Биология с основами экологии

БИОЛОГИЯ

С  ОСНОВАМИ  ЭКОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ  ПОСОБИЕ

Москва
РИОР

ИНФРА-М

Л.Г. АХМАДУЛЛИНА

УДК 58(075.8)
ББК 28.5я729
          А95

Ахмадуллина Л.Г.

Биология с основами экологии : учебное пособие / Л.Г. Ах
мадуллина. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2020. — 128 с. — 
(ВО: Бакалавриат).

ISBN 978-5-9557-0288-9 (РИОР) 
ISBN 978-5-16-103562-7 (ИНФРА-М, online)

В учебном пособии в краткой и доступной форме рассмотрены 

все основные вопросы, предусмотренные государственным образовательным стандартом и учебной программой по дисциплине 
«Биология с основами экологии».

Книга позволит быстро получить основные знания по предмету, 

а также качественно подготовиться к зачету и экзамену.

Рекомендуется студентам, обучающимся по естественно-науч
ным и сельскохозяйственным специальностям и направлениям.

УДК 58(075.8)
ББК 28.5я729

© Ахмадуллина Л.Г.

Оригинал-макет подготовлен в Издательском Центре РИОР

Подписано в печать 20.07.2015.

Формат 70×100/32. Бумага типографская. Гарнитура Newton.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,16. Уч.-изд. л. 6,3.

Тираж 5000 экз.

ТК 69990–944988–051005

ООО «Издательский Центр РИОР»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В.

Тел.: (495) 280-38-67. Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: info@riorp.ru    http://www.riorpub.com

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1.
Тел.: (495) 280-15-96. Факс: (495) 280-36-29.

E-mail: books@infra-m.ru     http://www.infra-m.ru

А95

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

ISBN 978-5-9557-0288-9 (РИОР) 
ISBN 978-5-16-103562-7 (ИНФРА-М, online)

Раздел I. БИОЛОГИЯ

Тема 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ.
РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЕЕ
СТРОЕНИИ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1.
Химический состав клетки.
Классификация органических веществ
и химических элементов в клетке

Клетка — обособленная, наименьшая по размерам структура, способная к самовозобновлению, самовоспроизведению и развитию. Элементарная и функциональная единица живого.
Химический состав клетки тесно связан с особенностями ее строения и функционирования. Наиболее общим
и универсальным для клеток представителей всех царств
является химический состав протопласта, который содержит около 80% воды, 10% органических веществ и 1%
солей. Ведущую роль в образовании протопласта играют
белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы.
Содержание в клетке химических элементов: первое
место занимает О2 (65–25%). Далее идут С (15–20%),
Н2 (8–10%) и N2 (2–3%). Количество остальных элементов
(их около 100) значительно меньше. Состав химических
элементов в клетке зависит как от биологических особенностей организма, так и от места обитания.
Классификация химических элементов клетки: по процентному содержанию в клетке выделяют макро-, микрои ультрамикроэлементы.
К макроэлементам относят (в порядке уменьшения
содержания в клетке) Н2, C, О2, N2. Они составляют почти
98% всех химических элементов клетки и входят в состав
всех жизненно необходимых органических веществ.

Микроэлементы содержатся в клетке в десятых и сотых долях процента. Это Mg, K, S, P, Fe, Na, Ca, Cl. Всего
их около 2–3%.
Ультрамикроэлементы обнаруживаются в исключительно малых количествах. К ним принадлежат Cu, Zn, I2, F2,
Mg, Co, Ni и др.
Микро- и ультрамикроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. П р и м е р: Cu содержат
ферменты, участвующие в тканевом дыхании, Co — компонент витамина В12, Fe — гемоглобина. В гормоне инсулине содержится Zn, в тироксине — I2.
Химические элементы находятся в клетке в виде
ионов, а также входят в состав неорганических и органических молекул.

Классификация органических
веществ клетки
К органическим веществам относят углеводы, липиды,
белки, нуклеиновые кислоты. Эти вещества — полимеры —
высокомолекулярные макромолекулы, состоящие из мономеров — низкомолекулярных аминокислот, нуклеотидов,
моносахаров. Полимеры, образованные разными мономерами, — гетерополимеры. Если очередность мономеров
периодически повторяется, то такой полимер называется
регулярным, если повторяемости нет — нерегулярным.

2.
Неорганические вещества.
Их роль в жизнедеятельности клетки.
Вода

К неорганическим веществам клетки относятся
вода и соли. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов наиболее важны K, Ca, Mg,
Fe, Na, NH4, из анионов NO3, РО4.
К содержится во всех клетках в виде ионов К. «Калиевый насос» клетки способствуют проникновению веществ
через клеточную мембрану. Активизирует процессы жизнедеятельности клеток, возбуждений и импульсов.

Ионы Na участвуют в процессе транспорта веществ
через мембрану.
Ионы Ca входят в состав: костей, раковин, известковых
скелетов коралловых полипов, в состав крови, способствуя
ее свертыванию.
Ионы Мg содержатся в клетках растений. Входят в состав хлорофилла.
Ионы Fe входят в состав гемоглобина эритроцитов,
обеспечивая транспорт кислорода.
NO2-ион в клетках растений восстанавливается до NH3
и включается в синтез аминокислот.
PO4
2 входит в состав АТФ, поддерживает буферные
свойства клетки с кислотным показателем pH 7,2. Важнейший компонент клетки — вода. Она содержится в цитоплазме, клеточном соке, кариоплазме, органоидах. Содержание воды может быть разным: от 20% в клетках костной
ткани до 85% в клетках головного мозга. Вступает в реакции
синтеза, гидролиза и окисления. Является универсальным
растворителем и источником кислорода. Вода — простое
неорганическое соединение. Молекулы малы по размерам,
полярны и образуют между собой водородные связи.
По отношению к воде все вещества делятся на: гидрофильные — соли, сахара, спирты, некоторые белки (гистоны, альбумины). Для этих полярных веществ вода —
лучший растворитель. Растворяясь в ней, они вступают
в химические реакции и легко транспортируются. И гидрофобные — плохо или вовсе нерастворимые в воде: липиды,
некоторые белки (фибриллярные, глобулины), нуклеиновые кислоты. Гидрофобные вещества часто притягиваются
друг к другу, и подобные взаимодействия обеспечивают
стабильность мембран, белков и других структур. Вода
обладает высокой теплоемкостью, т. е. поглощая энергию,
очень незначительно изменяет свою температуру, так как
эта энергия идет на разрыв водородных связей. Это обеспечивает постоянство температурного режима клетки. Необходимость большого количества энергии для разрыва
связей между молекулами воды используется организмами
для охлаждения.

Роль воды в клетке:
1) обеспечивает тургор (внутреннее давление в клетке);
2) регулирует осмотическое давление;
3) является средой для физиологических и биохимических процессов, происходящих в клетке;
4) обеспечивает транспорт веществ через биологическую мембрану;
5) процесс терморегуляции;
6) имея максимальную плотность при температуре
4  °С, дает возможность выжить организмам, обитающим
в водной среде.

3.
Строение и функции углеводов

Углеводы — сложные органические вещества.
Общая формула — Сn(H2O). В животных клетках содержание углеводов колеблется от 1 до 5% (в клетках печени),
в растительных доходит до 70% (в плодах, семенах). Различают моносахара, олигосахариды, полисахариды.
Моносахариды имеют низкую молекулярную массу,
бесцветны, легко растворимы в воде, но нерастворимы
в неполярных растворителях (эфир), сладкие на вкус.
В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахара делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. Наиболее распространены в природе пентозы
и гексозы. Пентозы участвуют в синтезе нуклеиновых
кислот, коферментов (НАД, НАДФ), гексозы (глюкоза,
фруктоза, манноза, галактоза) — поставщики энергии, из
них синтезируются олиго- и полисахариды. Производные
моносахаридов могут быть запасной формой углеводов в
плодах, входить в состав клеточных стенок, слизей, хитина,
хряща.
Олигосахариды образуются при конденсации двух молекул моносахаридов, т. е. отщепления воды и образования
гликозидной связи. К ним относят мальтозу (глюкоза +
+ глюкоза), лактозу (глюкоза + галактоза), сахарозу (глюкоза + фруктоза). Обладают свойствами моносахаридов.
Лактоза содержится в молоке, сахароза — в растениях.

Полисахариды — высокомолекулярные соединения,
состоящие из моносахаров. Нерастворимы в воде и не
имеют сладкого вкуса. Могут откладываться в клетки как
запасное вещество или использоваться в качестве строительного материала. Крахмал и гликоген — полимеры глюкозы. Синтезируются, соответственно, в растительном
и животном организме. Запасаются в подземных частях
растений (клубнях, корневищах), семенах и в клетках
печени и мышц. Целлюлоза и хитин используются растениями, грибами, беспозвоночными в качестве укрепляющих, опорных структур в оболочках клеток. Их прочность
чрезвычайно велика и обусловлена особым строением.
Практически не перевариваются животными и человеком.
Им подобен муреин в клеточных спинках бактерий. Мукополисахариды содержатся в соединительной ткани, хрящах,
крови.

4.
Строение и функции липидов

Липиды — органические вещества, растворимые
в неполярных растворителях (бензоле, хлороформе, эфире).
Являются продуктом взаимодействия жирных кислот
и спирта — глицерина. Выделяют:
1) триацилглицерины (жиры). Наиболее распространенные липиды. Служат энергетическими депо, отложенные
под кожей, используются для теплоизоляции, повышения
плавучести и запасания воды (важно для обитателей
пустынь). Растения тоже откладывают жиры (в семенах
и плодах) — масла;
2) воска. Образуются из жирных кислот и многоатомных спиртов. Предохраняют покровы животных от намачивания, листья и плоды растений от повреждений и бактерий. Вырабатываются планктонными организмами;
3) фосфолипиды. Входят в состав мембран, эту же
функцию выполняют гликолипиды, липопротеины;
4) стероиды. Особая группа липидов, не содержащая
жирных кислот. К ним относятся гормоны (например,
половые), холестерин.

Функции липидов:
1) строительная функция. Входят в состав биомембран;
2) энергетическая. При расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии;
3) защитная функция. Подкожный слой жира;
4) запасные питательные вещества;
5) терморегуляция;
6) поставщик эндогенной воды. В горбу верблюда при
окислении 100 г жира образуется 107 мл воды;
7) гормональная. Входят в состав половых гормонов.

5.
Белки. Строение, классификация,
функции

Белки — гетерополимеры, состоящие из аминокислот. Аминокислоты имеют аминогруппу (–NH2) и карбоксильную группу (–COOH). Соединяясь между собой
пептидными связями, образуют полипептиды. Такая линейная последовательность аминокислот — первичная
структура белка. Она уникальна и определяется последовательностью нуклеотидов в гене, кодирующем данный
белок. Далее образуется вторичная структура в виде спирали
(и не только) за счет возникновения водородных связей.
Третичная структура имеет вид глобулы, т. е. спираль пространственно укладывается в «клубок». Глобула для каждого белка специфична, но в нее укладываются не все
белки (коллаген, кератин, миозин остаются во вторичной
структуре — так называемые фибриллярные белки). Удерживается глобула ионными, дисульфидными гидрофобными
связями. Некоторые белки укладываются в четвертичную
структуру — комплекс из нескольких глобул (гемоглобин).
Белки по составу бывают:
1) простыми (состоящие только из аминокислот);
2) сложными (включающие небелковый материал).
Белки могут денатурировать — изменять свою структуру вплоть до распада полипептидной цепи под воздействием ультрафиолета, химических реагентов, тяжелых
металлов, высоких температур. Если первичная структура

сохранилась, то белок может ренатурировать — вновь приобрести свою природную структуру.
Функции белков:
1) ферментативная. Белки — катализаторы химических
реакций; ферменты высокоспецифичны, что определяется
структурой активного центра, соответствующего одному
или нескольким субстратам. Примеры: амилаза расщепляет крахмал, трипсин — белки, змеиный яд;
2) структурная. Белки входят в состав мембран, клеточных органелл, опорных образований; коллаген хрящей
и сухожилий, кератин волос, перьев, ногтей, когтей, белки
оболочки вирусов;
3) сократительная. За счет изменения третичной структуры обеспечивают движение внутриклеточных структур,
клеток, организма (актин, миозин, тубулин);
4) регуляторная. Регулируют физиологические процессы;
инсулин — обмен глюкозы, гистоны — генную активность,
гормоны гипофиза — развитие и активность эндокринных
желез;
5) транспортная. Гемоглобин переносит кислород,
сывороточный альбумин — липиды и жирные кислоты;
6) запасная, или питательная. Белки обеспечивают
питание зародыша, детеныша (казеин молока, альбумин
белка яйца);
7) защитная. Фибриноген и тромбин участвуют в свертывании крови. Антитела связываются с чужеродными
агентами.

6.
Нуклеиновые кислоты. ДНК

Впервые обнаружены Ф. Мишером в 1869 г.
Структурное строение нуклеиновых кислот открыто в 1953 г.
Джеймсоном Уотсоном и Френсисом Криком.
Нуклеиновые кислоты состоят из фосфорной кислоты,
пентозы и азотистого основания; соединяясь, они образуют нуклеотиды. При этом с фосфорной кислотой пентоза
связана эфирной связью, с основанием — глюкозидной.
Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды, т. е. продукты полимеризации большого количества

нуклеотидов. Связь между нуклеотидами в нуклеиновой
кислоте осуществляется через фосфорную кислоту.
В природе существует 2 типа нуклеиновых кислот —
рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая
(ДНК). Они отличаются по углеродному компоненту и
набору азотистых оснований. В РНК — рибоза, азотистые
основания: аденин, гуанин, цитозин, урацил. В ДНК углеродный компонент — дезоксирибоза, азотистые основания:
аденин, гуанин, цитозин, тимин. Азотистые основания нуклеиновых кислот — производные пурина (аденин и гуанин)
и пиримидина (цитозин, тимин, урацил). В зависимости от
наличия азотистого основания нуклеотиды называются
адениновый, цитозиновый, гуаниновый, тиминовый, урациловый.
Нуклеиновые кислоты обеспечивают:
1) синтез белка;
2) рост и деление клетки;
3) образование клеточных структур;
4) формообразование и наследственность организма.

Строение молекулы ДНК
Молекула ДНК представляет собой 2 спирально идущие полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей
оси и обращенные друг к другу азотистыми основаниями,
которые скрепляют обе цепи. В молекуле ДНК возможны
только два сочетания: аденин–тимин и гуанин–цитозин
(принцип комплементарности оснований). По ходу спирали в макромолекуле образуются два «желобка»: малый,
расположенный между двумя полинуклеотидными цепями,
и большой — представляет проем между витками. Расстояние между парами оснований по оси молекулы ДНК составляет 3,4 Е. В один ход спирали укладывается 10 пар
нуклеотидов. Диаметр поперечного сечения спирали
равен 20 Е. ДНК эукариот содержится в ядре клетки, где
входит в состав хромосом, в митохондриях и хлоропластах.
Особое свойство ДНК — ее способность удваиваться
(репликация). Этот процесс определяет передачу наследственных свойств от материнской клетки к дочерним.
Синтезу ДНК предшествует переход ее структуры от