Реферат: Эволюция и самоорганизация химических систем. Макромолекулы и зарождение органической жизни
Понятие самоорганизация означает упорядоченность существованияматериальных динамических, то есть качественно изменяющихся систем. Оноотражает особенности существования таких систем, которые сопровождаются ихвосхождением на все более высокие уровни сложности и системной упорядоченностиили материальной организации.
Картина химического мира весьма отчетливо свидетельствует оботборе элементов. Сейчас известно около 8 млн химических соединений. 96% из нихсозданы природой из 6-18 основных элементов (Na,K,Ca,Mg,Fe,Si,Al,Cl,Cu,Zn), аиз оставшихся 95 элементов таблицы Менделеева природа создала лишь 300000неорганических соединений.
Определяющими факторами в отборе являются требованиясоответствия между строительным материалом и объектами с высокоорганизованнойструктурой. С химической точки зрения такие требования сводились к отборуэлементов, способных к образованию прочных и энергоемких химических связей илабильных, то есть легко подвергающихся гомолизу, гетеролизу или циклическомураспределению. Поэтому углерод — органоген номер 1.
В ходе эволюции отбирались те структуры, которыеспособствовали резкому повышению активности и селективности действиякаталитических групп.
На ранних стадиях химической эволюции катализ вообщеотсутствовал. Условия высоких температур, электрических разрядов и радиациипрепятствовали образованию конденсированного состояния. Первые проявлениякатализа начинались при смягчении условий и образовании первичных тел. Ролькатализатора возросла по мере того, как физические условия приблизились кземным. Но роль катализатора вплоть до образования более или менее сложныхорганических молекул оставалась несущественной. Появление таких относительнонесложных систем, как СН/>ОН а тем болееаминокислот и первичных сахаров было своеобразной некаталитической подготовкойстарта для большого катализа. Роль катализа в развитии химических систем последостижения стартового состояния начала возрастать сравнительно быстро. Отборактивных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получалисьотносительно большим числом химических способов и обладали широкимкаталитическим спектром.
Химические процессы и процессы жизнедеятельности. Катализ.Ферменты. Освоение каталитического опыта живой природы.
Роль ферментов в процессе жизнедеятельности — ведущая (ферментология– стержневая отрасль знаний о процессах жизнедеятельности, основной предметкоторой составляет исследование брожения). Эта идея впервые былапредложена Луи Пастером. Установлено, что одни и те же физические ихимические законы управляют как абиогенными процессами, так и процессамижизнедеятельности. С другой стороны, доказана исключительная специфичностьживого, которая (на молекулярном уровне) заключается в существенном различиипринципов действия катализаторов и ферментов, в различии механизмов образованияполимеров и биополимеров.
Катализ – увеличение скорости химич. реакции вприсутствии катализаторов. Большинство процессов, происходящих в живыхорганизмах – каталитические.
Ферменты – биол. катализаторы, присутствующие во всехживых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, регулируя темсамым его обмен веществ. По хим. природе- белки. Каждый вид ферментовкатализирует превращение определенных вещ-в.
1-й путь освоения каталитич. опыта живой природы –развитие исследований в области металлокомплексного катализа с постояннойориентацией на соответствующие объекты живой природы ( К. Циглер)
2-й путь – моделирование биокатализаторов(ферментов).
3-й путь – сопряжен с химией иммобилизованных систем.Сущность иммобилизации состоит в закреплении выделенных из живого организмаферментов на твердой поверхности путем адсорбции.
4-й путь – изучение всего кат. опыта живой природы, вт. ч. и опыта формирования самого фермента, клетки и даже организма.
Возможности современных биотехнологий. Клонирование ипроблемы воспроизведения живых организмов.
Современные биотехнологии дают возможность получить белок,ранее не существовавший в природе, любой желаемой структуры ( процесс получил названиемутагенеза),путем вводаотрезка ДНК в микроорганизм. Кроме того,ученые научились соединять ДНК из разных организмов, определять и выделятьсегменты ДНК, кодирующие нужный белок, определять нуклеотидныепоследовательности в больших фрагментах ДНК.
Клонирование – искусственное выращивание новогоживотного из соматической клетки, создание генетически тождественного существа.В 1997 г. клонировали овцу. Но остается открытым вопрос о нравственных,социальных, биологических и других последствиях таких экспериментов.
Найти единственно нужный сегмент ДНК, содержащийся всего водном гене, очень трудно. Поэтому применяют рекомбинантные ДНК, встраиваяфрагменты ДНК клетки в миллион быстро делящихся бактерий, применяя затем методыдиагностики, чтобы найти бактерии с новым геном, и получая т.о. миллиардыодинаковых копий каждого гена.
Особенности биосферного уровня организации материи.Развитие традиционных принципов в биологии. Живое и неживое.
Все объекты природы(живой и неживой) можно представить в видесистем, обладающими особенностями, характеризующими их уровень организации.Концепция структурных уровней живой материи включает представления системностии связанной с ней органической целостностью живых организмов. Живаяматерия дискретна, т. е. делится на составные части более низкойорганизации, имеющие определенные функции.
Биосфере присуща хиральность(сохранение только одной издвух возможных пространственных структур: L-, D-структуры). Две основополагающие жизненные системы: обменавещества и воспроизводства материальных основ живой клетки. Жизнь – одна изсамых высоких известных человеку форм упорядоченности вещества. Этапы перехода от неживого к живому: 1.синтез исходных органических соединений изнеорганических веществ. 2.формирование в первичных водоемах изорганич.соединений биополимеров, липоидов, углеводородов.3.самоорганизациясложных органических соединений, затем образование простейшей клетки.
Биология – совокупность наук о живой природе – обогромном разнообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, ихстроении и функциях, распространении и развитии, связанных друг с другом и снеживой природой. На начальном этапе развития биология была традиционной, т.е.носила описательный характер. Объект ее изучения – живая природа в естественномсостоянии и целостности. Большой вклад в традиц. биологию внес Карл Линней.Наиболее значительное ее достижение – классификация растительного и животногомира. Ее научный материал накапливается в результате непосредственногонаблюдения объекта изучения – живой природы.
Структурные уровни организации материи в биологии. Принципысистематики простейших организмов, растений и животных.
С учетом уровня организации можно рассматривать иерархиюструктур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такаяиерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живымисообществами. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х ггнашего столетия. В соответствии с ней структурные уровни различаются не толькопо классам сложности, но и по закономерностям функционирования. Концепциявключает в себя иерархию структурных уровней, в которой каждый последующийуровень входит в предыдущий.
Линней создал систему растительного и животного мира ипостроил наиболее удачную классификацию, которая производилась по определеннымпризнакам, отражающим закономерности, наблюдаемые в живой природе. По такимпризнакам растения объединились в группы, называемые таксонами. Линней ввелбинарную номенклатуру для обозначения рода и вида.
Мишель Адансон предложил принцип классификации растений посходству максимального числа признаков с применением математических методов.Естественные системы создаются как правило в рамках какой-либо концепции,включающей принцип нахождения генеалогического родства и установленияпреемственности происхождения.
Строение и функции живой клетки. Основополагающие жизненныепроцессы в организмах.
Клетка – элементарная живая система, основа строения ижизнедеятельности всех животных и растений. Клетки существуют как самостоятельныеорганизмы( простейшие, бактерии), так и в составе многоклеточных организмов, вкоторых имеются половые клетки, служащие для размножения, и клетки тела(соматические), различные по строению и функциям( нервные, костные, мышечные,секреторные). В каждой клетке различают две основные части: ядро и цитоплазму,в которых находятся органоиды( комплекс Гольджи, ядрышки(в ядре),эндоплазматическая сеть, митохондрии, клеточная мембрана). Клетки растений какправило, покрыты твердой оболочкой.
Существует два основных жизненных процесса в организме: обменвеществ и воспроизводство основ живой клетки. Назначение обмена веществ –поддерживать уровень упорядоченности организма и его частей. Системавоспроизведения содержит в закодированном виде полную информацию, необходимуюдля построения из запасенного клеткой органического материала нужного в данныймомент времени белка. Она же ведает механизмом извлечения и реализациисоответствующей программной информации. Свои функции эта система осуществляетпосредством ДНК и РНК.
При подготовке этой работы были использованы материалы с сайтаhttp://www.studentu.ru