Роль воды и кислорода в организмах

 

РОЛЬ ВОДЫ  И КИСЛОРОДА  В ОРГАНИЗМАХ                                                                                                            Все живые существа в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород.

Дыхание — одна из основных функций живого организма. Оно основано на поглощении кислорода из окружающей среды и возвращении в нее  углекислого газа.

У небольших животных организмов, например дождевых червей, у которых  отношение поверхности тела к  их объему достаточно велико, дыхание  совершается через покровы. Обязательным условием этого простейшего вида дыхания является постоянная влажность  кожи. Кислород воздуха, растворяясь  в жидкости, смачивающей кожу, проникает  в организм путем диффузии.

У животных организмов с более  энергичной жизнедеятельностью газовый  обмен с внешней средой совершается  через специальные органы дыхания. У большинства насекомых таким  органом служат трахеи — система  тонких трубок-капилляров, выходящих  на поверхность кожи парными отверстиями  — дыхальцами. Внутри эти трубки разветвляются, проникая во все части  тела. При дыхании насекомого создается  как бы всасывание и выталкивание газов из трахей, что обеспечивает постоянный приток кислорода в организм.

Дыхание у рыб осуществляется при помощи жабер, обладающих сильно развитой поверхностью. Жабры состоят из выростов, густо оплетенных кровеносными сосудами. Снаружи жабры защищены жаберными крышками. Рыбы всасывают воду через ротовое отверстие и, омывая жабры, выталкивают ее наружу из-под жаберных крышек. Растворенный в воде кислород диффузией проникает через тонкие пленки выростов жабер и, поглощаясь

кровью, разносится по всему  организму. Происходит окисление клеток. Образующийся углекислый газ захватывается  кровью и через жабры уходит в  воду.

Потребление кислорода человеком  и большинством животных на земле  происходит через легкие и частично через кожу. Человек начинает потреблять кислород с первого момента своего появления на свет. Первый вдох у  новорожденного обычно происходит самопроизвольно, но иногда его приходится вызывать искусственно. Шлепком по телу младенца вызывают соответствующее раздражение  дыхательных органов, которые после  первого вдоха не прекращают своей  работы до конца жизни.

Вода играет важную роль в  жизни организма. В воде растворяется большинство веществ, которые необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности  органов и тканей. Она является средой, в которой происходят почти  все биохимические и биофизические  реакции, связанные с обменом  веществ и необходимые для  обеспечения жизни. Вода выполняет роль транспортной системы (перенос питательных веществ, энзимов, продуктов метаболизма, газов, антител и др.). С помощью воды выводятся из организма продукты обмена веществ (шлаки), поддерживается состояние гомеостаза (кислотно-основное, осмотическое, гемодинамическое, термическое равновесие); отдача тепла организмом в окружающую среду происходит путем испарения воды е поверхности кожи и через легкие. Вода необходима для образования секретов и экскретов, обеспечения определенного тургора тканей; она способствует разжижению   каловых   масс.

Потребность организма в  воде соответствует количеству теряемой жидкости. В нормальных условиях водные потери у взрослого человека за сутки  в среднем составляют 2300—2800 мл (с  мочой — около 1500 мл, путем потоотделения и испарения — 400—700 мл, при дыхании — 300—400 мл, с калом — 70—200 мл). В связи с этим потребность взрослого человека в воде в среднем составляет 35—45 мл на 1 кг массы тела. При тяжелой физической работе и высокой внешней температуре (в жарком климате, в горячих цехах и т. д.) водные потери организма, а следовательно, и потребность в воде увеличиваются.

                  ФЕРМЕНТЫ , ВИТАМИНЫ, ГОРМОНЫ , ФАКТОРЫ РОСТА , ИХ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМОВ                                                                                                           Факторы роста клетки представляют собой полипептиды с молекулярной массой 5 • 103-104 дальтонов. Подобно гормонам, они стимулируют или подавляют деление, дифференцировку, подвижность, метаболизм, другие проявления

жизнедеятельности и гибели клеток. В отличие от гормонов, факторы  роста производят неспециализированные клетки, которые можно встретить  во всех тканях. Эти факторы поступают  в кровь и попадают в других клеток. Факторы роста взаимодействуют  с рецепторными молекулами в составе  клеточных мембран. 

 

Если теряется нервно-гуморальный  контроль над развитием и ростом клеток или нарушается взаимодействие между различными клетками, то это  может привести к развитию злокачественных  опухолей. Один фактор роста может  влиять на клетки, а разные - на одну клетку. Фактор роста, синтезированный  в клетке, может не выделяться наружу и влиять на ее функции. Один и тот  же фактор роста может по-разному  влиять на клетки разных типов: например, стимулировать дифференцировку  одних и тормозить деление  других. 

 

На уровень синтеза  факторов роста клетки влияют гормон роста, инсулин, половые гормоны  и т.д.. В частности, инсулин и половые гормоны повышают уровень выработки факторов роста клетками печени, а глюкокор-тикоиды (гормоны коры надпочечников), наоборот, его снижают. 

 

Ключевые термины и  понятия. Биологически активные вещества, витамины, гормоны, нейрогормоны, медиаторы, факторы роста. 

 

Биологически активные вещества - это органические соединения различной  химической природы, способные влиять на обмен веществ и превращения  энергии в живых существах. К  биологически активным веществам относятся  ферменты, витамины, гормоны, нейрогормоны, фитогормоны, антибиотики и т.д.. 

 

Витамины - биологически активные низкомолекулярные органические соединения, участвующие в обмене веществ  и превращении энергии, в основном как компоненты сложных ферментов. Гормоны - органические вещества, способные  включаться в цикл биохимических  реакций и регулировать процессы обмена веществ и превращения  энергии. Их производят эндокринные  железы человека и животных. Нейрогормоны, которые производят определенные нервные клетки, влияют на организм так же, как и гормоны. Медиаторы - физиологически активные вещества, которые обеспечивают межклеточные взаимодействия в нервной системе и между нейронами и клетками других типов. В частности, они участвуют в передаче нервного импульса между нейронами и между нейронами и мышечными клетками.  

 

Факторы роста - это полипептиды, которые производят клетки различных  тканей. Подобно гормонам, они стимулируют  или подавляют деление, дифференцировку, подвижность, метаболизм, другие проявления жизнедеятельности и гибели клеток.

 

     СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ И ФУНКЦИИ ЕЕ ОРГАНОИДОВ

Главные органоиды	Строение	Функции
1. Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды.	1. Обеспечивает взаимодействие ядра  и органоидов. 2. Выполняет транспортную функцию.
2. ЭПС	Система мембран в цитоплазме, образующая каналы и более крупные полости.	1. Осуществляет реакции, связанные  с синтезом белков, углеводов,  жиров. 2. Способствует переносу и циркуляции  питательных веществ в клетке.
3. Рибосомы	Мельчайшие клеточные органоиды.	Осуществляет синтез белковых молекул, их сбору из аминокислот.
4. Митохондрии	Имеют сферическую, нитевидную, овальную и др. формы. Внутри митохондрии находятся  складки (дл. от 0,8 до 7 мк).	1. Обеспечивает клетку энергией. Энергия  освобождается при распадении  АТФ. 2. Синтез АТФ осуществляется  ферментами на мембранах митохондрии.
5. Хлоропласты	Имеет форму дисков, отграниченных  от цитоплазмы двойной мембраной.	Используют световую энергию солнца и создают органические вещества из неорганических.
6. Комплекс Гольджи	Состоит из крупных полостей и системы, отходящих от них трубочек, образующих сеть, от которой постоянно отделяются крупные и мелкие пузырьки.	Принимает продукты синтетической деятельности клетки и веществ, поступивших в  клетку из внешней среды (белки, жиры, полисахариты).
7. Лизосомы	Небольшие округлые тельца (диам. 1 мк)	Выполняют пищеварительную функцию.
8. Клеточный центр	Состоит из двух маленьких телец –  центриолей и центросферы – уплотненного участка цитоплазмы.	1. Играет важную роль при делении  клеток. 2. Участвует в образовании веретена  деления.
9. Органоиды движения клеток	1. Реснички, жгутики имеют одинаковое  ультратонкое строение. 2. Миофибриллы состоят из чередующихся  темных и светлых участков. 3. Псевдоподии.	1. Выполняют функцию движения. 2. За счет их происходит сокращение  мышц. 3. Передвижение за счет сокращения  особого сократительного белка.

 

ПЛАСТИДЫ, ИХ ФУНКЦИИ И  СТРОЕНИЕ , ФОТОСИНТЕЗ.                                               Пласти́ды (от др.-греч. πλαστός — вылепленный) — органоиды эукариотических растений и некоторых фотосинтезирующих простейших (например, эвглены зеленой). Покрыты двойной мембраной и имеют в своём составе множество копий кольцевой ДНК. По окраске и выполняемой функции выделяют три основных типа пластид:

• Лейкопласты — неокрашенные пластиды, как правило выполняют запасающую функцию. В лейкопластах клубней картофеля накапливается крахмал. Лейкопласты высших растений могут превращаться в хлоропласты или хромопласты.
• Хромопласты — пластиды, окрашенные в жёлтый, красный или оранжевый цвет. Окраска хромопластов связана с накоплением в них каротиноидов. Хромопласты определяют окраску осенних листьев, лепестков цветов, корнеплодов, созревших плодов.
• Хлоропласты — пластиды, несущие фотосинтезирующие пигменты — хлорофиллы. Имеют зелёную окраску у высших растений, харовых и зелёных водорослей. Набор пигментов, участвующих в фотосинтезе (и, соответственно, определяющих окраску хлоропласта) различен у представителей разных таксономических отделов. Хлоропласты имеют сложную внутреннюю структуру.

                                                   Важным свойством хлоропластов является их способность к движению. Хлоропласты передвигаются не только вместе с цитоплазмой, но способны и самопроизвольно изменять свое положение в клетке. Скорость движения хлоропластов составляет около 0,12 мкм/с. Хлоропласты могут быть распределены в клетке равномерно, однако чаще они скапливаются около ядра и вблизи клеточных стенок. Большое значение для расположения хлоропластов в клетке имеют направление и интенсивность освещения. При малой интенсивности освещения хлоропласты становятся перпендикулярно к падающим лучам, что является приспособлением к лучшему их улавливанию. При высокой освещенности хлоропласты передвигаются к боковым стенкам и поворачиваются ребром к падающим лучам. Получены данные, что движение хлоропластов регулируется синим светом. В зависимости от освещения может также меняться и форма хлоропластов. При более высокой интенсивности света их форма становится ближе к сферической.

Основная функция хлоропластов — это фотосинтез. В 1955 г. Д. Арнон показал, что в изолированных хлоропластах может быть осуществлен весь процесс фотосинтеза. Важно отметить, что хлоропласты имеются не только в клетках листа. Они встречаются в клетках не специализирующихся на фотосинтезе органов: в стеблях, колосковых чешуйках и остях колосьев, корнеплодах, клубнях картофеля и т. д. В ряде случаев зеленые пластиды обнаруживаются в тканях, расположенных не в наружных, освещенных частях растений, а в слоях, удаленных от света: в тканях центрального цилиндра стебля, в средней части луковицы лилейных, а также в клетках зародыша семени многих покрытосеменных растений. Последнее явление (хлорофиллоносность зародыша) привлекает внимание систематиков растений. Имеются предложения разделить все покрытосеменные растения на две большие группы: хлороэмбриофиты и лейкоэмбриофиты, содержащие и не содержащие хлоропласты в зародыше (М.С. Яковлев). Исследования показали, что структура хлоропластов, расположенных в других органах растения, так же как и состав пигментов, сходны с хлоропластами листа. Это дает основания считать, что они способны к фотосинтезу. В том случае, если они подвергаются освещению, по-видимому, в них действительно происходит фотосинтез. Так, фотосинтез хлоропластов, расположенных в остях колоса, может составлять около 30% от общего фотосинтеза растения. Позеленевшие на свету корни способны к фотосинтезу. В хлоропластах, находящихся в кожуре плода до определенного этапа его развития, также может идти фотосинтез. Согласно предположению А.Л. Курсанова, хлоропласты, расположенные вблизи проводящих путей, выделяя кислород, способствуют повышению интенсивности обмена веществ ситовидных трубок.

Вместе с тем роль хлоропластов не ограничивается их способностью к  фотосинтезу. В определенных случаях  они могут служить источником питательных веществ (Е.Р. Гюббенет). Хлоропласты содержат большое количество витаминов, ферментов и даже фитогормонов (в частности, гиббереллина и абсцизовой кислоты). В условиях, при которых ассимиляция исключена, зеленые пластиды могут играть активную роль в процессах обмена веществ. Известно, что присутствие листьев, находящихся в условиях, исключающих фотосинтез (закрывание землей), улучшает рост растений. Также доказано благоприятное влияние листьев на процесс сращивания привоя и подвоя. Все сказанное еще раз подчеркивает многообразную роль, которую играют зеленые пластиды в жизни растительного организма.

ЦИТОТЕХНОЛОГИИ-ВОЗМОЖНОСТИ  И ПЕРСПИКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Основные положения современной  клеточной теории 

 

1. Клетка является элементарной  структурной единицей живого (за  исключением неклеточных форм  жизни). Существуют два типа организации  клеток - прокариотических и эукариотических.  

 

 

 

2. Клетки похожи по строению. Это обусловлено их не родством  и сходством функций, которые  они выполняют. разнообразие клеток связана с различиями прокариот и еука-риотив, разным образом жизни одноклеточных организмов и функциональной специализацией клеток многоклеточных еука-патриотический организмов.  

 

3. Клетка является целостной  системой. Все клетки состоят  из отдельных компонентов, которые  специализируются на выполнении  определенных функций и имеют  присущую им строение. Но любая функция клетки является следствием взаимосогласованной работы этих компонентов. 

 

4. Клетки размножаются  путем деления. Прокариоты присущ  бинарный разделение, а эукариоты  - митоз и мейоз. Перед делением  в клетке происходит репликация  ДНК. 

 

5. Многоклеточные организмы  являются сложными комплексами  клеток, которые объединены в  ткани и органы. 

 

Клеточная инженерия. Создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизации протопластов или животных клеток, в широком - различные манипуляции с ними, направленные на решение научных  и практических задач. Является одним  из основных методов биотехнологии. Используется для решения теоретических  проблем в биотех-нологии, для создания новых форм растений, обладающих полезными признаками и одновременно устойчивых к болезням. 

 

Гибридизация соматических клетки. В основе метода лежит слияние клеток, вследствие чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. гетерокарионы, образовавшиеся дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам, и даже между растительными и животными клетками - Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного деления, в картирования генов в хромосомах человека, в анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибридомы, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.