ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ К.б.н. Владимир Александрович Трифонов Факультет естественных наук НГУ Кафедра цитологии и генетики

Что такое жизнь? Попытки определения понятия: Фалес VI век до н.э. «магнит одушевлен, т.к. способен притягивать железо» Б. Спиноза (XVII в) «одушевлены все тела приоды»

Ф.Энгельс 1877 г. «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных этих тел» Клод Бернар (XIX в) «Всеобщность молекулярного обновления (обмена веществ) у растений и животных и во всех их частях, его постоянство, не допускающее остановки, делают из этого явления всеобщий признак жизни»

Эрвин Шредингер ( ) Жизнь - … это работа специальным образом организованной системы, направленная на понижение собственной энтропии за счет повышения энтропии окружающей среды М.В.Волькенштейн « Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот »

Живые организмы как открытые системы Система – множество элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и связанных прямыми и обратными связями, образуя целостность. Открытые системы, в отличие от закрытых, обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. В открытых системах могут происходить явления самоорганизации, усложнения или спонтанного возникновения порядка.

Общая теория систем Людвиг фон Берталафани ( ) Свойства систем Синергичность однонаправленность действий компонентов усиливает эффективность функционирования системы. Эмерджентность функции компонентов системы не всегда совпадают с функциями системы. Целостность первичность целого по отношению к частям. Иерархичность каждый компонент системы может рассматриваться как система (подсистема) более широкой глобальной системы Адаптивность стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды

Неравновесные системы Илья Пригожин ( ) Предпочтительность одних состояний другим – явление упорядоченности, т.е. убывание энтропии. Самоорганизация в неравновесных системах Последовательность состояний системы – ТРАЕКТОРИЯ СИСТЕМЫ Наиболее вероятные состояния системы - АТТРАКТОРЫ

Свойства живых систем 1) Одинаковый химический состав 2) Обмен веществом и энергией 3) Самовоспроизведение 4) Способность к росту и развитию 5) Раздражимость 6) Дискретность

Уровни организации живой материи Элементарные частицы атомы молекулы мономеры биополимеры

Уровни организации живой материи Клетка Ткани Органы и системы органов

Уровни организации живой материи организм популяция вид

Уровни организации живой материи Экосистема, биогеоценоз Биосфера

Химический состав живых организмов Всего обнаружено 80, но только для 30 известны функции

Макроэлементы Биогенные элементы содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001 % на сухую массу. Составляют 99% сухой массы клетки Из них 98% приходится на кислород (65-75%), углерод (15-18%), азот(1,5-3%) и водород (8-10%) O C H N Ca P K S Cl Mg Na Fe

Микроэлементы Содержание в организме % Могут входить в состав гормонов, ферментов и пр. важных компонентов клетки Zn Cu I F B Co Mo V Br Cr Mn Se Si Ge Ni

Ультрамикроэлементы Концентрация меньше % Физиологическая роль не установлена Au Hg U Be Cs Ra

Роль воды Универсальный растворитель Водородные связи Высокая теплоемкость Участник многих реакций Транспорт веществ в организме Осмос

Ионы в клетке Важнейшие анионы: Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 - Важнейшие катионы: K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ Буферные свойства Нерастворимые соли в костной ткани и раковинах

Органические вещества клетки Белки 10-20% Углеводы 0.2-2% Нуклеиновые кислоты 1-2% Липиды 1-5%

БИОПОЛИМЕРЫ Регулярные –А-А-А-А-А- Нерегулярные-А-С-В-А-Г-А-

УГЛЕВОДЫ Монозы=моносахариды C x (H 2 O) y Полиозы=полисахариды гидролиз поликонденсация Олигосахариды – ди-, три-, тетрасахариды

Моносахариды (простые сахара) Триозы Молочная кислота Пировиноградная кислота Тетрозы эритроза

Пентозы Гексозы галактоза

ДИСАХАРИДЫ Сахароза Мальтоза Лактоза

ПОЛИСАХАРИДЫ Амилоза Амилопетин Гликоген

Целлюлоза Хитин Гиалуроновая кислота

Функции углеводов Энергетическая Структурная Запасная Защитная

Липиды большая группа веществ биологического происхождения, хорошо растворимых в органических растворителях, таких, как метанол, ацетон, хлороформ и бензол. Нейтральные жиры А) стеариновая Б) пальмитиновая С) олеиновая

Фосфолипиды Молекулы Ф. содержат неполярные гидрофобные "хвосты" и полярную гидрофильную "головку" (остаток фосфорной к-ты), что определяет мн. физ.-хим. св-ва, в т. ч. способность формировать мембраны биологические.

Стероиды группа биологически важных при. соед., в основе структуры к-рых лежит скелет циклопентан опер- гидрофенантрена (конана, стерана; ф- ла I). Входят в состав всех растит. и животных организмов. ФУНКЦИИ С.-биол. регуляторы. Способность к биосинтезу С. наиб. выражена у высших позвоночных. Насекомые С. не вырабатывают, а получают с пищей, однако ф-ция их линьки контролируется С. Применяют С. гл. обр. в медицине (лек. ср-ва, гормоны и др.).

Простагландины Е1 Е2

Функции липидов 1) Структурная 2) Энергетическая 3) Запасная 4) Изоляционная 5) Регуляторная