Aineenvaihdunta ja energia eli aineenvaihdunta, - joukko aineiden ja energian kemiallisia ja fysikaalisia muutoksia, jotka tapahtuvat elävässä organismissa ja varmistavat sen elintärkeän toiminnan. Aineen ja energian aineenvaihdunta muodostaa yhden kokonaisuuden ja on aineen ja energian säilymislain alainen.
Aineenvaihdunta koostuu assimilaatio- ja dissimilaatioprosesseista. Assimilaatio (anabolia)- aineiden imeytymisprosessi kehossa, jonka aikana energiaa kulutetaan. Dissimilaatio (katabolismi)- monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden hajoamisprosessi, joka tapahtuu energian vapautuessa.
Ainoa energianlähde ihmiskeholle on ruoan mukana tulevien orgaanisten aineiden hapettuminen. Kun elintarvikkeet hajotetaan loppuelementeiksi - hiilidioksidiksi ja vedeksi - vapautuu energiaa, josta osa menee lihasten suorittamaan mekaaniseen työhön, toinen osa käytetään monimutkaisempien yhdisteiden synteesiin tai kerääntyy erityiseen korkeaenergiseen työhön. yhdisteet.
Makroergiset yhdisteet ovat aineita, joiden hajoamiseen liittyy suuri määrä energiaa. Ihmiskehossa korkeaenergisten yhdisteiden roolia hoitavat adenosiinitrifosforihappo (ATP) ja kreatiinifosfaatti (CP).
proteiiniaineenvaihdunta.
Proteiinit(proteiinit) ovat suurimolekyylisiä yhdisteitä, jotka on rakennettu aminohapoista. Toiminnot:
Rakenteellinen tai muovinen toiminto Proteiinit ovat kaikkien solujen ja solujen välisten rakenteiden pääkomponentti. Katalyyttinen tai entsymaattinen Proteiinien tehtävänä on niiden kyky nopeuttaa biokemiallisia reaktioita kehossa.
Suojaustoiminto proteiinit ilmenee immuunikappaleiden (vasta-aineiden) muodostumisena, kun vieras proteiini (esimerkiksi bakteeri) pääsee kehoon. Lisäksi proteiinit sitovat elimistöön joutuvia myrkkyjä ja myrkkyjä sekä varmistavat veren hyytymisen ja pysäyttävät verenvuodon haavojen sattuessa.
Kuljetustoiminto liittyy monien aineiden siirtoon. Proteiinien tärkein tehtävä on välittäminen perinnöllisiä ominaisuuksia , jossa nukleoproteiineilla on johtava rooli. Nukleiinihappoja on kahta päätyyppiä: ribonukleiinihapot (RNA) ja deoksiribonukleiinihapot (DNA).
Sääntelytoiminto proteiinien tarkoituksena on ylläpitää biologisia vakioita kehossa.
Energian rooli Proteiinit ovat vastuussa energian tuottamisesta kaikkiin elämiseen liittyviin prosesseihin eläinten ja ihmisten kehossa. Kun 1 g proteiinia hapetetaan, vapautuu keskimäärin yhtä paljon energiaa kuin 16,7 kJ (4,0 kcal).
Proteiinin tarve. Keho hajottaa ja syntetisoi jatkuvasti proteiineja. Ainoa uuden proteiinisynteesin lähde on ruokaproteiinit. Ruoansulatuskanavassa proteiinit pilkkoutuvat entsyymien vaikutuksesta aminohapoiksi ja imeytyvät ohutsuolessa. Aminohapoista ja yksinkertaisista peptideistä solut syntetisoivat oman proteiininsa, joka on ominaista vain tietylle organismille. Proteiineja ei voida korvata muilla ravintoaineilla, koska niiden synteesi elimistössä on mahdollista vain aminohapoista. Samalla proteiinilla voidaan korvata rasvoja ja hiilihydraatteja, eli sitä voidaan käyttää näiden yhdisteiden synteesiin.
Proteiinien biologinen arvo. Joitakin aminohappoja ei voida syntetisoida ihmiskehossa, ja ne on toimitettava ruoan mukana valmiissa muodossa. Näitä aminohappoja kutsutaan yleisesti korvaamaton tai elintärkeää. Näitä ovat: valiini, metioniini, treoniini, leusiini, isoleusiini, fenyylialaniini, tryptofaani ja lysiini sekä lapsilla myös arginiini ja histidiini. Välttämättömien happojen puute ruoassa johtaa häiriöihin proteiinien aineenvaihdunnassa elimistössä. Ei-välttämättömät aminohapot syntetisoidaan pääasiassa kehossa.
Proteiineja, jotka sisältävät kaikki tarvittavat aminohapot, kutsutaan biologisesti täydellinen. Proteiinien suurin biologinen arvo on maito, muna, kala ja liha. Biologisesti puutteellisia proteiineja ovat proteiineja, joista puuttuu vähintään yksi aminohappo, jota keho ei pysty syntetisoimaan. Epätäydelliset proteiinit ovat maissista, vehnästä ja ohrasta peräisin olevia proteiineja.
Typpitasapaino. Typpitase on ero ihmisen ravinnon sisältämän typen määrän ja sen pitoisuuden välillä ulosteissa.
Typpitasapaino- tila, jossa erittyneen typen määrä on yhtä suuri kuin kehoon joutuneen typen määrä. Typpitasapaino havaitaan terveellä aikuisella.
Positiivinen typpitase- tila, jossa typen määrä kehon eritteissä on huomattavasti pienempi kuin sen pitoisuus ruoassa, eli typen pidättymistä kehossa havaitaan. Positiivinen typpitase havaitaan lapsilla lisääntyneen kasvun vuoksi, naisilla raskauden aikana, intensiivisen urheiluharjoittelun aikana, mikä johtaa lihaskudoksen kasvuun, massiivisten haavojen paranemisen tai vakavista sairauksista toipumisen aikana.
Typen puute(negatiivinen typpitasapaino) havaitaan, kun vapautuvan typen määrä on suurempi kuin sen pitoisuus kehoon tulevassa ruoassa. Negatiivinen typpitasapainoa havaitaan proteiinin nälän, kuumeisten tilojen ja proteiiniaineenvaihdunnan neuroendokriinisen säätelyn häiriöiden aikana.
Proteiinien hajoaminen ja ureasynteesi. Tärkeimmät typpipitoiset proteiinien hajoamistuotteet, jotka erittyvät virtsaan ja hikeen, ovat urea, virtsahappo ja ammoniakki.
RASVAAINEENVAIHTO.
Rasvat jaetaan päällä yksinkertaiset lipidit(neutraalit rasvat, vahat), monimutkaiset lipidit(fosfolipidit,glykolipidit, sulfolipidit) ja steroideja(kolesteroli jajne.). Suurin osa ihmiskehon lipideistä on neutraaleja rasvoja. Neutraaleja rasvoja Ihmisten ruoka on tärkeä energianlähde. Kun 1 g rasvaa hapettuu, vapautuu 37,7 kJ (9,0 kcal) energiaa.
Aikuisen päivittäinen neutraalirasvan tarve on 70-80 g, 3-10-vuotiaille lapsille 26-30 g.
Energianeutraalit rasvat voidaan korvata hiilihydraatilla. On kuitenkin olemassa tyydyttymättömiä rasvahappoja - linoli-, linoleeni- ja arakidonihappoja, jotka on välttämättä sisällytettävä ihmisen ruokavalioon, niitä kutsutaan Ei vaihdettava lihavoitu hapot.
Neutraaleja rasvoja, jotka muodostavat ruoan ja ihmisen kudokset, edustavat pääasiassa rasvahappoja sisältävät triglyseridit - palmitiini,steariini, öljyhappo, linoli ja linoleeni.
Maksalla on tärkeä rooli rasva-aineenvaihdunnassa. Maksa on pääelin, jossa ketonikappaleita (beeta-hydroksivoihappo, asetoetikkahappo, asetoni) muodostuu. Ketonikappaleita käytetään energianlähteenä.
Fosfo- ja glykolipidejä löytyy kaikista soluista, mutta pääasiassa hermosoluista. Maksa on käytännössä ainoa elin, joka ylläpitää veren fosfolipidipitoisuutta. Kolesterolia ja muita steroideja voidaan saada ruoasta tai syntetisoitua kehossa. Kolesterolin pääasiallinen synteesipaikka on maksa.
Rasvakudoksessa neutraalia rasvaa kertyy triglyseridien muodossa.
Rasvojen muodostuminen hiilihydraateista. Liiallinen hiilihydraattien saanti ruoasta johtaa rasvan kertymiseen elimistöön. Normaalisti ihmisillä 25-30 % ruoan hiilihydraateista muuttuu rasvoiksi.
Rasvojen muodostuminen proteiineista. Proteiinit ovat muovimateriaaleja. Proteiineja käytetään energiatarkoituksiin vain äärimmäisissä olosuhteissa. Proteiinin muuttuminen rasvahapoiksi tapahtuu todennäköisimmin hiilihydraattien muodostumisen kautta.
HIILIHYDRaattiaineenvaihdunta.
Hiilihydraattien biologinen rooli ihmiskehossa määräytyy ensisijaisesti niiden energiatoiminnasta. 1 gramman hiilihydraattien energia-arvo on 16,7 kJ (4,0 kcal). Hiilihydraatit ovat suora energianlähde kaikille kehon soluille ja ne suorittavat plastisia ja tukitoimintoja.
Aikuisen ihmisen päivittäinen hiilihydraattitarve on noin 0,5 kg. Suurin osa niistä (noin 70 %) hapettuu kudoksissa vedeksi ja hiilidioksidiksi. Noin 25-28 % ravinnon glukoosista muuttuu rasvaksi ja vain 2-5 % siitä syntetisoituu glykogeeniksi eli kehon varahiilihydraatiksi.
Ainoa hiilihydraattimuoto, joka voi imeytyä, ovat monosakkaridit. Ne imeytyvät pääasiassa ohutsuolessa ja kulkeutuvat verenkierron mukana maksaan ja kudoksiin. Glykogeeni syntetisoidaan maksassa glukoosista. Tätä prosessia kutsutaan glykogeneesi. Glykogeeni voidaan hajottaa glukoosiksi. Tätä ilmiötä kutsutaan glykogenolyysi. Maksassa uusien hiilihydraattien muodostuminen on mahdollista niiden hajoamistuotteista (pyruviinihappo tai maitohappo) sekä rasvojen ja proteiinien hajoamistuotteista (ketohapot), joita kutsutaan nimellä glykoneogeneesi. Glykogeneesi, glykogenolyysi ja glykoneogeneesi ovat läheisesti toisiinsa liittyviä maksassa tapahtuvia prosesseja, jotka varmistavat optimaalisen verensokeritason.
Lihaksissa, samoinMaksassa syntetisoidaan glykogeenia. Glykogeenin hajoaminen on yksi lihasten supistumisen energianlähteistä. Kun lihasglykogeeni hajoaa, prosessi etenee pyruviini- ja maitohappojen muodostumiseen. Tätä prosessia kutsutaan glykolyysi. Lepovaiheen aikana glykogeenin uudelleensynteesi tapahtuu maitohaposta lihaskudoksessa.
Aivot sisältää pieniä hiilihydraattivarastoja ja vaatii jatkuvaa glukoosia. Aivokudoksessa oleva glukoosi hapettuu pääosin, ja pieni osa siitä muuttuu maitohapoksi. Aivojen energiankulutus katetaan yksinomaan hiilihydraatilla. Aivojen glukoosin saannin vähenemiseen liittyy muutoksia hermokudoksen aineenvaihduntaprosesseissa ja heikentynyt aivojen toiminta.
Hiilihydraattien muodostuminen proteiineista ja rasvoista (glykoneogeneesi). Aminohappojen muuntumisen seurauksena muodostuu palorypälehappoa, rasvahappojen hapettumisen aikana muodostuu asetyylikoentsyymi A:ta, joka voi muuttua glukoosin esiasteeksi, palorypälehapoksi. Tämä on tärkein yleinen reitti hiilihydraattien biosynteesiin.
Kahden pääenergianlähteen – hiilihydraattien ja rasvojen – välillä on läheinen fysiologinen suhde. Verensokerin nousu lisää triglyseridien biosynteesiä ja vähentää rasvojen hajoamista rasvakudoksessa. Vähemmän vapaita rasvahappoja pääsee vereen. Jos hypoglykemiaa esiintyy, triglyseridien synteesi estyy, rasvan hajoaminen kiihtyy ja vapaita rasvahappoja pääsee vereen suuria määriä.
VEDEN-SUOLON VAIHTO.
Kaikki kehossa tapahtuvat kemialliset ja fysikaalis-kemialliset prosessit tapahtuvat vesiympäristössä. Vesi suorittaa seuraavat tärkeät toiminnot kehossa: toimintoja: 1) toimii ruoan ja aineenvaihdunnan liuottimena; 2) kuljettaa siihen liuenneita aineita; 3) vähentää kitkaa kontaktipintojen välillä ihmiskehossa; 4) osallistuu kehon lämpötilan säätelyyn korkean lämmönjohtavuuden ja korkean haihtumislämmön ansiosta.
Aikuisen ihmisen kehon kokonaisvesipitoisuus on 50 —60% massastaan eli ulottuu 40-45 l.
Vesi on tapana jakaa solunsisäiseen, solunsisäiseen (72 %) ja solunulkoiseen, solunulkoiseen (28 %). Solunulkoinen vesi sijaitsee verisuonikerroksen sisällä (osana verta, imusolmuketta, aivo-selkäydinnestettä) ja solujen välisessä tilassa.
Vesi tulee kehoon ruuansulatuskanavan kautta nesteen tai veden muodossa, joka sisältyy tiheäänelintarvikkeita. Osa vedestä muodostuu kehossa itse aineenvaihduntaprosessin aikana.
Kun kehossa on liikaa vettä, sitä on yleinen ylihydraatio(vesimyrkytys), veden puutteessa aineenvaihdunta häiriintyy. 10 %:n veden menetys johtaa tilaan nestehukka(dehydraatio), kuolema tapahtuu, kun 20 % vedestä katoaa.
Veden mukana kehoon pääsee myös mineraaleja (suoloja). Lähellä 4% Ruoan kuivamassan tulee koostua mineraaliyhdisteistä.
Elektrolyyttien tärkeä tehtävä on niiden osallistuminen entsymaattisiin reaktioihin.
Natrium varmistaa solunulkoisen nesteen osmoottisen paineen pysyvyyden, osallistuu biosähköisen kalvopotentiaalin luomiseen ja happo-emästilan säätelyyn.
kalium tarjoaa solunsisäisen nesteen osmoottisen paineen, stimuloi asetyylikoliinin muodostumista. Kaliumionien puute estää anabolisia prosesseja kehossa.
Kloori Se on myös tärkein anioni solunulkoisessa nesteessä, mikä varmistaa jatkuvan osmoottisen paineen.
Kalsiumia ja fosforia niitä löytyy pääasiassa luukudoksesta (yli 90 %). Plasman ja veren kalsiumpitoisuus on yksi biologisista vakioista, koska pienetkin muutokset tämän ionin tasossa voivat johtaa vakaviin seurauksiin kehossa. Kalsiumpitoisuuden lasku veressä aiheuttaa tahattomia lihassupistuksia, kouristuksia ja kuoleman tapahtuu hengityspysähdyksissä. Veren kalsiumpitoisuuden nousuun liittyy hermo- ja lihaskudoksen kiihtymisen väheneminen, pareesin ilmaantuminen, halvaus ja munuaiskivien muodostuminen. Kalsiumia tarvitaan luuston rakentamiseen, joten sitä on saatava elimistölle riittävästi ravinnon kautta.
Fosfori osallistuu monien aineiden aineenvaihduntaan, koska se on osa korkeaenergisiä yhdisteitä (esim. ATP). Fosforin laskeutuminen luihin on erittäin tärkeää.
Rauta on osa hemoglobiinia ja myoglobiinia, jotka vastaavat kudoshengityksestä, sekä entsyymeistä, jotka osallistuvat redox-reaktioihin. Riittämätön raudan saanti elimistössä häiritsee hemoglobiinin synteesiä. Hemoglobiinin synteesin väheneminen johtaa anemiaan (anemiaan). Aikuisen raudan päivittäinen tarve on 10-30 mcg.
Jodi sitä löytyy elimistöstä pieninä määrinä. Sen merkitys on kuitenkin suuri. Tämä johtuu siitä, että jodi on osa kilpirauhashormoneja, joilla on voimakas vaikutus kaikkiin aineenvaihduntaprosesseihin, kasvuunja organismin kehitystä.
Koulutus ja energiankulutus.
Orgaanisten aineiden hajoamisen aikana vapautuva energia kertyy ATP:n muodossa, jonka määrä kehon kudoksissa pysyy korkealla tasolla. ATP:tä löytyy jokaisesta kehon solusta. Suurin määrä löytyy luurankolihaksista - 0,2-0,5%. Mikä tahansa solutoiminta osuu aina täsmälleen samaan aikaan ATP:n hajoamisen kanssa.
Tuhotetut ATP-molekyylit on palautettava. Tämä johtuu energiasta, joka vapautuu hiilihydraattien ja muiden aineiden hajoamisen aikana.
Kehon kuluttaman energian määrää voidaan arvioida sen lämmön määrän perusteella, jonka se luovuttaa ulkoiseen ympäristöön.
Energiankulutuksen mittausmenetelmät (suora ja epäsuora kalorimetria).
Hengityskerroin.
Suora kalorimetria perustuu kehon elinkaaren aikana vapautuvan lämmön suoraan määritykseen. Henkilö sijoitetaan erityiseen kalorimetriseen kammioon, jossa huomioidaan koko ihmiskehon luovuttama lämpömäärä. Kehon tuottama lämpö imeytyy kammion seinien väliin asetettavan putkijärjestelmän läpi virtaavaan veteen. Menetelmä on erittäin työläs ja sitä voidaan käyttää erityisissä tieteellisissä laitoksissa. Tämän seurauksena niitä käytetään laajasti käytännön lääketieteessä. epäsuora menetelmä kalorimetria. Tämän menetelmän ydin on, että ensin määritetään keuhkojen ventilaation tilavuus ja sitten imeytyneen hapen ja vapautuneen hiilidioksidin määrä. Vapautuneen hiilidioksidin tilavuuden suhdetta absorboituneen hapen määrään kutsutaan hengitysosamäärä . Hengityskertoimen arvon avulla voidaan arvioida hapettuneiden aineiden luonnetta kehossa.
Hapettumisen yhteydessä hiilihydraattien hengitysosamäärä on 1 koska yhden molekyylin täydelliseen hapettumiseen glukoosi Hiilidioksidin ja veden saavuttamiseksi tarvitaan 6 happimolekyyliä, ja 6 hiilidioksidimolekyyliä vapautuu:
С 6 Н12О 6 +60 2 = 6С0 2 +6Н 2 0
Hengityskerroin proteiinin hapettumiselle on 0,8, rasvan hapettumiselle - 0,7.
Energiankulutuksen määrittäminen kaasunvaihdolla. Määrälämpö vapautuu elimistöön, kun 1 litra happea kuluu - hapen kaloriekvivalentti - riippuu siitä, minkä aineiden hapettumisesta happea käytetään. Kalori ekvivalentti happi hiilihydraattien hapettumisen aikana on yhtä suuri kuin 21,13 kJ (5,05 kcal), proteiinit— 20,1 kJ (4,8 kcal), rasva - 19,62 kJ (4,686 kcal).
Energiankulutus ihmisillä määritetään seuraavasti. Henkilö hengittää 5 minuuttia suuhun asetetun suukappaleen kautta. Suukappale, joka on yhdistetty kumimateriaalista valmistettuun pussiin, on venttiilit Ne järjestetään näin Mitä mies hengittää vapaasti ilmakehän ilmaa ja puhaltaa ilmaa pussiin. Kaasun käyttö tuntia mittaa uloshengityksen tilavuus ilmaa. Kaasuanalysaattorin ilmaisimet määrittävät hapen ja hiilidioksidin prosenttiosuuden ihmisen sisään- ja uloshengittämästä ilmasta. Sitten lasketaan imeytyneen hapen ja vapautuneen hiilidioksidin määrä sekä hengitysosamäärä. Sopivan taulukon avulla määritetään hapen kaloriekvivalentti hengityskertoimen perusteella ja määritetään energiankulutus.
Perusaineenvaihdunta ja sen merkitys.
BX- vähimmäismäärä energiaa, joka tarvitaan kehon normaalin toiminnan ylläpitämiseen täydellisessä levossa, pois lukien kaikki sisäiset ja ulkoiset vaikutukset, jotka voivat lisätä aineenvaihduntaprosessien tasoa. Perusaineenvaihdunta määritetään aamulla tyhjään vatsaan (12-14 tuntia viimeisen aterian jälkeen), makuuasennossa, täydellisessä lihasrelaksaatiossa, lämpötilamukavuusolosuhteissa (18-20 °C). Perusaineenvaihdunta ilmaistaan kehon vapauttamana energiamääränä (kJ/vrk).
Täydellisen fyysisen ja henkisen rauhan tilassa keho kuluttaa energiaa 1) jatkuvasti esiintyviin kemiallisiin prosesseihin; 2) yksittäisten elinten (sydän, hengityslihakset, verisuonet, suolet jne.) suorittama mekaaninen työ; 3) rauhas-erityslaitteiston jatkuva toiminta.
Perusaineenvaihdunta riippuu iästä, pituudesta, painosta ja sukupuolesta. Voimakkain perusaineenvaihdunta 1 painokiloa kohden havaitaan lapsilla. Kun ruumiinpaino kasvaa, perusaineenvaihdunta kiihtyy. Terveen ihmisen keskimääräinen perusaineenvaihduntanopeus on noin 4,2 kJ (1 kcal) 1 tunnissa per 1 painokilo kehon.
Lepotilan energiankulutuksen kannalta kehon kudokset ovat heterogeenisiä. Sisäelimet kuluttavat energiaa aktiivisemmin, lihaskudos vähemmän aktiivisesti.
Perusaineenvaihdunnan intensiteetti rasvakudoksessa on 3 kertaa pienempi kuin kehon muussa solumassassa. Laihat ihmiset tuottavat enemmän lämpöä kiloa kohdenruumiinpaino kuin täysi.
Naisilla on alhaisempi perusaineenvaihdunta kuin miehillä. Tämä johtuu siitä, että naisilla on vähemmän massaa ja kehon pinta-alaa. Rubnerin säännön mukaan perusaineenvaihdunta on suunnilleen verrannollinen kehon pinta-alaan.
Perusaineenvaihdunnan arvon kausivaihtelut havaittiin - se lisääntyi keväällä ja laski talvella. Lihastoiminta lisää aineenvaihduntaa suhteessa suoritetun työn vakavuuteen.
Merkittävät muutokset perusaineenvaihdunnassa johtuvat kehon elinten ja järjestelmien toimintahäiriöistä. Lisääntynyt kilpirauhasen toiminta, malaria, lavantauti, tuberkuloosi, johon liittyy kuume, perusaineenvaihdunta lisääntyy.
Energiankulutus liikunnan aikana.
Lihastyön aikana kehon energiankulutus lisääntyy merkittävästi. Tämä energiakustannusten nousu on työn lisäystä, joka on sitä suurempi mitä intensiivisempi työ on.
Uneen verrattuna energiankulutus kasvaa 3 kertaa hitaasti kävellessä ja yli 40 kertaa juoksussa lyhyitä matkoja kilpailun aikana.
Lyhytaikaisen harjoittelun aikana energiaa kuluu hiilihydraattien hapettumisen kautta. Pitkän lihaskuntoharjoittelun aikana elimistö hajottaa pääasiassa rasvoja (80 % kaikesta tarvittavasta energiasta). Koulutetuilla urheilijoilla lihasten supistumisenergia saadaan yksinomaan rasvan hapetuksesta. Fyysistä työtä tekevälle henkilölle energiakustannukset nousevat suhteessa työn intensiteettiin.
RAVITSEMUS.
Kehon energiakustannusten täydentyminen tapahtuu ravintoaineiden kautta. Ruoan tulee sisältää proteiineja, hiilihydraatteja, rasvoja, kivennäissuoloja ja vitamiineja pieninä määrinä ja oikeassa suhteessa. Ruoansulatuskykyravintoaineet riippuvatkehon yksilöllisistä ominaisuuksista ja kunnosta, ruoan määrästä ja laadusta, sen eri aineosien suhteesta ja valmistustavasta. Kasviruoat ovat huonommin sulavia kuin eläintuotteet, koska kasviruoat sisältävät enemmän kuitua.
Proteiiniruokavalio edistää ravintoaineiden imeytymistä ja sulavuutta. Kun ruoassa hiilihydraatit hallitsevat, proteiinien ja rasvojen imeytyminen heikkenee. Kasvituotteiden korvaaminen eläinperäisillä tuotteilla tehostaa kehon aineenvaihduntaprosesseja. Jos annat lihasta tai maitotuotteista peräisin olevia proteiineja kasvisten sijaan ja vehnäleipää ruisleivän sijaan, elintarvikkeiden sulavuus paranee merkittävästi.
Siten ihmisten oikean ravinnon varmistamiseksi on tarpeen ottaa huomioon elintarvikkeiden imeytymisaste. Lisäksi ruoassa on välttämättä oltava kaikki välttämättömät (välttämättömät) ravintoaineet: proteiinit ja välttämättömät aminohapot, vitamiinit,erittäin tyydyttymättömiä rasvahappoja, kivennäisaineita ja vettä.
Suurin osa ruoasta (75-80 %) koostuu hiilihydraateista ja rasvoista.
Ruokavalio- henkilön päivässä tarvitsemien elintarvikkeiden määrä ja koostumus. Sen tulee täydentää kehon päivittäistä energiankulutusta ja sisältää riittävästi kaikkia ravintoaineita.
Ruoka-annosten laatimista varten on tiedettävä elintarvikkeiden proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien pitoisuudet sekä niiden energiaarvo. Näiden tietojen avulla on mahdollista luoda tieteellisesti perusteltu ruokavalio eri ikäisille, sukupuolille ja ammateille.
Ruokavalio ja sen fysiologinen merkitys. On tarpeen noudattaa tiettyä ruokavaliota ja järjestää se oikein: jatkuvat ruokailuajat, sopivat välit niiden välillä, päivittäisen ruokavalion jakautuminen päivän aikana. Sinun tulee aina syödä tiettyyn aikaan, vähintään 3 kertaa päivässä: aamiainen, lounas ja päivällinen. Aamiaisen energia-arvon tulisi olla noin 30 % kokonaisruokavaliosta, lounaan 40-50 % ja päivällisen 20-25 %. On suositeltavaa syödä illallinen 3 tuntia ennen nukkumaanmenoa.
Oikea ravitsemus varmistaa normaalin fyysisen kehityksen ja henkisen toiminnan, lisää kehon suorituskykyä, reaktiivisuutta ja vastustuskykyä ympäristön vaikutuksille.
I. P. Pavlovin ehdollisista reflekseistä annettujen opetusten mukaan ihmiskeho sopeutuu tiettyyn syömisaikaan: ruokahalu ilmestyy ja ruoansulatusmehut alkavat vapautua. Oikeat väliajat aterioiden välillä takaavat kylläisyyden tunteen tänä aikana.
Kolme kertaa päivässä syöminen on yleensä fysiologista. Kuitenkin neljä ateriaa päivässä on parempi, mikä lisää ravinteiden, erityisesti proteiinien, imeytymistä, yksittäisten aterioiden välissä ei ole nälän tunnetta ja hyvä ruokahalu säilyy. Tässä tapauksessa aamiaisen energia-arvo on 20%, lounaan - 35%, iltapäivän välipalan - 15%, illallisen - 25%.
Tasapainoinen ruokavalio. Ravitsemista pidetään järkevänä, jos ravinnontarve on täysin tyydytetty määrällisesti ja laadullisesti ja kaikki energiakustannukset korvataan. Se edistää kehon oikeaa kasvua ja kehitystä, lisää sen vastustuskykyä ulkoisen ympäristön haitallisia vaikutuksia vastaan, edistää kehon toimintakykyjen kehittymistä ja lisää työn intensiteettiä. Järkevä ravitsemus tarkoittaa ruoka-annosten ja ruokavalioiden kehittämistä suhteessa eri väestöryhmiin ja elinolosuhteisiin.
Kuten jo todettiin, terveen ihmisen ravitsemus perustuu päivittäisiin ruoka-annoksiin. Potilaan ruokavaliota ja ruokavaliota kutsutaan ruokavalioksi. Jokainen ruokavalio sisältää tiettyjä ruokavalion osia ja sille ovat tunnusomaisia seuraavat ominaisuudet: 1) energiaarvo; 2) kemiallinen koostumus; 3) fysikaaliset ominaisuudet (tilavuus, lämpötila, sakeus); 4) ruokavalio.
Aineenvaihdunnan ja energian säätely.
Ehdollisia refleksimuutoksia aineenvaihdunnassa ja energiassa havaitaan ihmisillä ennen käynnistystä ja työskentelyä edeltävässä tilassa. Urheilijat ennen kilpailun alkua ja työntekijä ennen työtä kokevat aineenvaihdunnan ja kehon lämpötilan nousun, hapenkulutuksen lisääntymisen ja hiilidioksidin vapautumisen. Voi aiheuttaa ehdollisia refleksimuutoksia aineenvaihdunnassa, energiaa ja lämpöprosessit ihmisillä on sanallinen ärsyke.
Hermostovaikutus aineenvaihdunta- ja energiajärjestelmät prosesseja kehossa suoritetaan useilla tavoilla:
Hermoston suora vaikutus (hypotalamuksen, efferenttihermojen kautta) kudoksiin ja elimiin;
Epäsuora vaikutus hermostoon kauttaaivolisäke (somatotropiini);
Epäsuorahermoston vaikutus tropiikin kautta hormonit aivolisäke ja sisäisen perifeeriset rauhaset eritys;
Suoraan vaikuttanut järjestelmä (hypotalamus) umpieritysrauhasten toimintaan ja niiden kautta kudosten ja elinten aineenvaihduntaprosesseihin.
Keskushermoston pääosasto, joka säätelee kaikenlaisia aineenvaihdunta- ja energiaprosesseja, on hypotalamus. Sillä on huomattava vaikutus aineenvaihduntaprosesseihin ja lämmöntuotantoon sisäiset rauhaset eritys. Lisämunuaiskuoren ja kilpirauhasen hormonit suuret määrät lisäävät kataboliaa eli proteiinien hajoamista.
Keho osoittaa selvästi hermoston ja endokriinisen järjestelmän läheisen toisiinsa liittyvän vaikutuksen aineenvaihdunta- ja energiaprosesseihin. Siten sympaattisen hermoston virityksellä ei ole vain suoraa stimuloivaa vaikutusta aineenvaihduntaprosesseihin, vaan se lisää myös kilpirauhas- ja lisämunuaishormonien (tyroksiini ja adrenaliini) eritystä. Tämän ansiosta aineenvaihdunta ja energia lisääntyvät entisestään. Lisäksi nämä hormonit itse lisäävät sympaattisen hermoston sävyä. Merkittäviä muutoksia aineenvaihdunnassa Ja lämmönvaihto tapahtuu, kun kehossa on puutos hormonitoimintaa umpirauhasten. Esimerkiksi tyroksiinin puute johtaa perusaineenvaihdunnan vähenemiseen. Tämä johtuu kudosten hapenkulutuksen vähenemisestä ja lämmöntuotannon vähenemisestä. Tämän seurauksena kehon lämpötila laskee.
Endokriinisten rauhasten hormonit osallistuvat aineenvaihdunnan säätelyyn Ja energiaa, muuttaa solukalvojen läpäisevyyttä (insuliini), aktivoi kehon entsyymijärjestelmiä (adrenaliini, glukagoni jne.) ja vaikuttaa niiden biosynteesissä (glukokortikoidit).
Siten aineenvaihdunnan ja energian säätelyä hoitavat hermo- ja hormonijärjestelmät, jotka varmistavat kehon sopeutumisen ympäristönsä muuttuviin olosuhteisiin.
Monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden tuhoutumisprosessi tapahtuu tietyssä järjestyksessä ja näiden reaktioiden katalyyttien - bakteerisolujen erittämien entsyymien - läsnä ollessa. Entsyymit ovat monimutkaisia proteiiniyhdisteitä (molekyylipaino saavuttaa satoja tuhansia miljoonia), jotka nopeuttavat biokemiallisia reaktioita. Entsyymit ovat yksi- ja kaksikomponenttisia. Kaksikomponenttiset entsyymit koostuvat proteiinista (apoentsyymi) ja ei-proteiiniosasta (koentsyymi). Koentsyymillä on katalyyttistä aktiivisuutta, ja proteiinikantaja lisää sen aktiivisuutta.
On olemassa entsyymejä, joita bakteerit tuottavat aineiden solunulkoiseen hajotukseen - eksoentsyymejä ja sisäisiä ruoansulatusentsyymejä - endoentsyymejä.
143
Entsyymien erikoisuus on, että kukin niistä katalysoi vain yhtä monista transformaatioista. On olemassa kuusi pääentsyymiluokkaa: oksireduktaasit; transferaasit; hydraasit; lyoosit; isomeraasit; ligaasit
Monimutkaisen orgaanisten aineiden seoksen tuhoamiseen tarvitaan 80-100 erilaista entsyymiä, joista jokaisella on oma optimaalinen lämpötilansa, jonka yläpuolelle reaktionopeus laskee.
Biologinen hapetusprosessi koostuu monista vaiheista ja alkaa orgaanisen aineksen hajoamisesta aktiivisen vedyn vapautumisella. Tässä prosessissa oksireduktaasiluokan entsyymeillä on erityinen rooli: dehydrogenaasit (poistavat vetyä substraatista), katalaasit (vetyperoksidin hajottaminen) ja peroksidaasit (aktivoidun peroksidin käyttäminen muiden orgaanisten yhdisteiden hapettamiseen).
On aineita, jotka lisäävät entsyymien aktiivisuutta - aktivaattoreita (vitamiinit, kationit Ca, Mg, Mn) ja estäjiä, joilla on päinvastainen vaikutus (esimerkiksi raskasmetallien suolat, antibiootit).
Entsyymejä, jotka ovat jatkuvasti läsnä soluissa substraatista riippumatta, kutsutaan konstitutiivisiksi. Entsyymejä, joita solut syntetisoivat vasteena ulkoisen ympäristön muutoksiin, kutsutaan adaptiivisiksi. Sopeutumisaika vaihtelee useista tunteista satoihin päiviin.
Biokemiallisen hapettumisen kokonaisreaktiot aerobisissa olosuhteissa voidaan esittää kaavamaisesti seuraavasti:
jossa CxHyOzN - kaikki jäteveden orgaaniset aineet; AN - energia; C5H7N02 on bakteerien soluaineen ehdollinen kaava.
Reaktio (I) osoittaa aineen hapettumisen luonteen täyttämään solun energiatarpeet (katabolinen prosessi), reaktio (II) - soluaineen synteesiä varten (anabolinen prosessi). Näiden reaktioiden hapenkulutus on BODkokonaisjätevesi
Joo. Reaktiot (III) ja (IV) luonnehtivat soluaineiden muuntumista ravinteiden puutteen olosuhteissa. Hapen kokonaiskulutus kaikissa neljässä reaktiossa on noin kaksi kertaa niin suuri kuin (I) ja (II).
Suuri määrä biokemiallisia reaktioita tapahtuu koentsyymi A:n (tai CoA, CoA-SH-koentsyymiasylaation) avulla. Koentsyymi A on pantoteenihappo-β-merkaptoetyyliamidin ja adenosiini-3,5-difosfaatin (C21H36Ol67P3S) johdannainen, jonka molekyylipaino on 767,56. CoA aktivoi karboksyylihappoja muodostaen niiden kanssa CoA:n asyylijohdannaisia.
Bentsoehappo, etyyli- ja amyylialkoholit, glykolit, glyseriini, aniliini, esterit jne. hapettuvat helposti Nitroyhdisteet, "kovat" pinta-aktiiviset aineet, kolmiarvoiset alkoholit jne. Funktionaaliset ryhmät lisäävät kykyä hajota biologisesti yhdisteet seuraavassa järjestyksessä:
Tämä julkaisu sisältää vastauksia lukion 9. luokan biologian kokeen kysymyksiin. Nämä kysymykset on ehdottanut Venäjän federaation opetusministeriö, ja ne julkaistaan ministeriön virallisessa julkaisussa "Bulletin of Education".
Lippujen kysymykset on yhdistetty siten, että oikean ja yksityiskohtaisen vastauksen molempiin kysymyksiin missä tahansa lipussa voit arvioida tietosi biologiasta kokonaisuutena, etkä vain yhtä sen osioista. Paljon huomiota kiinnitetään sellaisiin yleisiin biologisiin ongelmiin kuin evoluutioprosessi, eläin- ja kasviorganismien lisääntyminen, eri elävien organismiryhmien rooli biokenoosissa, elinoloihin sopeutumisongelma jne.
Koulun oppikirjoista löydät tietysti vastaukset kaikkiin lipuissa esitettyihin kysymyksiin. Yksi tekijöiden tehtävistä oli helpottaa näitä hakuja ja yhdistää eri oppikirjoissa esiteltyä tietoa. Vastaukset kysymyksiin sisältävät jonkin verran koulun opetussuunnitelman ulkopuolelle jäävää aineistoa, joka mahdollistaa niiden käytön lukioissa, joissa biologian opetusohjelmat ovat huomattavasti erilaiset. Lisäksi niitä voidaan käyttää jatkossa koulun loppukokeisiin ja yliopistojen biologian pääsykokeisiin valmistautumiseen.
Lippu nro 1
1. Aineenvaihdunta ja energian muuntaminen. Aineenvaihdunnan merkitys ihmisen elämässä
Aineenvaihdunta koostuu erilaisten aineiden pääsystä kehoon ulkoisesta ympäristöstä, näiden aineiden assimilaatiosta ja muutoksesta sekä syntyvien hajoamistuotteiden vapautumisesta. Kaikkien näiden prosessien toteutuksen aikana havaitaan monia kemiallisia, mekaanisia, lämpö- ja sähköilmiöitä, energian muuntamista tapahtuu jatkuvasti: monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden kemiallinen energia, kun ne hajoavat, vapautuu ja muuttuu termiseksi, mekaaniseksi ja sähköiseksi. energiaa. Keho vapauttaa pääasiassa lämpöä ja mekaanista energiaa. Sähköenergiaa vapautuu hyvin vähän, mutta se on välttämätöntä hermoston ja lihasten toiminnan kannalta. Vapautuneen energian ansiosta lämminveristen eläinten ruumiinlämpö pysyy vakiona ja tehdään ulkoista työtä. Energian vapautuminen on välttämätöntä myös solurakenteiden ylläpitämiseksi ja monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden synteesin kannalta.
Aineenvaihdunta ja energian muuntaminen ovat erottamattomia toisistaan. Aineenvaihdunta- ja energiaprosessit elävässä organismissa etenevät yhden lain mukaan - aineen ja energian säilymisen laki. Elävässä organismissa ainetta ja energiaa ei synny eikä tuhoudu, tapahtuu vain niiden muutos, imeytyminen ja vapautuminen.
Aineenvaihdunta kehossa koostuu prosesseista assimilaatiota(monimutkaisten aineiden muodostuminen yksinkertaisista aineista) ja dissimilaatio(aineiden hajoaminen). Assimilaatioprosessissa (tai muovinvaihdossa) muodostuu monimutkaisia orgaanisia aineita, jotka ovat osa kehon erilaisia rakenteita. Dissimilaatioprosessissa (tai energianvaihdossa) monimutkaiset orgaaniset aineet hajoavat ja muuttuvat yksinkertaisemmiksi. Tämä vapauttaa kehon normaaliin toimintaan tarvittavaa energiaa.
Aineenvaihdunta kehossa on yksittäinen prosessi, joka yhdistää eri aineiden muuttumisen: esimerkiksi proteiinit voivat muuttua rasvoiksi ja hiilihydraateiksi ja rasvat hiilihydraateiksi.
Proteiinit tulevat ihmiskehoon ruoan mukana, ruoansulatuskanavassa ne hajoavat entsyymien vaikutuksesta aminohapoiksi, jotka imeytyvät vereen ohutsuolessa. Sitten solut syntetisoivat omat proteiininsa aminohapoista, jotka ovat ominaisia tietylle organismille. Jotkut aminohapot kuitenkin hajoavat, jolloin vapautuu energiaa (1 gramman proteiinia hajoamalla vapautuu 17,6 kJ eli 4,1 kcal energiaa).
Proteiinien hajoamisen lopputuotteita ovat vesi, hiilidioksidi, ammoniakki, urea ja jotkut muut. Ammoniakki (ammoniumsulfaatin muodossa) ja urea poistuvat elimistöstä virtsateiden kautta. Jos munuaisten toiminta on heikentynyt, nämä typpeä sisältävät aineet kertyvät vereen ja myrkyttävät kehon. Proteiinit eivät kerrostu elimistöön, eikä kehossa ole "proteiinivarastoja". Aikuisilla proteiinisynteesi ja hajoaminen ovat tasapainossa, kun taas lapsuudessa synteesi vallitsee.
Toiminnot proteiinit elimistössä ovat hyvin erilaisia: muovia (solut sisältävät noin 50 % proteiineja), säätelyä (monet hormonit ovat proteiineja), entsymaattista (entsyymit ovat proteiiniluonteisia biologisia katalyyttejä, ne lisäävät merkittävästi biokemiallisten reaktioiden nopeutta), energiaa (proteiinit edustavat elimistön energiavarasto, jota käytetään hiilihydraattien ja rasvojen puutessa, kuljetuksessa (hemoglobiini kuljettaa happea), supistuvista (aktiini ja myosiini lihaskudoksessa). Ihmisen päivittäinen proteiinintarve on noin 100–118 g.
Tärkein energian lähde kehossa on hiilihydraatteja. 1 g glukoosia hajoamalla vapautuu saman verran energiaa kuin 1 g proteiinia (17,6 kJ eli 4,1 kcal), mutta hiilihydraattien hapettuminen tapahtuu paljon helpommin ja nopeammin kuin proteiinien hapettuminen. Ruoan mukana ruoansulatuskanavaan joutuvat polysakkaridit hajoavat monomeereiksi (glukoosiksi). Glukoosi imeytyy vereen. Veren glukoosipitoisuus pysyy vakiona 0,08–0,12 % haimahormonien - insuliinin ja glukagonin - ansiosta. Insuliini muuttaa ylimääräisen glukoosin glykogeeniksi ("eläintärkkelys"), joka varastoituu maksaan ja lihaksiin. Glukagoni päinvastoin muuttaa glykogeenin glukoosiksi, jos sen pitoisuus veressä laskee. Insuliinin puutteella kehittyy vakava sairaus - diabetes. Hiilihydraattien hajoamisen lopputuotteet ovat vesi ja hiilidioksidi. Ihmisen päivittäinen hiilihydraattitarve on noin 500 g.
Merkitys rasvaa elimistölle on, että ne ovat yksi tärkeimmistä energianlähteistä (1 gramman rasvaa hajoamalla vapautuu 38,9 kJ eli 9,3 kcal energiaa). Lisäksi rasvat suorittavat suojaavia, iskuja vaimentavia, plastisia tehtäviä kehossa ja ovat veden lähde. Rasvat varastoidaan (pääasiassa ihonalaiseen kudokseen). Ruoansulatuskanavassa rasvat hajoavat glyseroliksi ja rasvahapoiksi. Rasvat imeytyvät imusolmukkeisiin. Dissimiloituessaan ne hapettuvat vedeksi ja hiilidioksidiksi. Ihmisen päivittäinen rasvantarve on noin 100 g.
Myös aineenvaihdunnalla on tärkeä rooli kehossa. vettä Ja mineraalisuolat. Vesi on yleinen liuotin, kaikki solujen reaktiot tapahtuvat vesipitoisessa ympäristössä. Ihminen menettää päivän aikana noin 2,5 litraa vettä (virtsan mukana, sitten hengityksen aikana), joten päivittäinen vedenkulutus on 2,5–3 litraa. Mineraalisuolat ovat välttämättömiä kaikkien kehon järjestelmien normaalille toiminnalle. Ne ovat osa kaikkia kudoksia, osallistuvat plastisiin aineenvaihduntaprosesseihin, ovat välttämättömiä hemoglobiinin synteesille, mahanesteelle, tuki- ja liikuntaelimistön ja hermoston kehitykselle jne. Elimistö tarvitsee eniten fosforia, kalsiumia, natriumia, klooria, kaliumia, mutta pieniä määriä tarvitaan myös monia muita alkuaineita (kupari, magnesium, rauta, sinkki, bromi jne.).
Aineenvaihdunta on mahdotonta ilman osallistumista vitamiinit. Nämä ovat orgaanisia aineita, joita keho tarvitsee hyvin pieninä määrinä (joskus milligramman sadasosia päivässä). Vitamiinit sisältyvät usein entsyymeihin koentsyymeinä, edistävät hormonien toimintaa ja lisäävät kehon vastustuskykyä epäsuotuisia ympäristöolosuhteita vastaan. Tärkeimpiä vitamiineja ovat C-, A-, D- ja B-vitamiinit. Jommankumman vitamiinin puutteessa kehittyy hypovitaminoosi, ylimäärästä hypervitaminoosia.
Muovi- ja energia-aineenvaihdunta liittyvät toisiinsa. Aineenvaihduntaprosessissa syntyy jatkuvasti energiaa, joka myös kuluu jatkuvasti työntekoon, hermoston toiminnan varmistamiseen ja aineiden syntetisointiin. Ihmisen energianlähde ovat ravintoaineet, joten on tärkeää, että ruoka sisältää kaikki normaalille aineenvaihdunnalle välttämättömät orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet. Syntyvät aineenvaihdunnan lopputuotteet erittyvät elimistöstä keuhkojen, suoliston, ihon ja munuaisten kautta. Päärooli hajoamistuotteiden poistamisessa elimistöstä on munuaisilla, joiden kautta poistetaan urea, virtsahappo, ammoniumsuolat sekä ylimääräinen vesi ja suolat.
Normaali aineenvaihdunta on terveyden perusta. Aineenvaihduntahäiriöt johtavat vakaviin sairauksiin (diabetes, kihti, liikalihavuus tai päinvastoin laihtuminen jne.).
2. Evoluution syyt. Kasvien monimutkaistuminen evoluutioprosessissa
Vuonna 1859 Charles Darwin kirjoitti loistavassa työssään "Lajien alkuperä luonnollisen valinnan keinoin tai suosittujen rotujen säilyttäminen taistelussa elämästä", että evoluution tärkein liikkeellepaneva voima on perinnölliseen vaihteluun perustuva luonnollinen valinta.
Luonnonvalinnan tekijöitä ovat mm lisääntymisen intensiteetti(mitä korkeampi se on, sitä paremmat mahdollisuudet lajilla on selviytyä ja laajentaa elinympäristöään) ja taistelu olemassaolosta. Taistelu olemassaolosta voi olla lajin sisäistä - tämä on taistelun intensiivisin muoto, jolle on kuitenkin harvoin ominaista julmuuden ilmenemismuoto - ja lajien välistä, mikä voi olla julmaa. Toinen olemassaolotaistelun muoto on taistelu epäsuotuisia ympäristöolosuhteita vastaan. Darwin kirjoitti, että luonnonvalinta on vahvimpien lajien selviytyminen. Sopeutuminen tapahtuu luonnollisen valinnan avulla.
Kasvien evoluution aikana tapahtui seuraavat tapahtumat. SISÄÄN Arkean aikakausi(noin 3,5 miljardia vuotta sitten) ilmestyi sinileviä, jotka luokitellaan syanobakteereihin: ne olivat yksi- ja monisoluisia prokaryoottisia organismeja, jotka pystyivät fotosynteesiin vapauttamalla happea. Sinilevien ilmaantuminen johti Maan ilmakehän rikastumiseen hapella, joka on välttämätön kaikille aerobisille organismeille.
SISÄÄN Proterotsoinen aikakausi(noin 2,6 miljardia vuotta sitten) hallitsevat vihreät ja punalevät. Levät ovat alempia kasveja, joiden kehoa ei ole jaettu osiin ja joilla ei ole erikoistuneita kudoksia (tällaista kehoa kutsutaan tallukseksi). Levät hallitsivat edelleen Paleozoic(Paleotsoinen ikä on noin 570 miljoonaa vuotta), mutta paleotsoisen silurian aikana ilmestyivät vanhimmat korkeammat kasvit - rinofyytit (tai psilofyytit). Näillä kasveilla oli jo versoja, mutta niillä ei vielä ollut lehtiä ja juuria. Ne lisääntyivät itiöillä ja viettivät maanpäällistä tai puolivedessä elävää elämäntapaa. Paleotsoiikan devonikaudella sammal- ja pteridofyytit (sammaleet, korteet, saniaiset) ilmestyvät, ja maapalloa hallitsevat sarvikuonat ja levät. Devonikaudella ilmestyi myös uusi valtakunta - korkeammat itiökasvit * - nämä ovat sieniä, sammalta ja pteridofyyttejä. Sammaleet kehittävät varret ja lehdet (varren uloskasvut), mutta juuria ei vielä ole; Juurien tehtävää suorittavat risoidit - varren lankamaiset kasvut. Sammaleiden kehityssykliä hallitsee haploidisukupolvi (gametofyytti), joka on lehtivartinen sammalkasvi. Niiden diploidisukupolvi (sporofyytti) ei kykene itsenäiseen olemassaoloon ja ruokkii gametofyyttiä. Saniaiset kehittävät juuret; niiden kehityssyklissä sporofyytti (lehtivarsikasvi) on hallitseva, ja gametofyyttiä edustaa prothallus - tämä on pieni sydämenmuotoinen levy saniaisissa tai kyhmy sammalissa ja korteissa. Muinaisina aikoina nämä olivat valtavia puiden kaltaisia kasveja. Lisääntyminen korkeammissa itiöissä on mahdotonta ilman vettä, koska Munasolun hedelmöittyminen niissä tapahtuu vesipisaroissa, joissa liikkuvat urospuoliset sukusolut - siittiöt - liikkuvat kohti munia. Tästä syystä vesi on rajoittava tekijä korkeammille itiökasveille: jos tippavettä ei ole, näiden kasvien lisääntyminen tulee mahdottomaksi.
Hiilen (hiili) siemenissä ilmestyi saniaisia, joista myöhemmin, kuten tutkijat uskovat, syntyi siemenkota. Jättimäiset puumaiset saniaiset hallitsevat planeettaa (niin ne muodostivat hiiliesiintymät), ja sarvikuonot kuolevat kokonaan pois tänä aikana.
Paleozoic-ajan permikaudella ilmestyi muinaisia siemeniä. Tänä aikana siemen- ja ruohomaiset saniaiset hallitsevat, ja saniaiset kuolevat sukupuuttoon. Kasvisiemeniset luokitellaan siemeniä kantaviksi kasveiksi. Ne lisääntyvät siemenillä, joita hedelmän seinämät eivät suojaa (siemenillä ei ole kukkia tai hedelmiä). Näiden kasvien ulkonäkö liittyi maan nousuun sekä lämpötilan ja kosteuden vaihteluihin. Näiden kasvien lisääntyminen ei enää riipu vedestä.
SISÄÄN Mesozoic(Mesozoinen ikä on noin 240 miljoonaa vuotta) on kolme jaksoa - triassic, jurasic ja liitukausi. Mesotsoisella kaudella ilmestyivät nykyaikaiset voimisiemeniset (triaskaudella) ja ensimmäiset koppisiemeniset (jurakaudella). Hallitsevia kasveja ovat siemenkota. Tämän aikakauden aikana muinaiset siemenkasvit ja saniaiset kuolevat sukupuuttoon.
Koppisiementen ilmaantuminen liittyi useisiin aromorfoosiin. Näistä kasveista kehittyy kukka - muunneltu lyhennetty verso, joka on mukautettu itiöiden ja sukusolujen muodostumiseen. Kukassa tapahtuu pölytystä ja hedelmöitystä, ja alkio ja hedelmä muodostuvat. Koppisiementen siemeniä suojaa siemenkalvo - tämä edistää niiden säilymistä ja leviämistä. Sukupuolisen lisääntymisen aikana näissä kasveissa tapahtuu kaksinkertaista hedelmöitystä: yksi siittiö hedelmöittää munasolun ja toinen siittiö hedelmöittää alkiopussin keskussolun, jolloin muodostuu alkio ja triploidinen endospermi - alkion ravintokudos. Hedelmöityminen tapahtuu alkiopussissa, joka kehittyy munasolussa munasarjan seinämien suojaamana.
Koppisiementen joukossa on ruohoja, pensaita ja puita. Vegetatiivisilla elimillä (juuri, varsi, lehti) on monia muunnelmia. Koppisiementen evoluutio eteni hyvin nopeasti. Niille on ominaista korkea evoluutioplastisuus. Pölyttävillä hyönteisillä oli tärkeä rooli niiden kehityksessä ja leviämisessä. Angiospermit ovat ainoa kasviryhmä, joka muodostaa monimutkaisia monikerroksisia yhteisöjä. Tämä edistää ympäristön tehokkaampaa käyttöä ja uusien alueiden onnistunutta valloitusta.
SISÄÄN Cenozoic aikakaudella (sen ikä on noin 67 miljoonaa vuotta), nykyaikaiset koppisiemeniset ja varsasiemeniset hallitsevat maapalloa, ja korkeammat itiökasvit käyvät läpi biologisen regression.
Lippu numero 2
1. Kaasunvaihto keuhkoissa ja kudoksissa
Kaasunvaihtoa tapahtuu jatkuvasti kehon ja ympäristön välillä: hajoamiseen tarvittava happi pääsee kehoon ja orgaanisten aineiden hapettumisen seurauksena muodostunut hiilidioksidi poistuu kehosta. Hengityselimet varmistavat hapen saannin ja hiilidioksidin poistumisen. Hengitystiet ovat nenäontelo, nenänielu, kurkunpää, henkitorvi, keuhkoputket. Tärkein hengityselin on keuhkot. Keuhkojen keuhkorakkuloissa tapahtuu kaasunvaihtoa ilmakehän ilman ja veren välillä.
Alveolit ovat keuhkorakkuloita, joiden seinämät koostuvat yhdestä epiteelisolukerroksesta. Ne ovat tiiviisti kietoutuneet kapillaareihin. Veren hiilidioksidipitoisuus on korkeampi kuin ilmassa ja hapen pitoisuus pienempi, joten hiilidioksidi siirtyy verestä keuhkorakkuloihin ja happi alveoleista vereen. Prosessi jatkuu, kunnes tasapaino saavutetaan.
Veressä happi yhdistyy punasolujen hemoglobiinin kanssa muodostaen oksihemoglobiinia. Veri muuttuu valtimoksi. Kehon solut kuluttavat jatkuvasti happea. Siksi veren happi siirtyy kudossoluihin ja oksihemoglobiini muuttuu takaisin hemoglobiiniksi. Mitokondrioissa tapahtuu happea käyttämällä orgaanisten aineiden hapettumista (kehon pääasiallinen energianlähde on hiilihydraatit), vapautuu energiaa, joka menee ATP:n synteesiin - yleiseen energian kerääjään soluissa.
Hiilidioksidi soluista pääsee vereen. Siten elinten kudoksissa valtimoveri muuttuu laskimovereksi. Osa hiilidioksidista reagoi hemoglobiinin kanssa muodostaen karbhemoglobiinia, mutta suurin osa hiilidioksidista (noin 2/3) reagoi plasmaveden kanssa. Tätä reaktiota katalysoi hiilihappoanhydraasientsyymi. Tämä entsyymi voi nopeuttaa tai hidastaa reaktiota veren hiilidioksidipitoisuudesta riippuen. Hiilidioksidin yhdistyessä veteen muodostuu hiilihappoa, joka hajoaa muodostaen H+-kationin ja HCO3--anionin. Tämä anioni kulkee veren mukana keuhkoihin, joissa vapautuu hiilidioksidia.
Reagoiessaan hiilimonoksidin (CO) kanssa hemoglobiini muodostaa karboksihemoglobiinia ja vuorovaikutuksessa typpioksidin tai joidenkin lääkkeiden kanssa methemoglobiinia; nämä hemoglobiinin muodot eivät voi sitoa happea, joten kuolema voi tapahtua. Miesten veren hemoglobiinipitoisuus on 130–160 g/l ja naisten 120–140 g/l. Hemoglobiinipitoisuuden pienentyessä ilmenee anemiaa - tila, jossa kudokset eivät saa tarpeeksi happea.
Normaalisti sisäänhengitetyn ilman happi-, hiilidioksidi- ja typpipitoisuus on 20,94 %, 0,03 % ja 79,03 %. Uloshengitysilmassa happipitoisuus laskee 16,3 prosenttiin ja hiilidioksidi nousee 4 prosenttiin. Typpipitoisuus muuttuu vähemmän (nousee 79,7 prosenttiin).
Ilman kulku keuhkojen läpi varmistetaan sisään- ja uloshengityksellä. Hengitys on seurausta ulkoisten kylkiluiden välisten lihasten supistuksesta, jonka seurauksena kylkiluut nousevat. Kun hengität sisään, pallean lihassäikeet supistuvat, pallean kupu litistyy ja laskee. Rintaontelon tilavuus kasvaa sen koon muutosten vuoksi, erityisesti pystysuunnassa. Keuhkot seuraavat rinnan liikkeitä. Tämä selittyy sillä, että keuhkot erotetaan rintaontelon seinistä keuhkopussin ontelolla - rakomainen tila parietaalisen keuhkopussin (se linjaa rinnan sisäpintaa) ja viskeraalisen keuhkopussin (se peittää keuhkojen ulkopinta). Pleuraontelo on täynnä keuhkopussin nestettä. Kun hengität, paine keuhkopussin ontelossa laskee, keuhkojen tilavuus kasvaa, paine niissä laskee ja ilma pääsee keuhkoihin. Kun hengität ulos, hengityslihakset rentoutuvat, rintaontelon tilavuus pienenee, paine keuhkopussin ontelossa kasvaa hieman, venynyt keuhkokudos supistuu, paine kasvaa ja ilma poistuu keuhkoista. Siten keuhkojen tilavuuden muutos tapahtuu passiivisesti ja johtuu muutoksista rintaontelon tilavuudessa ja paineesta pleurahalkeamassa ja keuhkojen sisällä.
Ilmamäärää, joka tulee keuhkoihin hiljaisen sisäänhengityksen aikana ja uloshengitetään hiljaisen uloshengityksen aikana, kutsutaan hengityksen tilavuudeksi (noin 500 cm3). Ilmamäärää, joka voidaan hengittää ulos syvimmän hengityksen jälkeen, kutsutaan keuhkojen vitaalikapasiteetiksi (noin 3000–4500 cm3). Keuhkojen kapasiteetti on tärkeä ihmisen terveyden indikaattori.
2. Yksisoluiset kasvit ja eläimet. Elinympäristön, rakenteen ja elämäntoiminnan piirteet. Rooli luonnossa ja ihmisen elämässä
Yksisoluiset organismit ovat organismeja, joiden keho koostuu yhdestä solusta. Ne voivat olla prokaryootteja (bakteereja ja sinileviä tai sinileviä), ts. niillä ei ole muodostunutta ydintä (ytimen toimintoa suorittaa nukleoidi - renkaaksi laskostunut DNA-molekyyli), mutta ne voivat olla myös eukaryootteja, ts. niillä on muodostunut ydin.
Yksisoluisia eukaryoottisia organismeja ovat monet vihreät ja jotkut muut levät sekä kaikki alkueläinsuvun edustajat. Yksisoluisten eukaryoottien yleinen rakennesuunnitelma ja organellien sarja ovat samanlaisia kuin monisoluisten organismien solut, mutta toiminnalliset erot ovat erittäin merkittäviä.
Yksisoluiset organismit yhdistävät sekä solun että itsenäisen organismin ominaisuudet. Monet yksisoluiset organismit muodostavat pesäkkeitä. Monisoluiset organismit kehittyivät yksisoluisista organismeista evoluutioprosessissa.
Yksinkertaisin rakenne on yksisoluinen sinilevä. Niiden soluissa ei ole ydintä tai plastideja; ne ovat samanlaisia kuin bakteerisolut. Tämän perusteella ne luokitellaan syanobakteereiksi. Pigmentit (klorofylli, karoteeni) liukenevat sytoplasman ulompaan kerrokseen - kromatoplasmaan. Nämä levät ilmestyivät arkeaan ja olivat ensimmäisiä organismeja maan päällä, jotka tuottivat happea fotosynteesin aikana. Sinilevät voivat myös muodostaa monisoluisia muotoja - filamentteja.
Vihreiden levien joukossa yksisoluisia muotoja ovat Chlamydomonas, Chlorella ja Pleurococcus. Yksisoluiset levät voivat muodostaa pesäkkeitä (esimerkiksi Volvox).
Piilevät ovat myös mikroskooppisia yksisoluisia leviä, jotka voivat muodostaa pesäkkeitä.
Yksisoluiset levät elävät useimmiten vedessä (Chlamydomonas makeassa vesistössä ja Chlorella sekä makeassa että merivedessä), mutta ne voivat elää myös maaperässä (esim. Chlorella, piilevät) ja voivat elää maaperän kuoressa. puut (pleurococcus). Jotkut levät elävät jopa jään ja lumen pinnalla (jotkut Chlamydomonas, esimerkiksi Chlamydomonas-lumi). Etelämantereella piilevät muodostavat tiheän ruskean pinnoitteen jään alapuolelle.
Yksisoluiset alkueläimet muodostavat Animalia-alikunnan. Useimmissa soluissa on yksi ydin, mutta on myös monitumaisia muotoja. Kalvon päällä monilla alkueläimillä on kuori tai kuori. Ne liikkuvat liikeorganellien - flagellan, silioiden - avulla ja voivat muodostaa pseudopodia (psepododia).
Useimmat alkueläimet ovat heterotrofeja. Ruokahiukkaset pilkkoutuvat ruoansulatusvakuoleissa. Osmoottista painetta solussa säätelevät supistuvat tyhjiöt: niiden kautta poistuu ylimääräinen vesi. Tällaiset tyhjiöt ovat ominaisia makean veden alkueläimille. Aineenvaihduntatuotteet erittyvät alkueläinten kehosta veden mukana. Kuitenkin erittymisen päätoiminto suoritetaan solun koko pinnan läpi.
Alkueläimillä on sekä aseksuaalinen että seksuaalinen lisääntyminen.
Nämä yksisoluiset organismit reagoivat ympäristövaikutuksiin: niillä on positiivisia ja negatiivisia taksia (esimerkiksi tohvelin ripsilla on negatiivinen kemotaksis - se siirtyy pois veteen sijoitetusta suolakiteestä).
Monet alkueläimet kykenevät encystaatioon. Enkystoituminen mahdollistaa selviytymisen epäsuotuisissa olosuhteissa ja edistää alkueläinten leviämistä.
Yksisoluisten levien merkitys luonnossa liittyy suoraan niiden elämäntapaan. Nämä organismit syntetisoivat orgaanista ainetta, vapauttavat happea ilmakehään, sitovat hiilidioksidia, ovat lenkki koko ravintoketjussa, osallistuvat maaperän muodostumiseen, puhdistavat vesistöjä ja voivat symbioosissa muiden eliöiden kanssa (esim. klorella on fykobiontti jäkälät). Kuolleet piilevät yksisoluiset levät muodostivat paksuja kivikerrostumia - piimaaa, ja merten pohjalle - piimaa. Yksisoluiset sinilevät ja vihreät levät voivat aiheuttaa vesikukintoja.
Ihminen käyttää laajalti yksisoluisia leviä ja niiden aineenvaihduntatuotteita. Siten yksisoluisten viherlevien kykyä imeä orgaanisia aineita solun koko pinnalta käytetään vesistöjen puhdistamiseen; chlorellan kykyä syntetisoida suuria määriä proteiineja, rasvaöljyjä ja vitamiineja käytetään teollisessa rehun tuotannossa; Saman klorellan kykyä vapauttaa paljon happea fotosynteesin aikana käytetään regeneroimaan ilmaa suljetuissa tiloissa (esimerkiksi avaruusaluksissa, sukellusveneissä). Joitakin sinileviä käytetään lannoitteina, koska... ne pystyvät sitomaan typpeä, ja leviä, kuten spirulinaa, käytetään elintarvikelisäaineena.
Alkueläinten merkitys on osittain samanlainen kuin yksisoluisten levien merkitys. Alkueläimet osallistuvat myös maaperän muodostukseen ja toimivat vesistöjen puhdistamisessa, koska ruokkivat bakteereja ja hajoavia aineita. Monet alkueläimet ovat veden puhtauden indikaattoreita. Kalkkikiviesiintymät muodostuvat alkueläinten (meren sarkoidien) kuorista; ne toimivat myös indikaattoreina öljyn ja muiden mineraalien etsinnässä. Alkueläimet, kuten yksisoluiset levät, ovat tärkeä lenkki ainekierrossa.
Alkueläimet ja yksisoluiset levät ovat tärkeitä tieteellisen tutkimuksen kohteita. Niitä käytetään sytologisissa, geneettisissä, biofysikaalisissa, fysiologisissa ja muissa tutkimuksissa.
Jatkuu
* Tässä kirjoittaja teki useita epätarkkuuksia.
1. Korkeammat itiökasvit eivät ole valtakunta, vaan kasviryhmä, jolla ei ole taksonomista arvoa (sama kuin esim. tetrapodeja(nelijalkaiset), ts. kaikilla selkärankaisilla, joilla on neljä viisisormea raajaa.
2. Sienet eivät kuulu kasvikuntaan, vaan ne luokitellaan erilliseen valtakuntaan.
3. Devonin kauden lopulla ilmestyivät kaikki tällä hetkellä tunnetut kasvilajit paitsi koppisiemeniset (eli sammalet, lykofyytit, korteet, saniaiset, varsisiemeniset). Huomautus toim.
Ravintoarvo
Kaikissa nykyään elävissä organismeissa, alkeellisimmista monimutkaisimpiin - ihmiskehoon - aineenvaihdunta ja energia ovat elämän perusta.
Ihmiskehossa, sen elimissä, kudoksissa, soluissa on jatkuva monimutkaisten aineiden luomis- ja muodostumisprosessi. Samaan aikaan tapahtuu monimutkaisten orgaanisten aineiden hajoamista ja tuhoamista, jotka muodostavat kehon solut.
Elinten toimintaan liittyy niiden jatkuva uusiutuminen: jotkut solut kuolevat, toiset korvaavat ne. Aikuisella kuolee 1/20 ihon epiteelistä, puolet ruoansulatuskanavan epiteelisoluista, noin 25 g verta jne., ja ne uusiutuvat 24 tunnin kuluessa.
Kehon solujen kasvu ja uusiutuminen ovat mahdollisia vain, jos elimistö saa jatkuvasti happea ja ravinteita. Ravinteet ovat rakennuspalikoita muovi materiaali, josta elävät olennot rakennetaan.
Kehon uusien solujen rakentamiseen, niiden jatkuvaan uusiutumiseen, elinten kuten sydämen, maha-suolikanavan, hengityselinten, munuaisten jne. toimintaan sekä ihmisen työntekoon tarvitaan energiaa. Keho saa tämän energian solujen hajoamisesta aineenvaihdunnan aikana.
Elimistöön tulevat ravintoaineet eivät siis toimi vain muovina, rakennusmateriaalina, vaan myös elämän kannalta välttämättömänä energialähteenä.
Alla aineenvaihduntaa ymmärtää niiden muutosten kokonaisuuden, joita aineet käyvät läpi siitä hetkestä, kun ne saapuvat ruoansulatuskanavaan, kunnes lopullisten hajoamistuotteiden muodostuminen kehosta erittyy.
Assimilaatio ja dissimilaatio
Aineenvaihdunta on kahden prosessin ykseys: assimilaatio ja dissimilaatio. Prosessin seurauksena assimilaatiota Suhteellisen yksinkertaiset ruoansulatustuotteet, jotka tulevat soluihin, käyvät läpi kemiallisia muutoksia entsyymien osallistuessa ja niitä verrataan keholle välttämättömiin aineisiin. Dissimilaatio- monimutkaisten orgaanisten aineiden hajoaminen, jotka muodostavat kehon solut. Osa hajoamistuotteista käyttää uudelleen elimistössä, ja osa erittyy elimistöstä.
Dissimilaatioprosessi tapahtuu myös entsyymien osallistuessa. Dissimilaatiossa energiaa vapautuu. Tämän energian ansiosta uudet solut rakentuvat, vanhat uudistuvat, ihmisen sydän toimii sekä henkistä ja fyysistä työtä tehdään.
Assimilaatio- ja dissimilaatioprosessit ovat erottamattomia toisistaan. Kun assimilaatioprosessi voimistuu, erityisesti nuoren organismin kasvun aikana, myös dissimilaatioprosessi voimistuu.
Aineiden muuntaminen
Ruoansulatuskanavassa alkavat ruoka-aineiden kemialliset muutokset. Tässä monimutkaiset proteiinit, rasvat ja hiilihydraatit pilkkoutuvat yksinkertaisempiin proteiineihin, jotka voivat imeytyä suolen limakalvon läpi ja tulla rakennusmateriaaliksi assimilaatioprosessin aikana. Ruoansulatus vapauttaa ruoansulatuskanavassa pienen määrän energiaa. Vereen ja imusolmukkeisiin imeytymisen seurauksena saadut aineet tuodaan soluihin, joissa ne käyvät läpi suuria muutoksia. Syntyvät monimutkaiset orgaaniset aineet ovat osa soluja ja osallistuvat niiden toimintojen toteuttamiseen. Soluaineiden hajoamisen aikana vapautuva energia käytetään kehon elämään. Siitä vapautuvat eri elinten ja kudosten aineenvaihduntatuotteita, joita keho ei käytä.
Entsyymien rooli solunsisäisessä aineenvaihdunnassa
Pääasialliset aineiden muuntumisprosessit tapahtuvat kehomme soluissa. Nämä prosessit ovat taustalla solunsisäinen vaihto. Ratkaiseva rooli solunsisäisessä aineenvaihdunnassa kuuluu lukuisille soluentsyymeille. Niiden aktiivisuuden ansiosta soluaineiden kanssa tapahtuu monimutkaisia muutoksia, molekyylinsisäiset kemialliset sidokset niissä katkeavat, mikä johtaa energian vapautumiseen. Hapetus- ja pelkistysreaktiot ovat tässä erityisen tärkeitä. Solun hapetusprosessien lopputuotteet ovat hiilidioksidi ja vesi. Erityisten entsyymien osallistuessa solussa suoritetaan muun tyyppisiä kemiallisia reaktioita.
Näissä reaktioissa vapautuvaa energiaa käytetään uusien aineiden rakentamiseen soluun ja kehon elintoimintojen ylläpitämiseen. Monissa synteettisissä prosesseissa käytetty pääakku ja energian kantaja on adenosiinitrifosforihappo (ATP). ATP-molekyyli sisältää kolme fosforihappotähdettä. ATP:tä käytetään kaikissa aineenvaihduntareaktioissa, jotka vaativat energiaa. ATP-molekyylissä kemiallinen sidos yhden tai kahden fosforihappotähteen kanssa katkeaa, jolloin vapautuu varastoitunutta energiaa (yhden fosforihappotähteen pilkkominen johtaa noin 42 000 J:n vapautumiseen 1 gramman molekyyliä kohti).