Контрольная работа по "Биология"

Известно, что из множества химических элементов в состав живых организмов

входят только некоторые элементы. Наиболее важными ионами металлов

оказываются ионы натрия, калия, магния, кальция, цинка, меди, кобальта,

марганца, железа и молибдена. Из неметаллоидов  в живых системах практически

всегда можно встретить атомы  водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и

серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде

ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании

большинства из этих элементов в  живых организмах часто приводит к достаточно

тяжелым нарушениям метаболизма.

Большая часть болезней обусловлена  отклонением концентраций какого-либо

вещества от нормы. Это связано  с тем, что огромное число химических

превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие

вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи

сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате

часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается

нормальная работа клетки по синтезу  необходимых веществ.

В поддержании нормальной жизнедеятельности  организма очень велика роль

органических молекул. Их можно  разделить по принципам, заложенным в их

конструкцию, на три группы : биологические  макромолекулы (белки, нуклеиновые

кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и

мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие в-ва).

                     3.2  Биология разных направлений                    

В современной науке на базе биологии возникло множество новых наук, которые

отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения.  К этому

направлению относят:

а) биохимию;

б) биофизику;

в) молекулярную биологию;

г) молекулярную генетику;

д) фармакологию и молекулярную фармакологию

и множество смежных дисциплин. В большей части современных  биологических

исследований активно используются химические и физико-химические методы.

Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и  гистология,

был напрямую связан с развитием  химических методов выделения и  анализа

веществ. Даже такая классическая "чисто биологическая" наука, как физиология,

все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные

Институты Здоровья (National Instituts of Health USA) в настоящее время

финансируют направления медицинской  науки, связанные с чисто физиологическими

исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию

"неперспективной и отжившей  свое" наукой. Возникают такие  , кажущиеся на

первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная

эпидемиология и др. Появились новые  виды медико-биологических анализов, в

частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять

наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов  химии и

повышение чувствительности старых методов  позволяет теперь определять

множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по

капле слюны, пота или другой биологической  жидкости.

Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные  науки, являющиеся различными

ветвями биологии?

Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления

ферментативного катализа и самих  биологических катализаторов ферментов, первые

из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом  состоянии в 20х

годах нашего столетия. Биохимия изучает  химические процессы, происходящие

непосредственно в живых организмах и использует химические методы в

исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились

установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение  химических

механизмов фотосинтеза, дыхания  и мышечного сокращения, открытие

трансаминирования, установление механизма  транспорта веществ через

биологические мембраны и т.п.

     Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж.Уотсон и

Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения

и реализации наследственной информации. Крупнейшие достижения молекулярной

биологии открытие генетического  кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах,

основы функционирования переносчика  кислорода гемоглобина.

Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики

, которая изучает механизмы  работы единиц наследственной  информации генов, на

молекулярном уровне. Одной из актуальнейших  проблем молекулярной генетики

является установление путей регуляции  экспрессии генов перевод гена из

активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов  транскрипции и

трансляции. Практическим приложением  молекулярной генетики явилась разработка

методов генной инженерии  и генотерапии, которые позволяют модифицировать

наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что

необходимые вещества будут синтезироваться  внутри самой клетки, что позволяет

получать биотехнологическим путем  множество ценных соединений, а также

нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной

инженерии рассечение молекулы ДНК  на отдельные фрагменты, что достигается  с

помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта

операция производится с целью  вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов

нового фрагмента гена, отвечающего  за синтез нужного нам вещества, вместе с так

называемыми регуляторами участками  ДНК, обеспечивающими активность "своего"

гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные

препараты, преимущественно белковой природы : инсулин, интерферон, соматотропин

и др.

     Фармакология - это наука о лекарственных средствах, действии различных

химических соединений на живые  организмы, о способах введения лекарств в

организмы и о взаимодействии лекарств между собой. Молекулярная

фармакология изучает поведение молекул лекарственных веществ внутри клетки,

транспорт этих молекул через мембраны и т.д. Человек начал применять

лекарственные вещества очень давно, несколько тысяч лет назад. Древняя  медицина

практически полностью основывалась на лекарственных растениях, и этот подход

сохранил свою привлекательность  о наших дней. Множество современных

лекарственных препаратов содержат вещества растительного происхождения или

химически синтезированные соединения, идентичные тем, которые можно обнаружить

в лекарственных растениях. Один из самых ранних из дошедших до нас  трактат о

лекарственных средствах был написан древнегреческим врачом Гиппократом в IV

веке до нашей эры.

Зачатки химии лекарственных веществ  появляются в период господства алхимии.

Современная химиотерапия ведет свой отсчет с начала XX века от трудов

П.Эрлиха по противомалярийным средствам  и производным мышьяковой кислоты. В

настоящее время синтезированы  десятки и сотни тысяч лекарственных  веществ, и

их поиск продолжается. Но число  активно применяемых лекарств, конечно,

значительно меньше. Не все вещества, синтезированные в качестве

потенциального нового лекарственного вещества, находят свое применение на

практике. Многие широко использовавшиеся ранее лекарства вытесняются  из сферы

применения из-за того, что появляются более эффективные аналоги, которые

воздействуют на причину болезни  гораздо селективнее, имеют меньше

противопоказаний и побочных эффектов. В 1995 году к применению в России было

разрешено свыше 3 тысяч наименований лекарственных препаратов, содержащих

около 2 тысяч разнообразных химических веществ синтетического

происхождения[12,13]. Одним из крупных успехов фармакологии второй половины

нашего века явилось создание и  внедрение в практику антибиотиков широкого

спектра действия: сульфамидных препаратов, витаминов, средств, влияющих на

деятельность центральной нервной  системы транквилизаторов, нейролептиков,

психотомиметиков и др. Многие из этих лекарств были открыты и впервые

применены в нашей стране (фторофур, феназепам, циклодол, витаминные препараты

и мн.др.)

В настоящее время в мире существует множество научных центров, ведущих

разнообразные биологические исследования. Странами-лидерами в этой области

являются США, европейские страны: Англия, Франция, Германия, Швеция, Дания,

Россия и др. В нашей стране существует множество научных центров,

расположенных в Москве и Подмосковье (Пущино, Обнинск, Черноголовка),

Петербурге, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке...Хотя, справедливости

ради, надо заметить, что и в этой области (как и во всей российской науке в

целом) наблюдается некоторый "упадок", связанный как с недостатком

финансирования и общим экономическим кризисом в РФ, так и с проблемой brain-

drain /"утечки мозгов"/ в более  экономически благоприятные страны. Однако

многие исследовательские институты  Академии Наук России, Российской Академии

Медицинских наук, Российской Академии Сельскохозяйственных Наук, Министерства

Здравоохранения и Медицинской  Промышленности продолжают научные  изыскания

(пока еще...), хотя и не на  полную мощь. Одни из ведущих  центров по стране

Институт биоорганической химии  им.М.А.Шемякина и Ю.А.Овчинникова, Институт

молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта, Институт органического синтеза

им.Н.Д.Зелинского, Институт физикохимической биологии МГУ им.Белозерского и

др. В СанктПетербурге можно  отметить Институт Цитологии РАН, химический и

биологические ф-ты Гос. Университета, Институт экспериментальной медицины

РАМН, Институт онкологии РАМН им. Петрова, Институт особо чистых

биопрепаратов МЗиМП и т.п.

Основными проблемами, решаемыми в  последние годы физико-химической биологией,

являются синтез белков и нуклеиновых  кислот, установление нуклеотидной

последовательности генома многих организмов (в том числе определение  полной

нуклеотидной последовательности генома человека), направленный транспорт

веществ через биологические мембраны; разработка новых лекарств, новых

материалов для медицинского использования, например, для биопротезирования.

Особое внимание уделяется разработке биотехнологий, которые часто бывают

более экономически выгодны, эффективны, чем традиционные "технические", не

говоря уже об их экологической  чистоте. Ведутся активные работы по

клонированию растений и животных, а также по получению отдельных  органов вне

организма. Особо примечателен недавний успех швейцарских ученых ( первые

сообщения в печати появились в  конце февраля 1997 г.), получивших путем

клонирования сельскохозяйственное животное овцу, которая была выращена из

клетки вымени матери-овцы; дочерняя генетическая копия была названа  Долли

[11]. Это свидетельствует о том,  что клонирование из сферы  чисто научных

экспериментов переходит в сферу  практики. Необходимо упомянуть и о лечении

заболеваний новым методом генотерапии  изменением наследственности. Лечебный

эффект достигается путем переноса "исправленного" гена либо с помощью

ретровируса, либо внедрением липосом, содержащих генетические конструкции.

Генотерапевтические методы только зарождаются, но именно с их помощью уже

была вылечена маленькая девочка, больная муковисцидозом; особо перспективно

применение генотерапии в лечении  болезней, передающихся по наследству или

возникающих под действием вирусов. Вероятно, с привлечением именно этих

методов будут побеждены СПИД, рак, грипп и множество других, менее

распространенных болезней.

Кроме того, постоянно исследуются  механизмы превращений химических веществ в

организмах и на основе полученных знаний ведется непрекращающийся поиск

лекарственных веществ. Большое количество разнообразных лекарственных веществ

в настоящее время получают либо биотехнологически (интерферон, инсулин,

интерлейкин, рефнолин, соматоген, антибиотики, лекарственные вакцины и пр.),

используя микроорганизмы (многие из которых являются продуктом генной

инженерии), либо путем ставшего почти  традиционным химического синтеза, либо

с помощью физико-химических методов  выделения из природного сырья (частей

растений и животных).

Другой биологической задачей химии является поиск новых материалов, способных

заменить живую ткань, необходимых  при протезировании. Химия подарила врачам

сотни разнообразных вариантов  новых материалов.

Кроме множества лекарств, в повседневной жизни люди сталкиваются с

достижениями физико-химической биологии в различных сферах своей

профессиональной деятельности и  в быту. Появляются новые продукты питания или

совершенствуются технологии сохранения уже известных продуктов. Производятся

новые косметические препараты, позволяющие человеку быть здоровым и красивым,

защищающие его от неблагоприятного воздействия окружающей среды. В  технике