БИОЛОГИЯ
С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ

Москва
РИОР
2006

Л.Г. АХМАДУЛЛИНА

УДК 58(075.8)
ББК 28.5я729
          А95

Ахмадуллина Л.Г.
Биология с основами экологии: Учеб. пособие. — М.:
Издательство РИОР,  2006. — 128 с.

ISBN 5-9557-0288-1

В учебном пособии в краткой и доступной форме рассмотрены
все основные вопросы, предусмотренные государственным обра-
зовательным 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

ISBN 5-9557-0288-1
 © Ахмадуллина Л.Г., 2006
 © ЗАО ЛА «Научная книга», 2006

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве РИОР

Сдано в набор 29.03.2005. Подписано в печать 05.10.2005.
Формат 70×100/32. Бумага типографская. Гарнитура Newton.
Печать офсетная.  Усл. печ. л. 5,16. Уч.-изд. л. 6,3.
Тираж 5000  экз. Заказ №

Издательство РИОР
127247, Москва, ул. Софьи Ковалевской, д. 1, стр. 50.
E-mail: info@rior.ru
www.rior.ru

А95

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 раз-
мерам структура, способная к самовозобновлению, само-
воспроизведению и развитию. Элементарная и функцио-
нальная единица живого.
Химический состав клетки тесно связан с особеннос-
тями ее строения и функционирования. Наиболее общим
и универсальным для клеток представителей всех царств
является химический состав протопласта, который содер-
жит 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 особен-
ностей организма, так и от места обитания.
Классификация химических элементов клетки: по про-
центному содержанию в клетке выделяют макро-, микро-
и 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 со-
тых долях процента. Это Mg, K, S, P, Fe, Na, Ca, Cl. Всего
их около 2–3%.
Ультрамикроэлементы обнаруживаются в исключитель-
но малых количествах. К ним принадлежат Cu, Zn, I2, F2,
Mg, Co, Ni и др.
Микро- и ультрамикроэлементы входят в состав фер-
ментов, гормонов, витаминов. П р и м е р: Cu содержат
ферменты, участвующие в тканевом дыхании, Co — ком-
понент витамина В12, Fe — гемоглобина. В гормоне инсу-
лине содержится Zn, в тироксине — I2.
Химические элементы находятся в клетке в виде
ионов, а также входят в состав неорганических и органи-
ческих молекул.

Классификация органических
веществ клетки
К органическим веществам относят углеводы, липиды,
белки, нуклеиновые кислоты. Эти вещества — полимеры —
высокомолекулярные макромолекулы, состоящие из моно-
меров — низкомолекулярных аминокислот, нуклеотидов,
моносахаров. Полимеры, образованные разными мономе-
рами, — 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 входя-
щих 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. «Калие-
вый насос» клетки способствуют проникновению веществ
через клеточную мембрану. Активизирует процессы жиз-
недеятельности 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 со-
став 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. Важней-
ший компонент клетки — вода. Она содержится в цито-
плазме, клеточном соке, кариоплазме, органоидах. Содер-
жание 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: гидро-
фильные — соли, сахара, спирты, некоторые белки (гис-
тоны, альбумины). Для этих полярных веществ вода —
лучший растворитель. Растворяясь в ней, они вступают
в химические реакции и легко транспортируются. И гидро-
фобные — плохо или вовсе нерастворимые в воде: липиды,
некоторые белки (фибриллярные, глобулины), нуклеино-
вые 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 обес-
печивает постоянство температурного режима клетки. Не-
обходимость 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 биохими-
ческих процессов, происходящих в клетке;
4) обеспечивает транспорт веществ через биологичес-
кую 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 содержа-
ние углеводов колеблется от 1 до 5% (в клетках печени),
в растительных доходит до 70% (в плодах, семенах). Раз-
личают 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 моно-
сахара делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и геп-
тозы. 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 мо-
лекул моносахаридов, т. е. отщепления воды и образования
гликозидной связи. К ним относят мальтозу (глюкоза +
+ глюкоза), лактозу (глюкоза + галактоза), сахарозу (глю-
коза + 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 строи-
тельного материала. Крахмал и гликоген — полимеры глю-
козы. 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 расте-
ниями, грибами, беспозвоночными в качестве укрепля-
ющих, 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. Муко-
полисахариды 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 распространен-
ные 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 многоатом-
ных спиртов. Предохраняют покровы животных от нама-
чивания, листья и плоды растений от повреждений и бак-
терий. 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 выделя-
ется 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 амино-
кислот. Аминокислоты имеют аминогруппу (–NH2) и кар-
боксильную группу (–COOH). Соединяясь между собой
пептидными связями, образуют полипептиды. Такая ли-
нейная последовательность аминокислот — первичная
структура белка. Она уникальна и определяется последо-
вательностью 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 про-
странственно укладывается в «клубок». Глобула для каж-
дого белка специфична, но в нее укладываются не все
белки (коллаген, кератин, миозин остаются во вторичной
структуре — так называемые фибриллярные белки). Удержи-
вается 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 струк-
туру вплоть до распада полипептидной цепи под воздей-
ствием ультрафиолета, химических реагентов, тяжелых
металлов, высоких температур. Если первичная структура

сохранилась, то белок может ренатурировать — вновь при-
обрести 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 расщеп-
ляет крахмал, трипсин — белки, змеиный яд;
2) структурная. Белки входят в состав мембран, кле-
точных органелл, опорных образований; коллаген хрящей
и сухожилий, кератин волос, перьев, ногтей, когтей, белки
оболочки вирусов;
3) сократительная. За счет изменения третичной струк-
туры 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 свер-
тывании 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 обра-
зуют нуклеотиды. При этом с фосфорной кислотой пентоза
связана эфирной связью, с основанием — глюкозидной.
Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклео-
тиды, 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 угле-
родный компонент — дезоксирибоза, азотистые основания:
аденин, гуанин, цитозин, тимин. Азотистые основания нук-
леиновых кислот — производные пурина (аденин и гуанин)
и пиримидина (цитозин, тимин, урацил). В зависимости от
наличия азотистого основания нуклеотиды называются
адениновый, цитозиновый, гуаниновый, тиминовый, ураци-
ловый.
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 иду-
щие 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 спи-
рали в макромолекуле образуются два «желобка»: малый,
расположенный между двумя полинуклеотидными цепями,
и большой — представляет проем между витками. Рассто-
яние между парами оснований по оси молекулы ДНК со-
ставляет 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 наслед-
ственных свойств от материнской клетки к дочерним.
Синтезу ДНК предшествует переход ее структуры от