Химический состав живых организмов

Основу живого составляют два класса химических соединений - белки и нуклеиновые кислоты. Белки ответственны прежде всего за обмен веществ и энергии в живой системе, т.е. за все реакции синтеза и распада, осуществляющиеся в любом организме. Нуклеиновые кислоты обеспечивают способность живых систем к самовоспроизведению. Это полный набор информации, на основе которого синтезируются видоспецифические молекулы белка.

Помимо белков и нуклеиновых кислот, в состав живых организмов входят липиды (жиры) и углеводы. В живых системах найдены многие химические элементы, присутствующие в окружающей среде, однако необходимы для жизни лишь около 20 из них. Эти элементы получили название биогенных. В среднем около 70% массы организмов составляет кислород , 18% - углерод , 10% - водород (вещества-органогены). Далее идут азот , фосфор , калий , кальций , сера , магний , натрий , хлор , железо . Эти так называемые универсальные биогенные элементы, присутствующие в клетках всех организмов, нередко называют макроэлементами. Часть элементов содержится в организмах в крайне низких концентрациях (не выше тысячной доли процента), но они также необходимы для нормальной жизнедеятельности. Это биогенные микроэлементы . Многие микроэлементы входят в состав ряда ферментов , витаминов , дыхательных пигментов , некоторые влияют на рост, скорость развития, размножение и т. д.

Типы белков и их функции в организме человека

· Структурные белки мышц - Сокращение, обеспечение двигательных функций.

· Белки соединительных тканей - Обеспечение целостности организма, защита от внешних воздействий

· Хромосомные белки - Часть структуры хромосом

· Белки мембран - Контроль за потоком веществ внутрь и вовне организма, передача информации внутри организма

· Транспортные белки - Переносчики кислорода и других веществ

· Контролирующие белки - Поддержание рН, солевого состава организма

· Ферменты - Контроль метаболизма

· Гормоны - Регуляция процессов жизнедеятельности

· Защитные белки - Антитела (защита от инфекций)

#6 Модели эволюции Вселенной. Эволюция звезд.

Модель расширяющейся Вселенной

Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае игнорируется, когда и почему Вселеннная начала расширяться, то есть теория Большого Взрыва — лишь частный случай модели расширяющейся Вселенной. Изотропно расширяющуюся среду удобно рассматривать в системе координат, расширяющихся вместе с материей. Единой точки зрения, является ли Вселенная действительно бесконечной или конечной в пространстве и объёме, не существует. Тем не менее, наблюдаемая Вселенная, включающая все местоположения, которые могут воздействовать на нас с момента Большого Взрыва, конечна, поскольку конечна скорость света и существовал Большой Взрыв.

Модель Фридмана

В рамках ОТО вся динамика Вселенной может быть сведена к простым дифференциальным уравнениям для масштабного фактора a(t) - величины отражающая изменение расстояний в однородно сжимающихся пространствах.

Эволюция расширения

Ход расширения в общем случае зависит от значений космологической постоянной Λ, кривизны пространства k и уравнения состояния (P(ρ)). В современной общепринятой модели расширения космологическая постоянна положительна и существенно отличная от нуля.

Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)

Экстраполяция наблюдаемого состояния Вселенной назад во времени при условии верности общей теории относительности приводит к неизбежному выводу, что за конечное время назад всё пространство Вселенной сворачивается в точку, космологическую сингулярность, называемую Большим Взрывом. В момент, достаточно близкий ко Взрыву, но уже уверенно описываемый современной физикой, вся энергия нынешней Вселенной содержалась в маленьком объёме, а так как энтропия Вселенной велика, то, значит, и температура была очень высокой. Именно благодаря высокой температуре и плотности появились первые элементарные частицы, которые при дальнейшем увеличении размера Вселенной и её остывании начали складываться в частицы посложнее.

Также довольно хорошо объясняется и реликтовое излучение — это наследие того момента, когда ещё всё вещество было ионизованным и не могло сопротивляться давлению света. Иными словами, реликтовый фон — это остаток «фотосферы Вселенной».

Инфляционная модель

Теории инфляции описывают предполагаемую стадию расширения Вселенной, начавшуюся спустя ~10⁻⁴²с после Большого Взрыва. В ней скорость увеличения масштабов происходит по экспоненциальному закону. Связано это с большим отрицательным давлением, меняющим даже сами законы гравитации: вещество становится источником не притяжения а отталкивания. По окончании этой стадии объём Вселенной вырастает на много-много порядков по сравнению с начальным.

"Мультивселенная", "Большая Вселенная", "Сверхвселенная" - различные переводы английского термина multiverse. Появился он в ходе развития теории инфляции. Области Вселенной, разделенные расстояниям больше размера горизонта частиц эволюционируют вне зависимости друг от друга. И любой наблюдатель видит только те процессы, которые происходит в домене, с объёмом равном объёму сферы с радиусом равным расстоянию до горизонта частиц. Такие домены можно рассматривать как отдельные вселенные, подобные нашей. Конгломерат таких образований и есть multiverse.

Хаотическая теория инфляции предполагает бесконечное разнообразие Вселенных, каждая из которых имеет отличные от других Вселенных физические константы^.

Современная модель эволюции вселенной.

В классической науке существовала теория стационарного состояния Вселенной,вопрос об ее эволюции не ставился.

Эйнштейн разработал первую космологическую модель вселенной,отбросив постулаты об абсолютности и бесконечности пространства и времени. Хаббл обнаружил существование зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики

движутся от нашей,причем с скорость движения возрастает пропорционально расстоянию. Леметр рассчитал радиус вселенной в некоем первоначальном состоянии: 10в-12см,плотность этого вещества 10в96 г/см3. Гамма построил модель эволюции с начала взрыва:

1.Эра андронов – тяжелые частицы с сильным взаимодействием. Продолжительность 1\10000 сек.Свет не существует.

2.Эра лептонов – легкие частицы на фоне сильного электромагнитного взаимодействия.Продолжительность 10 сек.Свет не существует.

3.Эра фотонная. Продолжительность 1млн.лет.Свет и фотон существовал неотделимо от вещества,т.е. имел массу покоя.

4.Звездная эра.

Структура Вселенной:

*Метагалактика – совокупность звездных систем – галактик,ее структура определяется их распределением в пространстве,заполненном разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

*Галактика – гигантская система,состоящая из скоплений звезд и туманностей,образующих в пространстве сложную конфигурацию. -эллиптические галактики – наиболее простые по структуре,распределение звезд равномерно убывает от центра. -спиральные галактики (наша галактика Млечный путь) -неправильные галактики,отсутствует центральное ядро. *звезды *Солнечная система – группа небесных тел различных по форме и состоянию.

Эволюция звезд

Звезда начинает свою жизнь как холодное разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура возрастает. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов Кельвинов, начинаются термоядерные реакции и сжатие прекращается. В таком состоянии звезда пребывает большую часть своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.

В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а внутрениие наоборот, сжимаются. И до поры до времени яркость звезды тоже понижается. Температура поверхности снижается — звезда становится красным гигантом. На ветви гигантов звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности. Когда масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; возрастающая при этом температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы.

Вскоре после гелиевой вспышки «загораются» углерод и кислород; каждое из этих событий вызывает сильную перестройку звезды. Судьба центральной части звезды полностью зависит от её исходной массы: ядро звезды может закончить свою эволюцию как белый карлик (маломассивные звёзды), в случае, если её масса на поздних стадиях эволюции превышает предел Чандрасекара — как нейтронная звезда (пульсар), если же масса превышает предел Оппенгеймера — Волкова — как чёрная дыра. В двух последних случаях завершение эволюции звёзд сопровождается катастрофическими событиями — вспышками сверхновых.

Подавляющее большинство звёзд, и Солнце в том числе, заканчивают эволюцию, сжимаясь до тех пор, пока давление вырожденных электронов не уравновесит гравитацию. В этом состоянии, когда размер звезды уменьшается в сотню раз, звезду называют белым карликом. Она лишена источников энергии и, постепенно остывая, становится тёмной и невидимой. У звёзд более массивных, чем Солнце, давление вырожденных электронов не может сдержать сжатие ядра, и оно продолжается до тех пор, пока большинство частиц не превратится в нейтроны.

У звёзд более массивных, чем предшественники нейтронных звёзд, ядра испытывают полный гравитационный коллапс. Такие объекты называют чёрными дырами.

#7 Генетическая информация. Принципы передачи генетической информации клетке.

Генетическая информация- программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода.

Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма. Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет: - по прямой связи: ДНК - РНК - белок; и по каналу обратной связи: среда - белок - ДНК.

Генетическая информация передается из поколения в поколение через посредство половых клеток — гамет, единственная функция которых — передача и хранение. Генетическая информация заключена преимущественно в хромосомах, где она зашифрована в определённой линейной последовательности нуклеотидов в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК . ДНК-вещ-во из которого состоят гены. Все клетки организма возникают в результате делений единственной исходной клетки — зиготы — и потому имеют один и тот же набор генов. Передача генетической информации в клетке основана на матричных процессах (репликации, транскрипции, трансляции). Синтез дочерней цепи (репликация) молекулы ДНК происходит по матрице одной из двух родительских цепей с образованием новой двухиепочечной молекулы ДНК. Синтез молекулы РНК совершается в процессе транскрипции ДНК по матрице одной из двух цепей ДНК. Такая матричная (информационная) РНК может рассматриваться как посредник между ДНК и белком. Далее при синтезе белков генетическая информация, закодированная в последовательности триплетов азотистых оснований (канонов), транслируется в аминокислотную последовательность полипептидных цепей. Остановимся кратко на каждом из этих процессов,

Репликация. Во время репликации происходит расхождение двух цепей ДНК, и каждая из них служит матрицей для синтеза дочерней цепи. Такой способ репликации называется полуконсервативным. При этом дезоксирибонуклеотиды встраиваются в дочернюю цепь согласно правилу комплементарности азотистых оснований (А — Т, G — С). Вновь образованная молекула состоит из одной родительской и одной дочерней цепи ДНК. Образование дочерних хромосом происходит на стадии синтеза (S) в интерфазе между митотическими делениями и перед первым делением мейоза, В анафазе удвоенные хромосомы расходятся по дочерним клеткам. Таким образом, без процесса репликации невозможно сохранение диплоидного числа хромосом в соматических клетках и образование гаплоидного набора хромосом в половых клетках после двух делений мейоза. Однако при делении клеток происходит не только сохранение числа хромосом, но и воспроизведение последовательности азотистых оснований в молекулах ДНК, основанное на комплементарностb пар оснований родительской и дочерней цепей ДНК.

Репарация. Система зашиты клетки включает различные типы репарации поврежденной молекулы ДНК. Этот процесс может быть одноэтапным и многоэтапным, происходить как на свету, nак и в темноте. Например, при эксцизионной репарации, специальный фермент делает надрез возле поврежденного участка, а затем этот участок удаляется. На месте образовавшейся бреши происходит репаративный синтез ДНК по матрице неповрежденной цепи. Ферменты репликации в редких случаях ошибочно

вставляют вдочернюю цепь не комплементарное основание. Ошибки репликации исправляют специальные ферменты с корректирующей функцией; они находят и удаляют некомплементарное основание. Затем происходит замена на основание, соответствующее правилу комплементарноста (А- Т, G - С).

Рекомбинация. Образование новых сочетании генов происходит и результате обмена участками между гомологичными последовательностями ДНК (кроссинговер). В процессе кроссинговера происходит обмен участками между гомологичными хромосомами. При этом, чем дальше расположены гены, тем более часто происходит между ними кроссинговер. Этот принцип был использован при построении первых генетических карту дрозофилы и кукурузы.

Рекомбинацияможет иметь место и при незначительной гомологии нуклеотидных пар, например, при интеграции фагов в хромосому бактерий, и при фактическом отсутствии этой гомологии в случае перемещения мобильных диспергированных элементов по эукариотическим хромосомам. Последние два типа событий относят к незаконной рекомбинации.

Транскрипция. Генетическая информация, записанная в последовательности оснований в молекуле ДНК, передается на молекулу рибонуклеиновой кислоты (РНК) в процессе транскрипции. РНК отличается от ДНК наличием в сахарофосфатном остове молекулы сахара рибозы вместо дезоксирибозы и другого азотистого основания - урацила (вместо тимина), комплементарного аденину. Транскрипция ДНК -матричный процесс, во время которого молекула РН К синтезируется по матрице одной из двух цепей ДНК. При этом происходит локальное расплетение цепей ДНК в транскрибируемом участке и присоединение рибонуклеотидных остатков к растущей цепи РНК. По окончании транскрипции каждого очередного участка молекулы ДНК ее двухспиральная структура восстанавливается. Транскрипция заканчивается на терминаторных последовательностях гена с отделением сиинтезированной одноцепочечной молекулы РНК. В процессе транскрипции участвуют не только специальные ферменты, но и многочисленные регуляторные белки. Такие белки взаимодействуют с регуляторными последовательностями генов, обеспечивая процесс начала и окончания транскрипции и уровень нарабатываемого первичного продукта.

Трансляция. Передача генетической информации с мРНК на белок носит название трансляции. Биосинтез белка происходит на цитоплазматических структурах, называемых рибосомами. Рибосома, продвигается вдоль мРНК, последовательно выбирая из среды те аминокислоты, соединенные с транспортными РНК (тРНК), которые соответствуют кодирующим последовательностям нуклеотидов. При этом последовательность кодонов в зрелой молекуле РНК определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Генетический код состоит из 64 кодонов. Три из них — нонсенс-кодоны (на них заканчивается процесс трансляции), все остальные являются смысловыми, т.е. кодируют аминокислоты. Преобладание числа кодонов над числом кодируемых ими свидетельствует о вырожденности генетического кода. Это означает, что одну и ту же аминокислоту могут кодировать от 2 до 6 триплетов. Вместе с тем один кодон может кодировать только одну аминокислоту. Генетический код, записанный в хромосомах разных эукариотических организмов, универсален, несколько отличается от него только митохондриальный код.

Мутациимогут возникнуть как в регуляторных, так и кодирующих участках генов. Наиболее значимы мутации в кодирующих областях, так как приводят к изменению структуры первичного продукта гена (РНК или белка).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: