رشته زیست‌شناسی)
نام منبع: زیست‌شناسی جانوری
مؤلف: دکتر عبدالمجید حاجی‌مرادلو
رشته: زیست‌شناسی
مقطع کارشناسی
تهیه‌کننده: فروغ احمدی
عضو هیئت علمی واحد کرج
پیشگفتار:
* هدف نهايي اين درس اشنايي با ماده، حیات و منشأ حیات و عناصر و مولکولهای مختلف سازنده سلول و موجودات زنده،
* تاکسونومی یا طبقه‌بندی موجودات زنده و گروههای مختلف جانوران
* از پروتوزوآ تا خارپوستان از یکدیگر
* از نظر طرز زندگی و ساختمان بدنی است.
فصل اول
آشنایی با حیات
* هدف اصلی آشنایی با روش علمی عناصر و مولکولهای سازنده موجودات زنده و منشأ حیات است.
زمینه علمی
* بررسی و شناخت موجودات زنده، موضوع دانش زیست‌شناسی است.
* مطالعه زیست شناسی با دو پرسش آغاز میشود:
الف: علم چیست؟
ب: ”جاندار” چه ویژگیهایی دارد؟
* از زمان گالیله هر چیزی بر روشهای علمی منطبق باشد ”علم“ نامید میشود.
* دانشمندان می‌کوشند با استفاده از چند گام مربوط به هم به نام روش علمی مسایل علمی را حل کنند.
مشاهده
طرح پرسش
فرضیه سازی
آزمایش
دسته آزمایش دسته گواه(شاهد)
مدرک
نتیجه‌گیری و فرضیه‌سازی
گزارش عمومی
برای فرضیه سازی معمولا از منطق استقرایی استفاده میشود.
ماده و حیات
* موجودات زنده از قوانین فیزیکی و شیمیایی تبعیت می‌کنند.زنده بودنشان بخاطر غير عادي بودن ماده سازنده انهاست برای شناخت این سازمان یافتگی غیرعادی، مطالعه شیمی حیات ضرورت دارد.
* تمام مواد موجود در جهان از ساختار هاي اصلي يا عناصر ساخته شده اند. هر عنصر به وسیلۀ یک یا دو حرف که از الفبا انگلیسی و یا لاتین مشتق شده است مشخص میشود. هر عنصر از واحدهای بی‌نهایت کوچکی به نام اتم تشکیل شده است.
پیوند یونی یا الکترووالانسی
* در این روش تمایل عناصر به این است که با کامل کردن لایۀ خارجی خود به ثبات برسند. الکترونهای لایۀ خارجی از صفر تا هشت الکترون متغیر است. چنانچه لایۀ خارجی صفر یا هشت باشد عنصر از نظر شیمیایی غیرفعال است. ترکیباتی که از انتقالات الکترونی و کشش متقابل یونهای حاصل پدیدار میشود ترکیبات یونی نام دارند. پیوندهایی شیمیایی موجود در ترکیبات یونی از نوع پیوندهای یونی یا پیوندهای الکترووالانسی هستند.
پیوند کووالانسی یا سهیم شدن الکترونها
* ثبات اتمها می‌تواند از طریق سهیم شدن الکترونها نیز به دست آید.
پیوند هیدروژنی ( پیوندهای ضعیف‌تر)
* علاوه بر پیوندهای یونی و کوالانسی انواع مختلفی پیوندهای ضعیف‌تر بین اتمها و مولکولها وجود دارد. این پیوندهای ضعیف‌تر به‌طور عمده مسئول ساختمان سه بعدی بسیاری از مولکولهای زیستی نظیر پروتئینها و صفات زیستی آنهاست.
نیروی واندروالس
* نیروی ضعیفی است که در نتیجۀ ایجاد دوقطبیهای موقت به وجود می‌آید. نیروی واندروالسی نقش مهمی در واکنشهای آنزیمی به عهده دارد. فسفولیپیدها عمدتاً به وسیلۀ این نیروها نگهداری می‌شوند.
اسید، باز و نمک
* هر مولکولی که در یک محلول تفکیک شده و یون H آزاد نماید اسید نام دارد. بسته به اینکه چه مقدار یون هیدروژن در محلول آزاد شود اسید قوی یا ضعیف می‌باشد. از اسیدهای قوی اسید کلریدریک و اسید نیتریک. اسید کربنیک فقط به میزان کمی در آب تفکیک میشود.
* باز يون منفي هيدروكسيد است.از خصوصیات بازها توانایی ترکیب آنها با یون هیدروژن است لذا غلظت یون هیدروژن را کاهش می‌دهند.
* نمک نتیجۀ ترکیب شیمیایی یک اسید و باز است.
اسیدهای آلی
* اسیدهای ضعیف هستند و درصد کمی از یون تفکیک شده به کربوکسیل تبدیل میشود.
غلظت یون هیدروژن (pH)
* pH، لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن است. با کاهش یون، pH افزایش می‌یابد. در pH خنثی (7=pH) تعداد یونهای و با هم برابر است.
* تراکم یونهای هیدروژن و هیدروکسیل در سیستمهای زیستی اهمیت دارد.
* باید توجه داشت که در یک pH معین محلول (نقطۀ ایزوالکتریک) بار الکتریکی خالص اسید آمینه در هر دو حالت تفکیک نشده و زویتریون صفر است.
سیستمهای بافری
* pH مایعات زیستی باید در محدودۀ مشخصی ثابت بماند تا آنزیمها بتوانند به صورت فعال اثرات خود را به صورت مشخص بروز دهند.
* مادۀ زنده نمی‌تواند نوسانات زیادی را در موازنۀ طبیعی اسیدیی ـ قلیایی تحمل کند و pH آن باید ثابت بماند.
* ثابت ماندن pH سیستم زنده را هموستازی می‌گویند. موادی که تنظیم pH مناسب را برای اعمال سلول فراهم می‌سازند ترکیبات بافری نام دارند. یک بافر مخلوطی از اسید ضعیف و نمک کاملاً یونیزه آن است.
آب و اهمیت آن
* حیات در کرۀ زمین کاملاً به آب وابسته است.
* ثبوت و حفظ محیط آبی داخلی بدن موجودات زنده از مهمترین وظایف فیزیولوژیکی تمام موجودات زنده خشکی‌زی و آبزی است.
* آب دارای خصوصیات ویژه و منحصر به فردی است که آن را قادر می‌سازد نقش خاص و ویژه‌ای در سیستمهای زنده بازی کند.
* ساختمان مولکول آب غیرخطی است. آب یک مولکول قطبی است که اتم اکسیژن آن دارای بار منفی و اتم هیدروژن دارای بار مثبت است.
پیوند هیدروژنی
* دانسیتۀ یخ کمتر از دانسیتۀ آب مایع است. وقتی که سطح آب یخ می‌زند در واقع به عنوان مانع و عایقی جهت جلوگیری از یخ زدن لایه‌های زیرین عمل می‌نماید.
* به دلیل قوی بودن پیوندهای هیدروژنی در آب، نقطۀ جوش و ذوب آن بالاتر از حد انتظار از چنین مولکولی است. ظرفیت گرمایی ویژه آب بالاست.
* آب از تمام مایعات به استثنای جیوه کشش سطحی بالاتری دارد. علی‌رغم کشش سطحی بالا چسبندگی (ویسکوزیته) آب کم است. آب یک حلال عالی برای یونهای نمکهاست.
رادیکالهای آزاد
* گروههای فعال شیمیایی با الکترون آزاد را رادیکالهای آزاد می‌گویند. رادیکالهای آزاد مولکولهایی هستند که الکترون جفت ندارند. مثل زمانی که اکسیژن مولکولی یک الکترون مدار خود را از دست می‌دهد در این حالت ناثبات، مولکولها می‌توانند الکترون را از مولکول کناری خود بگیرند.
* اگر رادیکالهای آزاد الکترون خود را از DNA بگیرد تغییر ژنتیکی بروز کرده، و سرطان بروز خواهد کرد.
مولکولهای آلی
* واژۀ ترکیبات آلی به موادی که از مادۀ زنده ناشی شده است، اطلاق میشود. تمام مواد آلی از کربن تشکیل شده‌اند اما بسیاری علاوه بر کربن دارای هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر، املاح و سایر عناصر نیز می‌باشند.
* در ترکیبات آلی پیوند بین کربن ـ کربن و کربن ـ هیدروژن پیوند شیمیایی اصلی بخصوص در ترکیبات کربن‌دار می‌باشد.
کربوهیدراتها
* فراوانترین مادۀ آلی موجود در طبیعت هستند. از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند نسبت اکسیژن و هیدروژن آنها شبیه نسبت اکسیژن و هیدروژن در آب است.
قندهای ساده
* اساس مولکولهای کربوهیدراتی را قندهای ساده تشکیل می‌دهند و به آنها مونوساکارید نیز می‌گویند. قندها پیوندهای هیدروژنی با آب تشکیل می‌دهند و در آب محلول می‌باشند.
پلی‌ساکاریدها
* پیشوند پُلی به معنای زیاد است و پلی‌ساکاریدها کربوهیدراتهای پیچیده‌ای هستند که از تعداد زیادی قندهای ساده (معمولاً گلوکز) مرتبط به هم که تشکیل زنجیره طولانی (پلیمر) را می‌دهد تشکیل شده‌اند.
گلیکوژن
* گلیکوژن نیز از منابع مهم ذخیرۀ انرژی در جانوران است و به‌طور عمده در کبد و عضلات مهره‌داران وجود دارد.
نشاسته
لیپیدها
* لیپیدها از چربیها و شبه چربیها تشکیل شده‌اند. میزان قطبی بودن آنها کم است لذا در آب حل نمی‌شوند اما در حلالهای آلی نظیر استون و اتر حل می‌شوند. سه گروه عمدۀ ایپیدها را چربیهای خنثی، فسفولیپیدها و استروئیدها تشکیل می‌دهند.
* ترکیب اسید چرب و گلیسیرین را آسیل گلیسرول یا گلیسرید می‌نامند. آسیل گلیسرولها در اتر، کلروفرم و بنزن و همچنین اتانول گرم محلول‌اند.
فسفولیپیدها
* این لیپیدها بیشتر در غشاهای سلولی وجود دارند. تمام فسفولیپیدها دارای یک انتهای قطبی و دو انتهای طویل غیرقطبی می‌باشند. لیپیدهای قطبی را دی آمفی پاتیک می‌گویند.
* ـ سفالین
* ـ لستین
* استروئیدها
پروتئینها
پروتئینها پلیمرهای واحدهایی به نام اسید آمینه‌اند. فرمول کلی اسیدهای آمینه عبارت است از:
اسیدهای نوکلئیک
* اسیدهای نوکلئیک مواد پیچیده با وزن مولکولی بالا هستند که بقای حیات را میسر می‌سازد. دو نوع مهم اسیدهای نوکلئیک DNA و RNA می‌باشند که از تکرار واحدهای سازنده‌ای به نام نوکلئوتید تشکیل شده‌اند.
منشأ حیات
* تمام موجودات زنده از انسان تا کوچکترین میکروبها ـ که در مرز بین موجودات زنده و غیرزنده قرار گرفته‌اند در داشتن دو مولکول زیستی اسید نوکلئیک و پروتئین مشترکند.
* DNA مادۀ وراثتی موجودات زنده است که رمزهای وراثتی را به نسلهای آینده انتقال می‌دهد.
* تلاشهای فراوان چند جانبه‌ای با همکاری زیست‌شناسان، شیمیدانها، فیزیکدانها، زمین‌شناسان و فضانوردان برای یافتن پاسخی در مورد منشأ پیدایش حیات از سال 1950 شروع شد.
* نظریۀ تولید مثل خودبه خودی بدون چون و چرا تا زمان رنسانس پذیرفته شده بود.
* کارهای پاستور نشان داد که هیچ موجود زنده‌ای از مواد بی‌جان تولید نمی‌شود.
* بیوشیمیست روسی به نام آلکساندر اُپارین و زیست‌شناس انگلیسی به نام هالدین به طور جداگانه اظهار کردند که حیات پس از یک دورۀ طولانی «تکامل مولکولی غیرزیستی» به‌طور غیرقابل تصوری به وجود آمده است.
* اُپارین نیز پیشنهاد نمود که اتمسفر اولیه زمین فاقد اکسیژن بوده و در عوض دارای گازهای هیدروژن، متان، آمونیاک و سایر ترکیبات احیاکننده بوده است.
* زمین د رحدود 5 ـ 5ر4 میلیارد سال پیش به وجود آمد و در آغاز به صورت توده‌ای تابنده از هیدروژن و دیگر عنصرهای آزاد بود.
* باور بر این است که اتمسفر اولیۀ زمین شامل مقدار بسیار کمی اکسیژن بوده است و اتمسفر احیا شده وجود داشته که در آن مولکولهای غالب اکسیژن کمتری نسبت به هیدروژن داشته‌اند.
پیدایش و تشکیل اکسیژن
* از طریق فعالیتهای آتشفشانی آب، نیتروژن و دی‌اکسید کربن به طور مستمر وارد اتمسفر اولیه شدند و این اتمسفر از بخار آب اشباع شد که ریزش باران را به همراه داشت سپس دریاچه‌های کوچک تشکیل شده و تبدیل به اقیانوسها شدند.
اکسیژن به دو شکل به وجود آمده است.
* اثر فتولیتیک اشعۀ ماورای بنفش خورشید بر روی آب اتمسفر
* دومین و احتمالاً مهمترین منبع تشکیل اکسیژن فتوسنتز است.
سلول یا واحد حیات
* سلول مادۀ زنده‌ای است که توان تکثیر خود را داشته و با غشای قابل نفوذ خود خاصیت عبور انتخابی را داشته باشد. هر موجود زنده یک سلول است و یا زمانی یک سلول بوده است.
اصول تئوری سلولی
* پیکر همه موجودات زنده از سلول ساخته شده است.
* سلول کوچکترین واحد زنده است.
* همۀ موجودات زنده از سلول برخاسته‌اند.
مشاهده و روشهای مطالعۀ سلول
* میکروسکوپ
* یکی از قدیمیترین و آشناترین ابزارهای مطالعاتی زیست‌شناسان میکروسکوپ نوری است.
میکروسکوپ الکترونی
* میکروسکوپ الکترونی به دلیل داشتن حد تمیز کوچکتر دارای بزرگ‌نمایی بسیار بیشتری از میکروسکوپهای نوری است.
اتورادیوگرافی
* در این روش از خاصیت اثر مواد رادیواکتیو در تماس با فیلم عکاسی استفاده میشود و در نتیجه می‌توان محل ترکیبات رادیواکتیو را در داخل سلول معلوم کرده و به وسیلۀ میکروسکوپ مکانهایی را که روی فیلم عکاسی تحت تأثیر قرار گرفته‌اند مشاهده نمود.
تجزیه و تفکیک سلولی
* اولین گام در تجزیۀ سلولی پاره شدن سلول و آزاد شدن محتویات داخل سلولی بدون تغییر ساختمان و عمل آن می‌باشد. روند خرد کردن سلول را هموژنیزاسیون می‌گویند.
* سانتریفوژها دستگاههایی هستند که به کمک نیروی یک موتور الکتریکی لوله‌هایی را در یک محور عمودی با سرعتی قابل تنظیم می‌چرخانند.
سازماندهی سلولها
* در حقیقت محتویات سلولی به طور مداوم در حال تغییر و تحول هستند.
* سلولها به دو گروه کلی اُکاریوتها و پروکاریوتها تقسیم می‌شوند. پروکاریوتها غشای مشخص هسته‌ای و اندامکهای محصور در غشا را ندارند.
مطالعۀ ساختمان اجزای سلولهای اکاریوتیک
* ساختار اساسی تمام غشاهای زیستی از فسفولیپید دو لایه تشکیل شده است. یک انتهای مولکول محلول در آب (آب دوست) می‌باشد در حالی که انتهای دیگر شامل زنجیر هیدروکربنی اسیدهای چرب است و در آب نامحلول (آب گریز) است.
نفوذپذیری غشای سلولی
* غشای سلولی دارای خاصیت نفوذپذیری انتخابی است. عبور مواد از ورای غشا بر طبق سه مکانیسم عمدۀ زیر انجام میشود:
1. انتشار
2. انتشار تسهیلی یا
انتشار با واسطه
3. آندوسیتوز
اندوسیتوز و اگزوسیتوز
* اندوسیتوز اصطلاحی است که برای سه روند شبیه به هم فاگوسیتوز، پینوسیتوز و اندوسیتوز با واسطۀ گیرنده به کار می‌رود.
اتصالات بین سلولی (ساختهای پیوند دهنده)
* مهمترین این ارتباطات عبارت‌اند از اتصال چسبندۀ نواری، دسموزومها، اتصال مسدود نواری، اتصال با روزنه، و پلاسمودسماتا.
* ابتدایی‌ترین ارتباط بین سلولهای جانوری را اتصال با روزنه تشکیل می‌دهد که در واقع منفذ و یا کانال روزنه‌داری است
* که اجازۀ تبادل آسان مولکولهای کوچک یونها وجریانهای الکتریکی را از ورای غشای سلولی می‌دهد
* این کانالها از مرکز پروتئینهای پیچیده‌ای به نام کانکسون عبور می‌نمایند.
سیتوپلاسم
* سیتوپلاسم از زمینه‌ای نیمه مایع تشکیل شده که اندامکهای متعددی در آن معلقند.
* شبکۀ آندوپلاسمی ـ ریبوزوم ـ دستگاه گلژی ـ واکوئلها ـ میتوکندری ـ لیزوزوم ـ سانتریول ـ اسکلت سلولی ـ هسته
ازدیاد یا تقسیم سلولی
* مکانیسمی است که طی آن سلول ایجاد دو سلول دختر می‌نماید.
* حیات سلولی به طور کلی دارای دو مرحله انترفاز و میتوز می‌باشد.
* مراحل: انترفاز ـ میتوز ـ پروفاز ـ متافاز ـ آنافاز ـ تلوفاز
پاسخ با نقل قول
