планете Земля; можно понять, каковы молекулярные основы наследственности и процессов обмена веществ в живом организме.
Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и неживые (к самым распространённым в живой природе элементам следует отнести углерод, кислород, водород и азот).

Основой всех органических соединений служит углерод. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, различные по химическому составу, строению, длине и форме, образуя сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры, или биополимеры — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Молекула биополимера может состоять из многих тысяч соединённых между собой мономеров, которые могут быть одинаковыми или разными (свойства биополимеров зависят от строения их мономеров).

Основным субстратом жизни (от лат. субстратум — «подстилка, подкладка») являются два класса биополимеров — белки и нуклеиновые кислоты.
Все биополимеры построены по одному плану у всех живых организмов:

молекулы белков являются основными структурными элементами клеток и регулируют протекающие в них процессы;
нуклеиновые кислоты участвуют в передаче генетической (наследственной) информации от клетки к клетке, от организма к организму (генетический код универсален, т. е. одинаков для всех живых организмов);
полисахариды представляют собой важнейшие источники энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов (именно на молекулярном уровне происходит превращение всех видов энергии и обмен веществ в клетке, и механизмы этих процессов также универсальны для всех живых организмов).

В то же время оказалось, что разнообразные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов, обусловлены различными сочетаниями всего лишь нескольких типов мономеров, образующих множество вариантов длинных полимерных цепей. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.
Специфические свойства биополимеров проявляются только в живой клетке (в изолированном виде молекулы биополимеров являются неживыми).

Более подробно о биополимерах см. Раздел «Химический состав клетки».

Преемственность между молекулярным и следующим за ним клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы — это тот материал, из которого образуются надмолекулярные (клеточные) структуры.

Источники:

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

Источник

Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчинённости.
Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая структура занимает в общей системе организации природы.

Уровень организации живой материи — это совокупность количественных и качественных параметров определённой биологической системы (клетка, организм, популяция и т. д.), которые определяют условия и границы её существования.

Выделяют несколько уровней организации живых систем, которые отражают соподчинённость, иерархичность структурной организации жизни.

Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень представлен отдельными биополимерами (ДНК, РНК, белками, липидами, углеводами и другими соединениями); на этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ. Этим занимается наука — молекулярная биология.
Клеточный уровень — уровень, на котором жизнь существует в форме клетки — структурной и функциональной единицы жизни — изучает цитология. На этом уровне изучаются такие процессы, как обмен веществ и энергии, обмен информацией, размножение, фотосинтез, передача нервного импульса и многие другие.

Клетка — структурная единица всего живого.

Тканевый уровень изучает гистология.

Ткань — это совокупность межклеточного вещества и сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям клеток.

Органный уровень. Орган включает в свой состав несколько тканей.
Организменный уровень — самостоятельное существование отдельной особи — одноклеточного или многоклеточного организма — изучают, например, физиология и аутэкология (экология особей). Особь как целостный организм представляет собой элементарную единицу жизни. В другой форме жизнь в природе не существует.

Организм — это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми её свойствами.

Популяционно-видовой уровень — уровень, который представлен группой особей одного вида — популяцией; именно в популяции происходят элементарные эволюционные процессы (накопление, проявление и отбор мутаций). Этот уровень организации изучают такие науки, как демэкология (или популяционная экология), эволюционное учение.

Популяция — это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определённой территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида.

Биогеоценотический уровень — представлен сообществами (экосистемами), состоящими из разных популяций и среды их обитания. Этот уровень организации изучает биоценология, или синэкология (экология сообществ).

Биогеоценоз — это совокупность всех видов с различной сложностью организации и всех факторов среды их обитания.

Биосферный уровень — уровень, представляющий совокупность всех биогеоценозов. В биосфере происходит круговорот веществ и превращение энергии с участием организмов.

Источники:

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

https://school-collection.edu.ru

Источник

Особенности молекулярного уровня жизни

Изучая биосферу, ознакомившись с биогеоценотическим, популяционно-видовым, организменным и клеточным уровнями организации живой материи, мы подошли к самому глубинному – молекулярному уровню организации жизни, находящемуся на границе между живой и неживой (косной) материей. Он является первоосновой жизни на нашей планете.

Молекулярный уровень можно рассматривать как первичную основу жизни.

Действительно, какую бы сторону биологической организации мы ни рассматривали, неизбежно приходим к макромолекулам органических соединений, реакциям и физико-химическим процессам между ними. Только через выяснение молекулярных механизмов процессов жизнедеятельности клетки можно подойти к пониманию сущностных свойств живого.

Однако следует подчеркнуть, что знание структуры и свойств макромолекул, умение изучать их в условиях лаборатории еще не дают понимания свойств жизни, поскольку жизнь начинается только тогда, когда эти многочисленные молекулы как структурные единицы целостной системы находятся в клетке и взаимодействуют между собой как единая система. Вне клетки процессов жизни нет. Выделенные из клетки макромолекулы теряют свою биологическую сущность и характеризуются лишь физическими и химическими свойствами, но не являются живыми. Поэтому их называют биологическими молекулами, или биомолекулами, так как они проявляет свои биологические свойства только в живых клетках.

Молекулярный уровень живой материи представлен многочисленным рядом биологических молекул – ДНК, РНК, АТФ, белками, углеводами, липидами и другими сложными соединениями, способными создавать крупные молекулярные комплексы, совместно выполняющие определенные специфические функции.

Все крупные молекулы органических веществ – полимеры, синтезированные из мономеров, соединенных в определенном порядке, фактически представляют собой особые системы, состояние из взаимосвязанных компонентов. Сами мономеры различны, но в одной и той же макромолекуле, соединенные друг с другом химическими связями, они становятся единым целым, выполняющим определенные функции.

Характерно, что все макромолекулы имеют общий план строения в клетках всех организмов независимо от их видовой принадлежности. Это объясняется тем, что во всех макромолекулах органических соединений одним из основных элементом выступает углерод. Только благодаря его уникальным физико-химическим свойствам образуются крупные, сложные и разнообразные молекулы разных органических соединений. Атом углерода, имея четыре валентные связи, способен в определенном порядке объединять большое число атомов в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Углеродные цепи и кольца являются «скелетами» сложных органических молекул, в чем проявляются их уникальность и универсальность.

Уникальность макромолекул – в специфике их биологических функций. Например, молекулы нуклеиновых кислот являются носителями генетического кода и участвуют в передаче генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму. Молекулы липидов являются основными элементами, участвующими в строительстве биологических мембран и всех внутриклеточных структур. Молекулы белков служат катализаторами и регуляторами всевозможных химических реакций в клетке. Молекулы углеводов, будучи первоосновой построения биологических молекул всех органических соединений, участвуют в накоплении солнечной энергии в виде энергии химических связей. Молекулы хлорофилла являются активными участниками фотосинтеза. Функциональное своеобразие биологических молекул в клетке тесно связано с их физико-химическими и биохимическими свойствами.

Единство физико-химических свойств и биологических функций макромолекул – особенность молекулярного уровня организации живой материи.

Специфику молекулярного структурного уровня живой материи отражают его структура, процессы, организация, значение в природе.

Структурными элементами молекулярного уровня жизни оказываются макромолекулы различных органических соединений и взаимодействующие молекулярные комплексы в форме специфических структур. Среди них особо следует отметить ДНК, различные РНК, макроэргические молекулы АТФ, АДФ, ГТФ и многочисленные молекулярные комплексы (ферментные, белков-переносчиков, дыхательная цепь, а у растений – фотосистема I и фотосистема II, реакционный центр и др.). Одни из них локализованы в строго определенных местах, например фосфолипиды – в бислое мембраны, комплекс АТФ-синтазы – во внутренней мембране тилакоидов хлоропластов и крист митохондрий, но многие размещаются в цитоплазме (гиалоплазме, матриксе).

Основные процессы молекулярного уровня жизни: репликация (самовоспроизведение) генетической информации, ее транскрипция и трансляция; окислительно-восстановительные реакции синтеза и распада веществ; управление скоростью протекания реакций с помощью ферментов; фотосинтез (в хлорофиллсодержащих клетках), создающий органические вещества при участии солнечной энергии; биосинтез и полимеризация сложных макромолекул из молекул простых органических соединений (мономеров); обеспечение процессов жизнедеятельности энергией.

Организация молекулярного уровня жизни характеризуется величайшей сбалансированностью и упорядоченностью всех реакций метаболизма, саморегуляцией, системным характером протекания биохимических процессов, сложностью и разнообразием молекулярного состава, многочисленностью и специфичностью ферментов, а также матричной основой осуществления биосинтеза. Все это координируется генетической информацией. Гены задают программу, а сами процессы в молекулярных системах осуществляют ферменты в различных частях организма.

Основными регуляторами реализации генетической информации всех происходящих реакций выступают ферменты, которые, будучи катализаторами, обеспечивают соответствующую скорость, последовательность (управляемость) и экономичность протекания процессов. Упорядоченность и организованность характерны и в размещении ферментов. Обычно они располагаются молекулярными слоями на внутренних структурах: на пластинах, мембранах, гранулах. При этом они размещаются именно в том порядке, в котором «работают» в цепях многочисленных ферментативных реакций. Последовательность расположения создает своего рода ферментативный «конвейер», который обеспечивает таким способом ступенчатый характер химических реакций, их высокую скорость и эффективность. Организующее значение имеет и распределение субстратов ферментативных реакций. Субстратные вещества, активно концентрируясь в одних участках клетки, в других создают их дефицит. Это явление выступает подобно обратной связи одним из факторов регуляции скорости ферментативных реакций и способствует передвижению веществ в область их малой концентрации.

В организации молекулярного уровня имеет значение и то, что все химические вещества, синтезируемые в клетке, как правило, образуются в результате не одной, а нескольких последовательных реакций (примером может служить полисома в биосинтезе белков). В результате в гиалоплазме (матриксе) имеется множество однотипных молекул, способных выполнять активные функции взамен изношенных и инактивированных молекул.

Значение молекулярного уровня жизни

На молекулярном уровне осуществляется важнейший процесс жизни – превращение лучистой энергии Солнца в химическую, запасаемую в химических связях органических соединений. Энергия, ассимилированная органическими веществами в макроэргических связях АТФ, становится биологически доступной для всех живых организмов, особенно для гетеротрофов.

На молекулярном уровне жизни происходит включение всевозможных химических элементов Земли в различные соединения, участвующие в обменных процессах живых организмов. Именно на этой ступени организации живой материи из внутриклеточных элементов (химических веществ) возникают молекулярные комплексы, «работающие» совместно как биологические системы, обеспечивающие синтез сложных и значимых биологических молекул живого вещества, из которых затем в клетке образуется важнейшие надмолекулярные структуры: цитоплазма, биологическая мембрана, ядро и органоиды, антенные комплексы в хлоропластах, ферментные комплексы, электрон-транспортные цепи и др. Существуют биосистемы обеспечения биохимических процессов необходимой энергией – преобразующие и запасающие солнечную энергию, способствующие высвобождению запасенной энергии путем расщепления органических веществ.

Преобразование солнечной энергии, создание живого вещества, кодирование информации, обеспечение генетической преемственности и устойчивости молекулярных структур в поколениях, упорядоченность физико-химических процессов – основная роль молекулярного уровня жизни в биосфере.

Наличие в живой материи молекулярных комплексов, осуществляющих определенные высокоупорядоченные биохимические процессы – биосинтез белков, гликолиз (в цитоплазме), клеточное дыхание (в митохондриях), фотосинтез (в хлоропластах), позволяет судить о наличии в живой материи биологических систем не только клеточного, но и молекулярного уровня жизни.

Источник