Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира

     Естественные  термоядерные реакторы – звёзды

           Энергия связи нуклонов в ядре в сравнении с  энергией связи электронов в атоме (энергия связи нуклонов в ядре намного больше энергии связи электронов в атоме) 

Тема  2-03-05. Химические системы 

     Атом  (наименьшая химическая частица, состоит из ядра и электронной оболочки)

     Изотопы (атомы одного и того же химического элемента, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов)

     Невозможность классического описания поведения  электронов в атоме (возможно только вероятностное описание)

     Дискретность  электронных состояний в атоме (энергия электронов в атоме имеет дискретные значения)

     Организация электронных состояний атома  в электронные оболочки

     Переходы  электронов между электронными состояниями  как основные атомные процессы (возбуждение  и ионизация)

     Химический  элемент (разновидность атома с определенным зарядом ядра)

     Молекула  (наименьшая частица вещества, определяющая его свойства)

     Вещества: простые и сложные (соединения) (молекулы простых веществ состоят из атомов одного и того же химического элемента)

     Понятие о качественном и количественном составе вещества (качественный состав: из каких химических элементов состоит вещество)

     Катализаторы  (вещества, которые ускоряют химические реакции)

     Биокатализаторы (ферменты)

     Полимеры  (вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев (групп атомов), называемых мономерами)

     Мономеры 

     Периодический закон Д. И. Менделеева (свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра)

            Периодическая система как графическое отображение периодического закона: периоды (физический смысл номера периода), группы (физический смысл номера группы) (номер периода совпадает с количеством электронных оболочек, номер группы совпадает с количеством электронов на внешней оболочке) 

Тема  2-03-06. Реакционная способность веществ 

Химический процесс

Тепловые эффекты процессов (экзо-, эндотермические) (экзотермические – это реакции, протекающие с выделением тепла)

Понятие о химической кинетике (наука о закономерностях химических процессов)

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: влияние концентрации - закон действующих масс (скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ)

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: влияние температуры -правило Вант-Гоффа (при увеличении температуры на 10⁰ скорость реакции возрастает в 2-4 раза)

Энергия активации (энергетический барьер реакции) (это избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества)

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: катализ

Понятие об автокатализе (явление, при котором в качестве катализаторов выступают продукты реакции)

Состояние равновесия (состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны) и условия его смещения: принцип Ле Шателье (если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в том направлении, которое ослабляет это воздействие) 

Тема  2-03-07. Особенности биологического уровня организации материи 

Системность живого (живая природа представляет собой иерархически организованную систему)

Иерархическая организация живого: клетка – единица  живого

Иерархическая организация природных биологических  систем:

биополимеры –  органеллы – клетки – ткани – органы – организмы – популяции – виды

Иерархическая организация природных экологических  систем:

 особь –  популяция – биоценоз – биогеоценоз  – экосистемы более высокого  ранга (саванна, тайга, океан)  – биосфера)

Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы, их основная роль в живом

Химический состав живого: атом углерода – главный  элемент живого, его уникальные особенности:

- способность  атомов связываться друг с  другом с образованием разнообразных структур,  являющихся несущей основой органических молекул (многообразие органических молекул)

-  способность  связываться с другими атомами  близких радиусов (кислородом, азотом, серой)  с образованием менее  прочных связей (возникновение функциональных групп), которые обусловливают химическую активность органических соединений

- способность  к образованию двойных, тройных  связей –  другая причина химической активности

- функциональные  группы (если их не менее двух  в молекуле) и кратные связи обусловливают способность к образованию высокомолекулярных соединений

- возможность  существования в виде асимметричного (хирального) центра – одна из  причин хиральности молекул живого

Химический состав живого: вода, ее роль для живых организмов:

- высокая полярность молекул воды и как  следствие – ее химическая активность и высокая растворяющая способность

- высокие теплоемкость, теплота испарения и теплота плавления – основа поддержания температурного гомеостаза живых организмов и регулирования климата планеты

- аномальная  плотность в твердом состоянии  – причина существования жизни  в замерзающих водоемах

- высокое поверхностное  натяжение – жизнь на поверхности  гидросферы, передвижение растворов  по сосудам растений

Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных соединений – высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и надмолекулярные структуры,  разнообразие строения и свойств

Симметрия и  асимметрия живого   

Хиральность молекул живого (способность отклонять поляризованные лучи света)

Открытость живых  систем (они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией)

Открытость живых  систем

Обмен веществ и энергии

Самовоспроизведение                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живой системы

Каталитический  характер химии живого

Специфические свойства  ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и скорость ферментативных реакций, главные причины чего –  комплементарность фермента и реагента, высокомолекулярный характер фермента 

Тема  2-03-08. Принципы воспроизводства живых систем 

Полипептиды как предшественники белков

Белки как высокомолекулярные соединения с особым комплексом свойств

Аминокислоты – мономеры белков

Уровни организации  белковой молекулы (первичная (последовательность аминокислот в белковой молекуле), вторичная (образование спирали), третичная (спираль сворачивается в шарик – глобулу), четвертичная (объединение нескольких глобул))

Функции белков: ферментативная, регуляторная, транспортная, защитная, двигательная (сократительные белки)

Липиды и их функции: энергетическая, структурная (липидные мембраны)

Углеводы и их функции: энергетическая, структурная

Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот (состоят из азотистого основания, дезоксирибозы или рибозы, и остатка фосфорной кислоты)

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - ДНК, РНК (в молекулах РНК вместо тимина урацил, вместо дезоксирибозы - рибоза)

Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил

Комплементарность, комплементарные пары азотистых оснований (способность азотистых оснований избирательно соединяться друг с другом: А-Т (аденин соединяется с тимином), Г-Ц(гуанин – с цитозином))

Комплементарность цепей ДНК – основа важнейших  функций: хранения и передачи наследственной информации

Функции нуклеиновых кислот и процессы редупликации (удвоение цепи ДНК), транскрипции (переписывание информации с ДНК на информационную РНК), трансляции (синтез белка на основе генетического кода информационной РНК)

Генетический код

Кодон (триплет) (элементарная единица наследственности, кодирующая одну аминокислоту, состоит из 3х нуклеотидов. Вырожденность кода: одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов))

Свойства генетического  кода: триплетность, вырожденность, однозначность, универсальность, непрерывность (отсутствие пробелов и знаков препинания между триплетами (кодонами)) 

4. Порядок и беспорядок  в природе 

Тема 2-04-01. Динамические и статистические закономерности в природе   

Детерминизм (жёсткий) как идея полной предопределённости всех будущих событий

Критика концепции  детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности в движении атомов

Механи(сти)ческий детерминизм как:

- утверждение  о единственно возможной траектории  движения материальной точки  при заданном начальном состоянии;

- лапласова концепция  полной выводимости всего будущего (и прошлого)  Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики

Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы

Примеры динамических теорий:

- механика,

- электродинамика, 

- термодинамика,

- теория относительности,

- эволюционная  теория Ламарка, 

- теория химического строения

Невозможность абсолютно точного задания начального состояния системы вследствие неизбежной погрешности измерений

Невозможность достаточно точного задания начального состояния систем с динамическим хаосом, для которых любая допущенная в измерениях или расчётах погрешность очень быстро нарастает с течением времени

Примеры систем с динамическим хаосом: погода и климат, турбулентность, фондовые рынки

Отличие хаоса (непредсказуемость  возникает вследствие слишком сильной  чувствительности поведения системы к начальным условиям) от беспорядка (поведение системы определяется постоянно действующими на неё неконтролируемыми факторами).

Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория, которая однозначно связывает между собой вероятности тех или иных значений физических величин

Основные понятия  статистической теории:

- случайность  (непредсказуемость)