1. Значение биологии, как фундаментальной науки её понимании единство человечества и биосферы Земли

19. Развитие представлений о слитности жизни. Определение жизни с позиции системного подхода (витализм, механицизм, диалектический материализм).

На протяжении своей истории биология не­изменно была ареной борьбы идеалистического и материалистического мировоззрений. Принципиальное разногласие между идеализмом и ма­териализмом заключается в понимании отношения между материей и сознанием. Идеализм утверждает первичность сознания, некоего духовного начала и подчинения ему материального. Материализм утверждает первичность материального мира, рассматривая сознание как свойство высокоорганизованной материи. В биологии идеализм представлен витализмом. Витализм признает наличие особой, непознаваемой опытным путем духовной сущности, от которой зависит исключительность свойств жизни. Философские взгляды материалистов XVIII—XIX веков в биоло­гии представлены механицизмом. Ему свойственно отрицание качественного своеобразия живого. Биологические закономерности он сводит к физическим явлениям и химическим превращениям. Некоторые представители механицизма все разнообразные проявления жизни объясняли наличием единого универсального биологического принципа. Философской основой современной биологии служит диалек­тический материализм — учение, созданное К. Марк­сом и Ф. Энгельсом во второй половине XIX века. Диалектиче­ский материализм глубоко и последовательно отражает всеобщие законы материального мира, вскрывает своеобразие и закономерности переходов различных форм движения материи. Фундамент диалектиче­ского материализма составляет идея развития.

20. Иммунитет, как свойство поддержания индивидуальности организмов и разнообразия внутри вида. Виды иммунитета.

Защитные действия хозяина против паразитарной инвазии обеспе­чиваются главным образом иммунными механизмами. Иммунные реак­ции хозяина возникают в ответ на действие антигенов двух разных типов: входящих в состав организма паразита и выделяющихся пара­зитами в окружающую среду. Антигены первого типа, кроме входящих в состав покровов, высво­бождаются только после гибели паразитов. Они очень многообразны, но у многих, особенно родственных форм, часто бывают сходными. Поэтому антитела на эти антигены обладают слабой специфичностью. Антигены покровов разнообразны и специфичны. Часто они имеют гликопротеиновую природу и на разных этапах жизненного цикла паразитов могут меняться, поэтому выработка иммунитета к ним затруднена. Антигены второго типа специфичны. Простейшие, обитающие вне клеток, покрываются антителами и в таком виде теряют свою подвижность. При этом облегчается их захват макрофагами. В некоторых случаях антитела обеспечивают агглютина­цию (склеивание) паразитов, которые после этого гибнут. При многих паразитарных заболеваниях между хозяином и пара­зитом устанавливаются компромиссные взаимоотношения: хозяин адаптируется к обитанию в его организме небольшого количества паразитов, а их существование в организме хозяина создает состояние иммунитета, препятствующего выживанию личинок, вновь попадаю­щих в организм больного.

21. Предпосылки и современные представления о возникновении жизни на Земле.

Существуют две главные гипотезы, по-разному объясняющие появ­ление жизни на Земле. Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров. Согласно гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложи­лась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических. В середине прошлого столетия Л. Пастер окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в теперешних условиях. В 20-х годах текущего столетия биохимики А. И. Опарин и Дж. Холдейн предположили, что в условиях, имевших место на планете несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества было возможно. Главные этапы на пути возникновения и развития жизни, по-ви­димому, состоят в: 1) образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, цианистых сое­динений), и паров воды, 2) абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров — аминокислот, Сахаров, азоти­стых оснований, АТФ и других мононуклеотидов, 3) полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки (полипеп­тиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды); 4) образовании предбиологических форм сложного химического состава — протобионтов, имеющих некоторые свойства живых существ; 5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных свойств жизни,— примитивных клеток; 6) биологической эволюции возник­ших живых существ.
22. Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского. Природные биогенные элементы.

В.И Вернадский развил это направление и разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жи­вым веществом. Он распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и на среду их обитания, чем придал концепции биосферы биогеохимический смысл. С именем В.И. Вернадского связано также формирование социаль­но-экономической концепции биосферы, отражающей ее превращение на определенном этапе эволюции в ноосферу вследствие деятельности человека, которая приобретает роль самостоятельной геологической силы. Учитывая системный принцип организации био­сферы, а также то, что в основе ее функционирования лежат кругово­роты веществ и потоки энергии, современной наукой сформулированы биохимическая, термодинамическая, биогеоценотическая, кибернетиче­ская концепции биосферы. В.И. Вернадский представляет ноосферу не как нечто внешнее по отношению К био­сфере, а как новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы. Согласно В.И. Вернадскому, био­сфера - это такая оболочка, в которой существует или существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась или подвергается воздействию живых организмов. Она включает: 1) живое вещество, образован­ное совокупностью организмов; 2) биогенное вещество, которое со­здается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.); косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты); 4) биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятель­ности организмов и абиогенных процессов (почвы).
23. Различия жизненных циклов нормальных и опухолевых клеток Регуляция клеточного цикла к митотической активности.

Нарушения той или иной фазы митоза приводят к патологическим изменениям клеток. Отклонение от нормального течения процесса спирализации может привести к набуханию и слипанию хромосом. Иногда наблюдается отрыв участка хромосомы, который, если он лишен центромеры, не участвует в анафазном перемещении к полюсам и теряется. Отставать при движении могут отдельные хроматиды, что приводит к образованию дочерних ядер с несбалансированными хро­мосомными наборами. Повреждения со стороны веретена деления приводят к задержке митоза в метафазе, рассеиванию хромосом. При изменении количества центриолей возникают многополюсные или асимметричные митозы. Нарушение цитотомии приводит к появлению дву- и многоядерных клеток. На основе митотического цикла возник ряд механизмов, с по­мощью которых в том или ином органе количество генетического материала и, следовательно, интенсивность обмена могут быть увели­чены при сохранении постоянства числа клеток. Удвоение ДНК клетки не всегда сопровождается ее разделением на две. Поскольку механизм такого удвоения совпадает с предмитотической редупликацией ДНК и оно сопровождается кратным увеличением количества хромосом, это явление получило название эндомитоза.

24. Закономерности потока веществ в про - и эукариотипических клетках.

Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул. Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принад­лежит одному из этапов дыхательного обмена — циклу Кребса, осуществля­емому в митохондриях. Через этот цикл проходит путь углеродных ато­мов (углеродных скелетов) большин­ства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на дру­гой, например с углеводного на жи­ровой. Таким образом, дыхательный обмен составляет ведущее звено потока веществ, которые объединяют пути расщепления и образования углеводов, жиров, нуклеиновых кислот.

25. Особенности потока информации в про - и эукариотипических клетках.

Жизнедеятельность клетки как единицы биологической активно­сти обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во вре­мени и пространстве обменных (метаболических) процессов. Эти процессы образуют три потока: информации, энергии и веществ. Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвеча­ющую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений. В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромо­сом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окисли­тельного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэроб­ный гликолиз (рис. 2.8). Из двух механизмов, обеспечивающих жизне­деятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным (в отсутствие кислорода) окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извле­кается не более 10% энергии. Недоокисленные продукты гликолиза (пируват) поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию

26. Возрастные изменения различных тканей, органов в системе человека.

Признаки старения сердечно-сосудистой системы становятся замет­ными обычно в возрасте после 40 лет. Закономерные изменения наблюдаются в стенках сосудов: в них откладываются липиды, прежде всего холестерин, что наряду с другими структурными превращениями снижает эластичность и искажает ответы на различные стимулы, регулирующие кровообращение. В основе функциональных рас­стройств дыхательной системы лежит разрушение межальвеолярных перегородок, что сокращает дыхательную по­верхность, разрастание в легких соединительной ткани, снижает эффективность аэрогематического обмена кислорода. В итоге с возрастом падает жизненная емкость легких, которая к 75 годам достигает всего 56% от уровня в возрасте 30 лет. В процессе старения страдает функция мочевыделителъной системы, снижается интенсивность фильтрации в почечных клубочках (на 31% в 75-летнем возрасте по сравнению с 30-летним), так же как и обратное всасывание веществ из фильтрата в почечных канальцах. Ухудшение функции мочевыделения объясняется гибелью с возрастом значитель­ного количества нефронов (до 44% от уровня 30-летнего возраста), представляющих собой структурно-функциональные единицы почек. Специального внимания заслуживают изменения в процессе ста­рения со стороны мышечной системы и скелета. Снижается сила сокращений поперечно-полосатой мускулатуры, быстрее развивается утомление, наблюдается атрофия мышц. Характерная для стареющих людей перестройка костей заключается в разрежении их вещества (старческий остеопороз), что приводит к снижению прочности.

27. Дискретность и целостность. Живые существа - дискретная форма жизни, как разнообразие и единый принцип организации.

Дискретность — всеобщее свойство материи. Так, из курса физики и общей химии известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, что атомы образуют моле­кулу. Простые молекулы входят в состав сложных соедине­ний или кристаллов и т. д. Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдель­ных изолированных, т. е. обособленных или ограниченных в пространстве, но, тем не менее, тесно связанных и взаимо­действующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Энергетиче­ский аппарат клетки представлен отдельными митохондрия­ми, аппарат синтеза белка — рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь, будучи пространственно изолированной, от других. Процессы в самоорганизующихся системах сопровождаются рассеиванием энергии, в связи, с чем их называют диссипативными. Важная черта диссипативных систем — целостность. Она прояв­ляется в том, что поведение элементов в этих системах определяется в большей мере структурой самой системы и в меньшей — их собст­венными свойствами. В своем развитии системы проходят ряд устой­чивых состояний, разделенных периодами неустойчивости, с которыми связано возникновение новой информации.

28. Биологические науки, их задачи, объекты и уровни познания.

Биологию подразделяют на отдельные науки по предме­ту изучения. Так, микробиология изучает мир бактерий; ботаника исследует строение и жизнедеятельность представителей царства растений; зоология — царства животных и т. д. Вме­сте с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика — закономерности наследования признаков, биохимия — пути превращения органических молекул, экология — взаимоотношения попу­ляций с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология. В соответствии с уровнем организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология — учение о клетке, гистология — уче­ние о тканях и т. д. Биология использует самые различные методы. Один из важнейших — исторический, служащий основой осмысле­ния получаемых фактов. К традиционным относится описа­тельный метод; широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др. В самых различных областях биологии все больше воз­растает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками — физикой, химией, матема­тикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика. Изучение закономерностей, процессов и механизмов индивидуаль­ного развития организмов, наследственности и изменчивости, хране­ния, передачи и использования биологической информации, обеспечения жизненных процессов энергией является основой для выделения эмбриологии, биологии развития, генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики. Исследования строения, функциональных отправлений, поведения, взаимоотношений организмов со средой обитания, исторического развития живой природы привели к обособ­лению таких дисциплин, как морфология, физиология, этология, экология, эволюционное учение. Интерес к проблемам старения, вызванный увеличением средней продолжительности жизни людей, стимулировал развитие возрастной биологии (геронтологии).

29. История и современный этап развития биологии.

История современной биологии представляет собой цепь фундаментальных открытий и обобщений, обосновывающих эту идею. Важным аргументом в пользу единства всего живого послужила клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839). Основные законы наследственности были уста­новлены в прошлом (Г. Мендель, А. Вейсман) и начале текущего (Г. де Фриз, Т. Морган) столетия. Значение указанных законов для утверждения идеи единства органического мира состоит в том, что они вскрыли всеобщий механизм передачи от особи к особи и перераспреде­ления в пределах вида наследственной информации. Этим были созданы предпосылки к вскрытию биологической сущности полового размноже­ния, индивидуального развития, смены поколений. Клеточная теория, положения молекулярной биологии, законы наследственности обосновывают идею единства современного органи­ческого мира. То, что живое представляет собой единство в историчес­ком плане, вытекает из существа теории эволюции, создан­ной Ч. Дарвиным (1858), и получившей дальнейшее развитие в трудах А. Н. Северцева, Н. И. Вавилова, Р. А. Фишера, С. С. Четверикова, С. Райта, И. И. Шмальгаузена. С годами пересматривались принципы и практика лечебной и профилактической медицины. Так, исходя из положений клеточной теории и способствуя ее упрочению, Р. Вирхов создал концепцию целлюлярной патологии (1858), которая на долгое время определила главные пути развития медицины. Использо­вав генетико-биохимический подход в изучении болезней человека, врач А. Гаррод (1908) заложил основы молекулярной патологии, дал ключ к пониманию таких вопросов практической медицины как различная восприимчивость людей к болезням и вариабельность (индивиду­альность) реакций на лекарства.

30. Клетка – генетическая и структурно - функциональная единица многоклеточного организма. Возникновение клеточной организации в процессе эволюции.

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по разме­рам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддержи­вать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, таким образом, несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому в при­роде планеты ей принадлежит роль элементарной структурной, функ­циональной и генетической единицы. Это означает, что клетка составляет основу строения, жизнедея­тельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многокле­точных и даже неклеточных. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчиво­сти, обусловливая тем самым. Ископаемые останки клеток эукариотического типа обнаружены в породах, возраст которых не превышает 1,0—1,4 млрд. лет. Более позднее возникновение, а также сходство в общих чертах их основных биохимических процессов (самоудвоение ДНК, синтез белка на рибосомах) заставляют думать о том, что эукариотические клетки произош­ли от предка, имевшего прокариотическое строение. Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой (рис. 1.4) основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению.
31. Особенности потока энергии в про - и эукариотипических клетках.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспе­чивается механизмами энергоснабжения — брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием. Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокало­рийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образо­вания высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденозинтри - фосфата (АТФ). Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (например, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы — химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическим называют соединение, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использо­вания в биологических процессах. Универсальным соединением такого рода служит АТФ. Основное количество энергии заключено в связи, присоединяющей третий остаток фосфорной кислоты.

32. Связь биологии с другими естественными науками. Генетика, экология хронобиология как общественные дисциплины.

Наряду с физикой, химией, математикой биология относится к естественным наукам, предмет изучения которых — природа. Особенность предмета биологии в меди­цинском институте заключается в том, что в центре внимания находится человек. Закономерности же развития человека как личности и человеческого общества в целом изучаются социальными (обще­ственными) науками. В процессе поступательного развития и по мере обогащения новыми фактами биология преобразовалась в комплекс наук, исследующих закономерности, свойственные живым существам, с разных сторон. Некоторые из этих наук представлены в медицинских институтах самостоятельными дисциплинами — анатомией, физиологией, гисто­логией, биохимией, микробиологией. Общебиологическая наука, изучающая закономерности взаимоотношении организмов друг с другом и с окружающей средой, называется экологией. Этот термин был предложен немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г. Объектом изучения эко­логии являются различные уровни организации жизни, начиная с организменного. Генетика— наука о закономерностях наследственности и изменчиво­сти. По современным представлениям, наследствен­ность — это свойство живых организмов передавать из поколения в поколение особенности морфологии, физиоло­гии, биохимии и индивидуального развития в определен­ных условиях среды. Генетика как наука решает следующие основные зада­чи: изучает способы хранения генетической информации у разных организмов (вирусов, бактерий, растений, жи­вотных и человека) и ее материальные носители; анали­зирует способы передачи наследственной информации от одного поколения клеток и организмов к другому; выяв­ляет механизмы и закономерности реализации генетиче­ской информации в процессе индивидуального развития и влияние на них условий среды обитания.

33. Строения и функции плазмолеммы. Транспорт веществ через плазмалемму.

Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и расти­тельных, обособлены от своего окружения оболочкой. Клеточная обо­лочка, или плазмалемма, животных клеток образована мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10—20 нм. Основ­ными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы толщиной 0,1—0,5 мкм, в котором не встречаются рибосомы и пу­зырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки. Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспор­тную и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные ве­щества (гормоны). В удержании (заякоривании) этих веществ на клеточной поверхности участвуют белки кортикального слоя. Наличие в оболочке рецепторов дает клеткам возможность воспринимать сиг­налы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения в окру­жающей их среде или состоянии организма. В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение.