Metabolisme og energi, eller metabolisme, - et sett med kjemiske og fysiske transformasjoner av stoffer og energi som forekommer i en levende organisme og sikrer dens vitale aktivitet. Metabolisme av materie og energi utgjør en enkelt helhet og er underlagt loven om bevaring av materie og energi.
Metabolisme består av prosessene assimilering og dissimilering. Assimilering (anabolisme)- prosessen med absorpsjon av stoffer i kroppen, hvor energi forbrukes. Dissimilering (katabolisme)- prosessen med nedbrytning av komplekse organiske forbindelser som skjer med frigjøring av energi.
Den eneste energikilden for menneskekroppen er oksidasjon av organiske stoffer levert med mat. Når matvarer brytes ned til deres endelige elementer - karbondioksid og vann - frigjøres energi, hvorav en del går til mekanisk arbeid utført av muskler, den andre delen brukes til syntese av mer komplekse forbindelser eller akkumuleres i spesiell høyenergi forbindelser.
Makroerge forbindelser er stoffer hvis nedbrytning er ledsaget av frigjøring av en stor mengde energi. I menneskekroppen utføres rollen til høyenergiforbindelser av adenosintrifosforsyre (ATP) og kreatinfosfat (CP).
PROTEIN METABOLISME.
Proteiner(proteiner) er høymolekylære forbindelser bygget av aminosyrer. Funksjoner:
Strukturell eller plastisk funksjon er at proteiner er hovedkomponenten i alle celler og intercellulære strukturer. Katalytisk eller enzymatisk Funksjonen til proteiner er deres evne til å akselerere biokjemiske reaksjoner i kroppen.
Beskyttende funksjon proteiner viser seg i dannelsen av immunlegemer (antistoffer) når et fremmed protein (for eksempel bakterier) kommer inn i kroppen. I tillegg binder proteiner giftstoffer og giftstoffer som kommer inn i kroppen, og sørger for blodpropp og stopper blødninger ved sår.
Transportfunksjon innebærer overføring av mange stoffer. Den viktigste funksjonen til proteiner er overføring arvelige egenskaper , hvor nukleoproteiner spiller en ledende rolle. Det er to hovedtyper av nukleinsyrer: ribonukleinsyrer (RNA) og deoksyribonukleinsyrer (DNA).
Regulerende funksjon proteiner er rettet mot å opprettholde biologiske konstanter i kroppen.
Energi rolle Proteiner er ansvarlige for å gi energi til alle livsprosesser i kroppen til dyr og mennesker. Når 1 g protein oksideres, frigjøres i gjennomsnitt energi lik 16,7 kJ (4,0 kcal).
Proteinbehov. Kroppen bryter hele tiden ned og syntetiserer proteiner. Den eneste kilden til ny proteinsyntese er matproteiner. I fordøyelseskanalen brytes proteiner ned av enzymer til aminosyrer og tas opp i tynntarmen. Fra aminosyrer og enkle peptider syntetiserer cellene sitt eget protein, som kun er karakteristisk for en gitt organisme. Proteiner kan ikke erstattes med andre næringsstoffer, siden deres syntese i kroppen bare er mulig fra aminosyrer. Samtidig kan protein erstatte fett og karbohydrater, dvs. brukes til syntese av disse forbindelsene.
Biologisk verdi av proteiner. Noen aminosyrer kan ikke syntetiseres i menneskekroppen og må tilføres mat i ferdig form. Disse aminosyrene kalles ofte uerstattelig, eller helt nødvendig. Disse inkluderer: valin, metionin, treonin, leucin, isoleucin, fenylalanin, tryptofan og lysin, og hos barn også arginin og histidin. Mangel på essensielle syrer i maten fører til forstyrrelser i proteinmetabolismen i kroppen. Ikke-essensielle aminosyrer syntetiseres hovedsakelig i kroppen.
Proteiner som inneholder alle nødvendige aminosyrer kalles biologisk komplett. Den høyeste biologiske verdien av proteiner er melk, egg, fisk og kjøtt. Biologisk mangelfulle proteiner er de som mangler minst én aminosyre som ikke kan syntetiseres i kroppen. Ufullstendige proteiner er proteiner fra mais, hvete og bygg.
Nitrogenbalanse. Nitrogenbalansen er forskjellen mellom mengden nitrogen i menneskemat og nivået i ekskrementer.
Nitrogenbalanse- en tilstand der mengden nitrogen som skilles ut er lik mengden som føres inn i kroppen. Nitrogenbalansen observeres hos en frisk voksen.
Positiv nitrogenbalanse- en tilstand der mengden nitrogen i kroppens sekret er betydelig mindre enn innholdet i maten, det vil si at nitrogenretensjon i kroppen observeres. En positiv nitrogenbalanse observeres hos barn på grunn av økt vekst, hos kvinner under graviditet, under intens sportstrening som fører til en økning i muskelvev, under helbredelse av massive sår eller restitusjon fra alvorlige sykdommer.
Nitrogenmangel(negativ nitrogenbalanse) observeres når mengden nitrogen som frigjøres er større enn innholdet i maten som kommer inn i kroppen. Negativt nitrogenbalansen observeres under proteinsult, febertilstander og forstyrrelser i den nevroendokrine reguleringen av proteinmetabolismen.
Proteinnedbrytning og ureasyntese. De viktigste nitrogenholdige produktene av proteinnedbrytning, som skilles ut i urin og svette, er urea, urinsyre og ammoniakk.
FETT METABOLISME.
Fett er delt på enkle lipider(nøytralt fett, voks), komplekse lipider(fosfolipider,glykolipider, sulfolipider) og steroider(kolesterol ogetc.). Hovedtyngden av lipider i menneskekroppen er representert av nøytrale fettstoffer. Nøytralt fett Menneskelig mat er en viktig energikilde. Når 1 g fett oksideres, frigjøres 37,7 kJ (9,0 kcal) energi.
Det daglige behovet for en voksen for nøytralt fett er 70-80 g, for barn 3-10 år - 26-30 g.
Energinøytralt fett kan erstattes med karbohydrater. Imidlertid er det umettede fettsyrer - linolsyre, linolensyre og arakidonsyre, som nødvendigvis må inngå i det menneskelige kostholdet, de kalles Ikke utskiftbar fet syrer.
Nøytralt fett som utgjør mat og menneskelig vev er hovedsakelig representert av triglyserider som inneholder fettsyrer - palmitinsyre,stearinsyre, oljesyre, linolsyre og linolensyre.
Leveren spiller en viktig rolle i fettmetabolismen. Leveren er hovedorganet der dannelsen av ketonlegemer (beta-hydroksysmørsyre, acetoeddiksyre, aceton) skjer. Ketonlegemer brukes som energikilde.
Fosfo- og glykolipider finnes i alle celler, men hovedsakelig i nerveceller. Leveren er praktisk talt det eneste organet som opprettholder nivået av fosfolipider i blodet. Kolesterol og andre steroider kan fås fra mat eller syntetiseres i kroppen. Hovedstedet for kolesterolsyntese er leveren.
I fettvev avsettes nøytralt fett i form av triglyserider.
Dannelse av fett fra karbohydrater. Overdreven inntak av karbohydrater fra mat fører til avleiring av fett i kroppen. Normalt, hos mennesker, omdannes 25-30 % av karbohydratene i maten til fett.
Dannelse av fett fra proteiner. Proteiner er plastmaterialer. Bare under ekstreme omstendigheter brukes proteiner til energiformål. Omdannelsen av protein til fettsyrer skjer mest sannsynlig gjennom dannelse av karbohydrater.
KARBOHYDRATTETABOLISME.
Karbohydraters biologiske rolle for menneskekroppen bestemmes først og fremst av deres energifunksjon. Energiverdien til 1 g karbohydrater er 16,7 kJ (4,0 kcal). Karbohydrater er en direkte energikilde for alle kroppens celler og utfører plast- og støttefunksjoner.
Det daglige karbohydratbehovet til en voksen er ca 0,5 kg. Hoveddelen av dem (ca. 70%) oksideres i vev til vann og karbondioksid. Omtrent 25-28% av diettglukosen omdannes til fett og bare 2-5% av det syntetiseres til glykogen - kroppens reservekarbohydrat.
Den eneste formen for karbohydrater som kan tas opp er monosakkarider. De absorberes hovedsakelig i tynntarmen og transporteres av blodet til leveren og vevet. Glykogen syntetiseres fra glukose i leveren. Denne prosessen kalles glykogenese. Glykogen kan brytes ned til glukose. Dette fenomenet kalles glykogenolyse. I leveren er nydannelse av karbohydrater mulig fra nedbrytningsprodukter (pyrodruesyre eller melkesyre), samt fra nedbrytningsprodukter av fett og proteiner (ketosyrer), som er betegnet som glykoneogenese. Glykogenese, glykogenolyse og glykoneogenese er nært beslektede prosesser som skjer i leveren som sikrer optimale blodsukkernivåer.
I musklene, akkurat somI leveren syntetiseres glykogen. Nedbrytningen av glykogen er en av energikildene for muskelsammentrekning. Når muskelglykogen brytes ned, fortsetter prosessen til dannelsen av pyrodruesyre og melkesyre. Denne prosessen kalles glykolyse. Under hvilefasen skjer glykogenresyntese fra melkesyre i muskelvev.
Hjerne inneholder små reserver av karbohydrater og krever konstant tilførsel av glukose. Glukose i hjernevevet oksideres hovedsakelig, og en liten del av det omdannes til melkesyre. Hjernens energiforbruk dekkes utelukkende av karbohydrater. En reduksjon i tilførselen av glukose til hjernen er ledsaget av endringer i metabolske prosesser i nervevevet og nedsatt hjernefunksjon.
Dannelse av karbohydrater fra proteiner og fett (glykoneogenese). Som et resultat av transformasjonen av aminosyrer dannes pyrodruesyre under oksidering av fettsyrer, acetylkoenzym A, som kan omdannes til pyrodruesyre, en forløper for glukose. Dette er den viktigste generelle veien for karbohydratbiosyntese.
Det er et nært fysiologisk forhold mellom de to hovedkildene til energi – karbohydrater og fett. En økning i blodsukker øker biosyntesen av triglyserider og reduserer nedbrytningen av fett i fettvevet. Mindre frie fettsyrer kommer inn i blodet. Hvis hypoglykemi oppstår, hemmes prosessen med triglyseridsyntese, fettnedbrytningen akselereres, og frie fettsyrer kommer inn i blodet i store mengder.
VANN-SALT UTVEKSLING.
Alle kjemiske og fysisk-kjemiske prosesser som skjer i kroppen utføres i et vannmiljø. Vann utfører følgende viktige funksjoner i kroppen: funksjoner: 1) fungerer som et løsemiddel for mat og metabolisme; 2) transporterer stoffer oppløst i den; 3) reduserer friksjonen mellom kontaktflater i menneskekroppen; 4) deltar i reguleringen av kroppstemperatur på grunn av høy varmeledningsevne og høy fordampningsvarme.
Det totale vanninnholdet i den voksne menneskekroppen er 50 —60% fra dens masse, det vil si når 40—45 l.
Det er vanlig å dele vann i intracellulært, intracellulært (72%) og ekstracellulært, ekstracellulært (28%). Ekstracellulært vann er lokalisert inne i vaskulærsengen (som en del av blod, lymfe, cerebrospinalvæske) og i det intercellulære rommet.
Vann kommer inn i kroppen gjennom fordøyelseskanalen i form av væske eller vann inneholdt i tettmatvarer. Noe av vannet dannes i kroppen selv under stoffskifteprosessen.
Når det er overskudd av vann i kroppen, er det generell overhydrering(vannforgiftning), med mangel på vann, forstyrres stoffskiftet. Å miste 10% vann fører til tilstanden dehydrering(dehydrering), døden inntreffer når 20 % av vannet går tapt.
Sammen med vann kommer også mineraler (salter) inn i kroppen. Nær 4% Den tørre massen av mat bør bestå av mineralforbindelser.
En viktig funksjon av elektrolytter er deres deltakelse i enzymatiske reaksjoner.
Natrium sikrer konstanten av det osmotiske trykket til den ekstracellulære væsken, deltar i dannelsen av bioelektrisk membranpotensial og i reguleringen av syre-base-tilstanden.
Kalium gir osmotisk trykk av intracellulær væske, stimulerer dannelsen av acetylkolin. Mangel på kaliumioner hemmer anabole prosesser i kroppen.
Klor er også det viktigste anionet i den ekstracellulære væsken, og sikrer konstant osmotisk trykk.
Kalsium og fosfor finnes hovedsakelig i beinvev (over 90%). Kalsiuminnholdet i plasma og blod er en av de biologiske konstantene, siden selv mindre endringer i nivået av dette ionet kan føre til alvorlige konsekvenser for kroppen. En reduksjon i nivået av kalsium i blodet forårsaker ufrivillige muskelsammentrekninger, kramper og død oppstår på grunn av pustestans. En økning i kalsiuminnholdet i blodet er ledsaget av en reduksjon i eksitabiliteten av nerve- og muskelvev, utseendet av pareser, lammelser og dannelsen av nyrestein. Kalsium er nødvendig for å bygge bein, så det må tilføres kroppen i tilstrekkelige mengder gjennom mat.
Fosfor deltar i metabolismen av mange stoffer, da det er en del av høyenergiforbindelser (for eksempel ATP). Avsetningen av fosfor i beinene er av stor betydning.
Jern er en del av hemoglobin og myoglobin, som er ansvarlige for vevsånding, samt enzymer involvert i redoksreaksjoner. Utilstrekkelig inntak av jern i kroppen forstyrrer hemoglobinsyntesen. En reduksjon i hemoglobinsyntesen fører til anemi (anemi). Det daglige jernbehovet til en voksen er 10-30 mcg.
Jod finnes i kroppen i små mengder. Imidlertid er dens betydning stor. Dette skyldes det faktum at jod er en del av skjoldbruskkjertelhormonene, som har en uttalt effekt på alle metabolske prosesser, vekstog utvikling av organismen.
Utdanning og energiforbruk.
Energien som frigjøres under nedbrytningen av organiske stoffer akkumuleres i form av ATP, hvorav mengden i kroppens vev opprettholdes på et høyt nivå. ATP finnes i hver celle i kroppen. Den største mengden finnes i skjelettmuskulatur - 0,2-0,5%. Enhver celleaktivitet sammenfaller alltid nøyaktig i tid med nedbrytningen av ATP.
De ødelagte ATP-molekylene må gjenopprettes. Dette skjer på grunn av energien som frigjøres under nedbrytningen av karbohydrater og andre stoffer.
Mengden energi som kroppen bruker kan bedømmes etter mengden varme den avgir til det ytre miljøet.
Metoder for å måle energiforbruk (direkte og indirekte kalorimetri).
Respiratorisk koeffisient.
Direkte kalorimetri er basert på direkte bestemmelse av varme som frigjøres i løpet av kroppens levetid. En person er plassert i et spesielt kalorimetrisk kammer, der hele mengden varme som avgis av menneskekroppen tas i betraktning. Varmen som genereres av kroppen absorberes av vann som strømmer gjennom et system av rør lagt mellom veggene i kammeret. Metoden er svært tungvint og kan brukes i spesielle vitenskapelige institusjoner. Som et resultat er de mye brukt i praktisk medisin. indirekte metode kalorimetri. Essensen av denne metoden er at volumet av lungeventilasjon først bestemmes, og deretter mengden absorbert oksygen og frigjort karbondioksid. Forholdet mellom volumet karbondioksid frigjort og volumet oksygen som absorberes kalles respirasjonskvotient . Verdien av respirasjonskoeffisienten kan brukes til å bedømme naturen til oksiderte stoffer i kroppen.
Ved oksidasjon karbohydrater respirasjonskvotient er 1 fordi for fullstendig oksidasjon av 1 molekyl glukose Det kreves 6 molekyler oksygen for å nå karbondioksid og vann, og 6 molekyler karbondioksid frigjøres:
С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0
Respirasjonskoeffisienten for proteinoksidasjon er 0,8, for fettoksidasjon - 0,7.
Bestemmelse av energiforbruk ved gassutveksling. Mengdevarme frigjøres i kroppen når 1 liter oksygen forbrukes - kaloriekvivalent av oksygen - avhenger av hvilke stoffer oksygen brukes til å oksidere. Kaloriekvivalent oksygen under oksidasjon av karbohydrater er lik 21,13 kJ (5,05 kcal), proteiner— 20,1 kJ (4,8 kcal), fett - 19,62 kJ (4,686 kcal).
Energiforbruk hos mennesker bestemmes som følger. Personen puster i 5 minutter gjennom et munnstykke plassert i munnen. Munnstykket, koblet til en pose laget av gummiert stoff, har ventiler. De er ordnet slik Hva mannen puster fritt atmosfærisk luft, og puster ut luft inn i posen. Bruker gass timer måle volumet av utåndet pust luft. Gassanalysatorens avlesninger bestemmer prosentandelen av oksygen og karbondioksid i luften som inhaleres og pustes ut av en person. Mengden oksygen som absorberes og karbondioksid frigjøres, samt respirasjonskvotienten, beregnes deretter. Ved å bruke den riktige tabellen basert på respirasjonskoeffisienten, bestemmes kaloriekvivalenten av oksygen og energiforbruket.
Basal metabolisme og dens betydning.
BX- den minste mengden energi som er nødvendig for å opprettholde normal funksjon av kroppen i en tilstand av fullstendig hvile, unntatt alle interne og ytre påvirkninger som kan øke nivået av metabolske prosesser. Grunnleggende metabolisme bestemmes om morgenen på tom mage (12-14 timer etter siste måltid), i liggende stilling, med fullstendig muskelavslapping, under temperaturkomfortforhold (18-20 ° C). Grunnstoffskiftet uttrykkes ved mengden energi som frigjøres av kroppen (kJ/dag).
I en tilstand av fullstendig fysisk og mental fred kroppen forbruker energi til: 1) stadig forekommende kjemiske prosesser; 2) mekanisk arbeid utført av individuelle organer (hjerte, luftveismuskler, blodårer, tarmer, etc.); 3) konstant aktivitet av kjertel-sekretorisk apparat.
Grunnstoffskiftet avhenger av alder, høyde, kroppsvekt og kjønn. Den mest intense basale metabolismen per 1 kg kroppsvekt observeres hos barn. Når kroppsvekten øker, øker basalmetabolismen. Den gjennomsnittlige basal metabolske hastigheten for en frisk person er ca 4,2 kJ (1 kcal) per 1 time per 1 kg vekt kropp.
Når det gjelder energiforbruk i hvile, er kroppsvev heterogent. Indre organer bruker energi mer aktivt, muskelvev mindre aktivt.
Intensiteten av basal metabolisme i fettvev er 3 ganger lavere enn i resten av kroppens cellemasse. Tynne mennesker produserer mer varme per kgkroppsvekt enn full.
Kvinner har lavere basalstoffskifte enn menn. Dette skyldes det faktum at kvinner har mindre masse og kroppsoverflate. I følge Rubners regel er basalmetabolismen omtrent proporsjonal med kroppens overflate.
Sesongmessige svingninger i verdien av basal metabolisme ble notert - den økte om våren og avtok om vinteren. Muskelaktivitet forårsaker en økning i stoffskiftet i forhold til alvorlighetsgraden av arbeidet som utføres.
Betydelige endringer i basalmetabolismen er forårsaket av dysfunksjoner i organer og systemer i kroppen. Med økt skjoldbruskkjertelfunksjon, malaria, tyfoidfeber, tuberkulose, ledsaget av feber, øker basalmetabolismen.
Energiforbruk ved fysisk aktivitet.
Ved muskelarbeid øker kroppens energiforbruk betydelig. Denne økningen i energikostnadene utgjør en arbeidsøkning, som er større jo mer intens arbeidet er.
Sammenlignet med søvn øker energiforbruket med 3 ganger når du går sakte, og med mer enn 40 ganger når du løper korte distanser under konkurranse.
Ved kortvarig trening forbrukes energi gjennom oksidering av karbohydrater. Ved langvarig muskeltrening bryter kroppen hovedsakelig ned fett (80 % av all nødvendig energi). Hos trente idrettsutøvere leveres energien til muskelsammentrekninger utelukkende av fettoksidasjon. For en person som er engasjert i fysisk arbeid, øker energikostnadene proporsjonalt med arbeidsintensiteten.
ERNÆRING.
Påfyll av kroppens energikostnader skjer gjennom næringsstoffer. Mat bør inneholde proteiner, karbohydrater, fett, mineralsalter og vitaminer i små mengder og i riktig forhold. Fordøyelighetnæringsstoffer avhengerpå kroppens individuelle egenskaper og tilstand, på mengden og kvaliteten på maten, forholdet mellom dens ulike komponenter og tilberedningsmetoden. Plantemat er mindre fordøyelig enn animalske produkter fordi plantemat inneholder mer fiber.
En proteindiett fremmer absorpsjon og fordøyelighet av næringsstoffer. Når karbohydrater dominerer i maten, reduseres opptaket av proteiner og fett. Å erstatte planteprodukter med produkter av animalsk opprinnelse forbedrer metabolske prosesser i kroppen. Hvis du gir proteiner fra kjøtt eller meieriprodukter i stedet for vegetabilske, og hvetebrød i stedet for rugbrød, øker fordøyeligheten til matvarer betydelig.
For å sikre riktig menneskelig ernæring er det derfor nødvendig å ta hensyn til graden av absorpsjon av mat i kroppen. I tillegg må maten nødvendigvis inneholde alle essensielle (essensielle) næringsstoffer: proteiner og essensielle aminosyrer, vitaminer,svært umettede fettsyrer, mineraler og vann.
Hoveddelen av maten (75-80%) består av karbohydrater og fett.
Kosthold- mengden og sammensetningen av matvarer som trengs av en person per dag. Det må fylle på kroppens daglige energiforbruk og inkludere alle næringsstoffer i tilstrekkelige mengder.
For å sammenstille matrasjoner er det nødvendig å kjenne innholdet av proteiner, fett og karbohydrater i matvarer og deres energiverdi. Med disse dataene er det mulig å lage et vitenskapelig basert kosthold for mennesker i ulike aldre, kjønn og yrker.
Kosthold og dens fysiologiske betydning. Det er nødvendig å følge en bestemt diett og organisere den riktig: konstante timer med måltider, passende intervaller mellom dem, fordeling av det daglige kostholdet i løpet av dagen. Du bør alltid spise til et bestemt tidspunkt, minst 3 ganger om dagen: frokost, lunsj og middag. Frokostens energiverdi bør være ca. 30% av den totale dietten, lunsj - 40-50% og middag - 20-25%. Det anbefales å spise middag 3 timer før leggetid.
Riktig ernæring sikrer normal fysisk utvikling og mental aktivitet, øker kroppens ytelse, reaktivitet og motstand mot miljøpåvirkninger.
I henhold til læren til I.P. Pavlov om betingede reflekser, tilpasser menneskekroppen seg til et bestemt tidspunkt for å spise: appetitten vises og fordøyelsessaft begynner å bli frigjort. Riktige intervaller mellom måltidene sikrer en metthetsfølelse i løpet av denne tiden.
Å spise tre ganger om dagen er generelt fysiologisk. Men fire måltider om dagen er å foretrekke, noe som øker opptaket av næringsstoffer, spesielt proteiner, det er ingen sultfølelse i intervallene mellom enkeltmåltider og god appetitt opprettholdes. I dette tilfellet er energiverdien til frokost 20%, lunsj - 35%, ettermiddagsmat - 15%, middag - 25%.
Balansert kosthold. Ernæring anses som rasjonelt dersom behovet for mat er fullt dekket både kvantitativt og kvalitativt, og alle energikostnader dekkes. Det fremmer riktig vekst og utvikling av kroppen, øker motstanden mot skadelige påvirkninger fra det ytre miljøet, fremmer utviklingen av kroppens funksjonelle evner og øker intensiteten av arbeidet. Rasjonell ernæring innebærer utvikling av matrasjoner og dietter i forhold til ulike populasjoner og levekår.
Som allerede angitt, er ernæringen til en sunn person basert på daglige matrasjoner. Pasientens kosthold og kosthold kalles en diett. Hver kosthold har visse komponenter i kostholdet og er preget av følgende egenskaper: 1) energiverdi; 2) kjemisk sammensetning; 3) fysiske egenskaper (volum, temperatur, konsistens); 4) strømmodus.
Regulering av metabolisme og energi.
Betingede refleksendringer i metabolisme og energi observeres hos mennesker i tilstander før start og før arbeid. Idrettsutøvere før starten av en konkurranse, og en arbeider før jobb, opplever en økning i metabolisme og kroppstemperatur, en økning i oksygenforbruk og frigjøring av karbondioksid. Kan forårsake betingede refleksendringer i stoffskiftet, energi og termiske prosesser folk har verbal stimulans.
Nervøs påvirkning metabolske og energisystemer prosesser i kroppen utføres på flere måter:
Direkte påvirkning av nervesystemet (gjennom hypothalamus, efferente nerver) på vev og organer;
Indirekte påvirkning av nervesystemet gjennomhypofysen (somatotropin);
Indirektepåvirkning av nervesystemet gjennom tropen hormoner hypofysen og perifere kjertler i indre sekresjon;
Direkte påvirkningsnervøs system (hypothalamus) på aktiviteten til de endokrine kjertlene og gjennom dem på metabolske prosesser i vev og organer.
Hovedavdelingen i sentralnervesystemet, som regulerer alle typer metabolske og energiprosesser, er hypothalamus. En uttalt påvirkning på metabolske prosesser og varmeutvikling utøves av indre kjertler sekresjon. Hormoner i binyrebarken og skjoldbruskkjertelen i store mengder øker katabolismen, dvs. nedbrytningen av proteiner.
Kroppen demonstrerer tydelig den nære sammenkoblede påvirkningen av nerve- og endokrine systemer på metabolske prosesser og energiprosesser. Dermed har eksitasjon av det sympatiske nervesystemet ikke bare en direkte stimulerende effekt på metabolske prosesser, men øker også utskillelsen av skjoldbruskkjertel- og binyrehormoner (tyroksin og adrenalin). På grunn av dette forbedres metabolisme og energi ytterligere. I tillegg øker disse hormonene i seg selv tonen i det sympatiske nervesystemet. Betydelige endringer i stoffskiftet Og varmeveksling oppstår når det er mangel på endokrine kjertelhormoner i kroppen. For eksempel fører mangel på tyroksin til en reduksjon i basal metabolisme. Dette skyldes en reduksjon i oksygenforbruk av vev og en reduksjon i varmeutvikling. Som et resultat synker kroppstemperaturen.
Hormoner i de endokrine kjertlene er involvert i reguleringen av metabolismen Og energi, endring av permeabiliteten til cellemembraner (insulin), aktivering av kroppens enzymsystemer (adrenalin, glukagon, etc.) og påvirke på deres biosyntese (glukokortikoider).
Dermed utføres reguleringen av metabolisme og energi av nerve- og endokrine systemer, som sikrer kroppens tilpasning til de skiftende forholdene i omgivelsene.
Prosessen med ødeleggelse av komplekse organiske forbindelser skjer i en viss sekvens og i nærvær av katalysatorer for disse reaksjonene - enzymer som skilles ut av bakterieceller. Enzymer er komplekse proteinforbindelser (molekylvekten når hundrevis av tusenvis av millioner) som akselererer biokjemiske reaksjoner. Enzymer er en- og to-komponent. To-komponent enzymer består av et protein (apoenzym) og en ikke-protein (koenzym) del. Koenzymet har katalytisk aktivitet, og proteinbæreren øker aktiviteten.
Det er enzymer som produseres av bakterier for ekstracellulær nedbrytning av stoffer - eksoenzymer og indre fordøyelsesenzymer - endoenzymer.
143
Det særegne med enzymer er at hver av dem katalyserer bare én av mange transformasjoner. Det er seks hovedenzymklasser: oksyreduktaser; transferaser; hydralaser; lyoser; isomeraser; ligaser.
For å ødelegge en kompleks blanding av organiske stoffer, trengs 80-100 forskjellige enzymer, hver av dem har sin egen optimale temperatur, over hvilken reaksjonshastigheten faller.
Prosessen med biologisk oksidasjon består av mange trinn og begynner med nedbrytning av organisk materiale med frigjøring av aktivt hydrogen. I denne prosessen spiller enzymer av oksireduktase-klassen en spesiell rolle: dehydrogenaser (fjerner hydrogen fra substratet), katalaser (bryter ned hydrogenperoksid) og peroksidaser (ved å bruke aktivert peroksid for å oksidere andre organiske forbindelser).
Det er stoffer som øker aktiviteten til enzymer - aktivatorer (vitaminer, kationer Ca, Mg, Mn), og hemmere som har motsatt effekt (for eksempel salter av tungmetaller, antibiotika).
Enzymer som er konstant tilstede i cellene, uavhengig av substratet, kalles konstitutive. Enzymer som syntetiseres av celler som svar på endringer i det ytre miljøet kalles adaptive. Tilpasningsperioden varierer fra flere timer til hundrevis av dager.
De totale reaksjonene av biokjemisk oksidasjon under aerobe forhold kan skjematisk representeres som følger:
hvor CxHyOzN - alle organiske stoffer i avløpsvann; AN - energi; C5H7N02 er den betingede formelen for cellesubstansen til bakterier.
Reaksjon (I) viser arten av oksidasjonen av et stoff for å møte energibehovet til cellen (katabolsk prosess), reaksjon (II) - for syntese av cellulær substans (anabol prosess). Oksygenforbruket for disse reaksjonene er BODtotalt avløpsvann
ja. Reaksjonene (III) og (IV) karakteriserer transformasjonen av cellulære stoffer under forhold med mangel på næringsstoffer. Det totale oksygenforbruket for alle 4 reaksjonene er omtrent dobbelt så mye som for (I) og (II).
Et stort antall biokjemiske reaksjoner skjer ved hjelp av koenzym A (eller CoA, CoA-SH koenzymacylering). Koenzym A er et derivat av pantotensyre-β-merkaptoetylamid og nukleotidet adenosin-3,5-difosfat (C21H36Ol67P3S) med en molekylvekt på 767,56. CoA aktiverer karboksylsyrer, og danner acylderivater av CoA med dem.
Benzosyre, etyl- og amylalkoholer, glykoler, glyserin, anilin, estere osv. oksideres lett, "harde" overflateaktive stoffer, trihydriske alkoholer osv. oksideres dårlig forbindelser i følgende rekkefølge:
Denne publikasjonen inneholder svar på spørsmål på biologieksamen i 9. klasse på videregående. Disse spørsmålene er foreslått av utdanningsdepartementet i Den russiske føderasjonen og publisert i "Bulletin of Education", den offisielle publikasjonen av departementet.
Spørsmålene på billettene er kombinert på en slik måte at det korrekte detaljerte svaret på begge spørsmålene på en av billettene lar deg vurdere kunnskapen din om biologi som helhet, og ikke bare en av delene. Mye oppmerksomhet rettes mot slike generelle biologiske problemer som evolusjonsprosessen, reproduksjon av dyre- og planteorganismer, rollen til ulike grupper av levende organismer i biocenoser, problemet med tilpasning til levekår, etc.
I skolebøkene kan du selvfølgelig finne svar på alle spørsmålene som stilles i billettene. En av oppgavene forfatterne sto overfor var å lette disse søkene og kombinere kunnskapen presentert i ulike lærebøker. Svarene på spørsmålene inneholder materiale som ligger noe utenfor rammen av skolepensum, som vil gjøre at de kan brukes i ungdomsskoler med vesentlig forskjellige biologiundervisningsopplegg. I tillegg vil dette gjøre at de i fremtiden kan brukes til å forberede seg til avsluttende eksamen på skolen og til opptaksprøven i biologi til universiteter.
Billett nr. 1
1. Metabolisme og energiomdannelse. Betydningen av metabolisme i menneskelivet
Metabolisme består av inntreden i kroppen av forskjellige stoffer fra det ytre miljø, assimilering og endring av disse stoffene, og frigjøring av de resulterende forfallsproduktene. Under implementeringen av alle disse prosessene observeres mange kjemiske, mekaniske, termiske og elektriske fenomener, energikonvertering skjer kontinuerlig: den kjemiske energien til komplekse organiske forbindelser, når de brytes ned, frigjøres og omdannes til termiske, mekaniske og elektriske energi. Kroppen frigjør hovedsakelig termisk og mekanisk energi. Svært lite elektrisk energi frigjøres, men det er essensielt for nerve- og muskelsystemets funksjon. På grunn av den frigjorte energien opprettholdes en konstant kroppstemperatur hos varmblodige dyr og eksternt arbeid utføres. Frigjøring av energi er også nødvendig for å opprettholde cellestrukturer og for syntese av komplekse organiske forbindelser.
Metabolisme og energiomdannelse er uatskillelige fra hverandre. Prosessene med metabolisme og energi i en levende organisme foregår i henhold til en enkelt lov - loven om bevaring av materie og energi. I en levende organisme blir materie og energi verken skapt eller ødelagt, bare deres forandring, absorpsjon og frigjøring skjer.
Metabolisme i kroppen består av prosesser assimilering(dannelse av komplekse stoffer fra enkle) og dissimilering(dekomponering av stoffer). I prosessen med assimilering (eller plastisk utveksling) dannes komplekse organiske stoffer, som er en del av ulike strukturer i kroppen. I prosessen med dissimilering (eller energiutveksling) brytes komplekse organiske stoffer ned og forvandles til enklere. Dette frigjør energien som er nødvendig for normal funksjon av kroppen.
Metabolisme i kroppen er en enkelt prosess som forbinder transformasjonen av ulike stoffer: for eksempel kan proteiner omdannes til fett og karbohydrater, og fett til karbohydrater.
Proteiner kommer inn i menneskekroppen med mat i fordøyelseskanalen, under påvirkning av enzymer, brytes de ned til aminosyrer, som absorberes i blodet i tynntarmen. Deretter syntetiserer cellene sine egne proteiner fra aminosyrer, karakteristiske for den gitte organismen. Noen aminosyrer gjennomgår imidlertid nedbrytning, som frigjør energi (nedbrytningen av 1 g protein frigjør 17,6 kJ, eller 4,1 kcal, energi).
Sluttproduktene av proteinnedbrytning er vann, karbondioksid, ammoniakk, urea og noen andre. Ammoniakk (i form av ammoniumsulfat) og urea elimineres fra kroppen gjennom urinsystemet. Hvis nyrefunksjonen er nedsatt, vil disse nitrogenholdige stoffene samle seg i blodet og forgifte kroppen. Proteiner avsettes ikke i kroppen; det er ingen "proteindepoter" i kroppen. Hos voksne er proteinsyntese og nedbrytning balansert, mens syntesen i barndommen dominerer.
Funksjoner proteiner i kroppen er svært forskjellige: plast (celler inneholder omtrent 50% proteiner), regulatoriske (mange hormoner er proteiner), enzymatiske (enzymer er biologiske katalysatorer av proteinnatur, de øker hastigheten på biokjemiske reaksjoner betydelig), energi (proteiner representerer en energireserve i kroppen, som brukes når det er mangel på karbohydrater og fett), transport (hemoglobin transporterer oksygen), kontraktil (aktin og myosin i muskelvev). En persons daglige proteinbehov er omtrent 100–118 g.
Den viktigste energikilden i kroppen er karbohydrater. Nedbrytningen av 1 g glukose frigjør samme mengde energi som nedbrytningen av 1 g protein (17,6 kJ, eller 4,1 kcal), men oksidasjonen av karbohydrater skjer mye lettere og raskere enn oksidasjonen av proteiner. Polysakkarider som kommer inn i fordøyelseskanalen med mat brytes ned til monomerer (glukose). Glukose absorberes i blodet. I blodet holdes glukosekonsentrasjonen på et konstant nivå på 0,08–0,12 % takket være bukspyttkjertelhormonene - insulin og glukagon. Insulin omdanner overflødig glukose til glykogen ("animalsk stivelse"), som lagres i lever og muskler. Glukagon, tvert imot, omdanner glykogen til glukose hvis innholdet i blodet reduseres. Med mangel på insulin utvikler det seg en alvorlig sykdom - diabetes. Sluttproduktene av karbohydratnedbrytning er vann og karbondioksid. Menneskets daglige behov for karbohydrater er omtrent 500 g.
Betydning fett for kroppen er at de er en av de viktigste energikildene (med nedbrytning av 1 g fett frigjøres 38,9 kJ eller 9,3 kcal). I tillegg utfører fett beskyttende, støtdempende, plastiske funksjoner i kroppen, og er en kilde til vann. Fett lagres i reserve (hovedsakelig i det subkutane vevet). I fordøyelseskanalen brytes fett ned til glyserol og fettsyrer. Fett absorberes i lymfen. Når de dissimileres, oksideres de til vann og karbondioksid. En persons daglige behov for fett er omtrent 100 g.
Metabolisme spiller også en viktig rolle i kroppen. vann Og mineralsalter. Vann er et universelt løsningsmiddel; alle reaksjoner i celler finner sted i et vandig miljø. I løpet av dagen mister en person omtrent 2,5 liter vann (med urin, deretter under pusten), derfor er den daglige vannforbruket 2,5–3 liter. Mineralsalter er nødvendige for normal funksjon av alle kroppssystemer. De er en del av alt vev, deltar i plastiske metabolismeprosesser, er nødvendige for syntese av hemoglobin, magesaft, for utvikling av muskel- og nervesystemet, etc. Kroppens største behov er for fosfor, kalsium, natrium, klor, kalium, men mange andre grunnstoffer (kobber, magnesium, jern, sink, brom osv.) trengs også i små mengder.
Metabolisme er umulig uten deltakelse vitaminer. Dette er organiske stoffer som kreves av kroppen i svært små mengder (noen ganger hundredeler av et milligram per dag). Vitaminer er ofte inkludert i enzymer som koenzymer, fremmer virkningen av hormoner og øker kroppens motstand mot ugunstige miljøforhold. De viktigste vitaminene inkluderer vitamin C, A, D og gruppe B. Med mangel på ett eller annet vitamin utvikler hypovitaminose med et overskudd, hypervitaminose utvikler seg.
Plast- og energimetabolisme henger sammen. I prosessen med metabolisme genereres det kontinuerlig energi, som også kontinuerlig brukes på å utføre arbeid, sikre nervøs aktivitet og syntetisere stoffer. Energikilden for mennesker er næringsstoffer, så det er viktig at maten inneholder alle de organiske og uorganiske forbindelsene som er nødvendige for normal metabolisme. De resulterende metabolske sluttproduktene skilles ut fra kroppen gjennom lungene, tarmene, huden og nyrene. Hovedrollen i å fjerne forfallsprodukter fra kroppen tilhører nyrene, gjennom hvilke urea, urinsyre, ammoniumsalter fjernes, og overflødig vann og salter fjernes.
Normal metabolisme er grunnlaget for helse. Metabolske forstyrrelser fører til alvorlige sykdommer (diabetes, gikt, fedme eller omvendt vekttap, etc.).
2. Årsaker til evolusjon. Økende kompleksitet av planter i prosessen med evolusjon
I 1859 skrev Charles Darwin i sitt briljante verk «The Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Breeds in the Struggle for Life» at den viktigste drivkraften til evolusjon er naturlig utvalg basert på arvelig variasjon.
Faktorer ved naturlig utvalg i naturen inkluderer reproduksjonsintensitet(jo høyere den er, jo større sjanser har arten til å overleve og utvide habitatet sitt) og kamp for tilværelsen. Kampen for tilværelsen kan være intraspesifikk – dette er den mest intense formen for kamp, som imidlertid sjelden er preget av manifestasjoner av grusomhet – og interspesifikk, som kan være grusom. En annen form for kamp for tilværelsen er kampen mot ugunstige miljøforhold. Darwin skrev at naturlig utvalg er overlevelsen til de sterkeste artene. Tilpasning oppnås gjennom naturlig utvalg.
Under utviklingen av planter skjedde følgende hendelser. I Arkeisk tid(for omtrent 3,5 milliarder år siden) dukket det opp blågrønne alger, som er klassifisert som cyanobakterier: de var encellede og flercellede prokaryote organismer som var i stand til fotosyntese med frigjøring av oksygen. Utseendet til blågrønne alger førte til berikelsen av jordens atmosfære med oksygen, nødvendig for alle aerobe organismer.
I Proterozoikum(omtrent 2,6 milliarder år siden) dominerte grønne og røde alger. Alger er lavere planter hvis kropp ikke er delt inn i seksjoner og ikke har spesialisert vev (en slik kropp kalles en thallus). Alger fortsatte å dominere i Paleozoikum(Paleozoikum er omtrent 570 millioner år), men i den siluriske perioden av paleozoikum dukket de eldste høyere plantene opp - rhinofytter (eller psilofytter). Disse plantene hadde allerede skudd, men de hadde ennå ikke blader og røtter. De reproduserte seg av sporer og førte en terrestrisk eller semi-akvatisk livsstil. I den devonske perioden av paleozoikum oppstår moser og pteridofytter (mosemoser, kjerringrokk, bregner), og rhiniofytter og alger dominerer jorden. I Devon dukket det også opp et nytt rike - høyere sporeplanter * - dette er sopp, moser og pteridofytter. Moser utvikler stengler og blader (utvekster av stilken), men det er ingen røtter ennå; Funksjonen til røttene utføres av rhizoider - trådlignende utvekster på stilken. Utviklingssyklusen til moser domineres av den haploide generasjonen (gametofytt), som er en bladstammet moseplante. Deres diploide generasjon (sporofytt) er ikke i stand til å eksistere uavhengig og lever av gametofytten. Bregner utvikler røtter; i deres utviklingssyklus dominerer sporofytten (bladstammeplanten), og gametofytten er representert av en prothallus - dette er en liten hjerteformet plate i bregner eller en knute i moser og kjerringrokk. I gamle tider var dette enorme trelignende planter. Reproduksjon i høyere sporer er umulig uten vann, fordi Befruktning av egget i dem skjer i vanndråper, der mobile mannlige kjønnsceller - sædceller - beveger seg mot eggene. Dette er grunnen til at vann er en begrensende faktor for høyere sporeplanter: hvis det ikke er dryppvann, vil reproduksjonen av disse plantene bli umulig.
I Carboniferous (Carboniferous) frø dukket det opp bregner, som senere, som forskerne tror, gymnospermer stammet fra. Gigantiske trelignende bregner dominerer planeten (det er de som dannet kullforekomstene), og rhinofytter dør fullstendig ut i løpet av denne perioden.
I den permiske perioden av paleozoikum dukket det opp gamle gymnospermer. I denne perioden dominerer frø- og urteaktige bregner, og trebregner dør ut. Gymnospermer er klassifisert som frøbærende planter. De formerer seg med frø, som ikke er beskyttet av fruktens vegger (gymnospermer har ikke blomster eller frukt). Utseendet til disse plantene var assosiert med landstigning og svingninger i temperatur og fuktighet. Reproduksjonen av disse plantene er ikke lenger avhengig av vann.
I Mesozoikum(Mesozoikum er omtrent 240 millioner år) det er tre perioder - trias, jura og kritt. I mesozoikum dukket moderne gymnospermer (i trias) og de første angiospermene (i jura) opp. De dominerende plantene er gymnospermer. Gamle gymnospermer og bregner dør ut i løpet av denne epoken.
Utseendet til angiospermer var assosiert med en rekke aromorfoser. Disse plantene utvikler en blomst - et modifisert forkortet skudd tilpasset dannelsen av sporer og kjønnsceller. I blomsten foregår pollinering og befruktning, og embryoet og frukten dannes. Frøene til angiospermer er beskyttet av perikarpen - dette bidrar til bevaring og distribusjon. Under seksuell reproduksjon i disse plantene oppstår dobbel befruktning: en sædcelle befrukter egget, og den andre sædcellen befrukter den sentrale cellen i embryoposen, noe som resulterer i dannelsen av et embryo og en triploid endosperm - embryoets næringsvev. Befruktning skjer i embryoposen, som utvikler seg i eggløsningen, beskyttet av eggstokkens vegger.
Blant angiospermer er det gress, busker og trær. Vegetative organer (rot, stilk, blad) har mange modifikasjoner. Utviklingen av angiospermer gikk veldig raskt. De er preget av høy evolusjonær plastisitet. Pollinerende insekter spilte en stor rolle i deres utvikling og distribusjon. Angiospermer er den eneste gruppen av planter som danner komplekse flerlagssamfunn. Dette bidrar til mer intensiv bruk av miljøet og vellykket erobring av nye territorier.
I Kenozoikumæra (den er omtrent 67 millioner år gammel), moderne angiospermer og gymnospermer dominerer på jorden, og høyere sporeplanter gjennomgår biologisk regresjon.
Billett nummer 2
1. Gassutveksling i lunger og vev
Gassutveksling skjer hele tiden mellom kroppen og miljøet: oksygen, nødvendig for dissimilering, kommer inn i kroppen, og karbondioksid dannet som et resultat av oksidasjon av organiske stoffer fjernes fra kroppen. Inntak av oksygen og fjerning av karbondioksid er sikret av luftveiene. Luftveiene er nesehulen, nasopharynx, strupehodet, luftrøret, bronkiene. Det viktigste luftveisorganet er lungene. Det er i alveolene i lungene at gassutvekslingen finner sted mellom atmosfærisk luft og blod.
Alveoler er lungevesikler hvis vegger består av et enkelt lag med epitelceller. De er tett sammenvevd med kapillærer. Konsentrasjonen av karbondioksid i blodet er høyere enn i luften, og konsentrasjonen av oksygen er lavere, så karbondioksid beveger seg fra blodet til alveolene, og oksygen fra alveolene til blodet. Prosessen fortsetter til likevekt er nådd.
I blodet kombineres oksygen med hemoglobinet i røde blodlegemer for å danne oksyhemoglobin. Blodet blir arterielt. Kroppens celler bruker kontinuerlig oksygen. Derfor går oksygen fra blodet inn i vevsceller, og oksyhemoglobin blir tilbake til hemoglobin. I mitokondrier, ved bruk av oksygen, oppstår oksidasjon av organiske stoffer (hovedkilden til energi i kroppen er karbohydrater), energi frigjøres, som går til syntesen av ATP - en universell energiakkumulator i celler.
Karbondioksid fra cellene kommer inn i blodet. Således, i vev av organer, blir arterielt blod omdannet til venøst blod. Noe av karbondioksidet reagerer med hemoglobin og danner karbohemoglobin, men det meste av karbondioksidet (ca. 2/3) reagerer med plasmavann. Denne reaksjonen katalyseres av enzymet karbonsyreanhydrase. Avhengig av nivået av karbondioksid i blodet, kan dette enzymet fremskynde eller bremse reaksjonen. Når karbondioksid kombineres med vann, dannes karbonsyre, som dissosieres og danner H+-kationen og HCO3-anionet. Dette anionet reiser med blodet til lungene, hvor karbondioksid frigjøres.
Når det reagerer med karbonmonoksid (CO), danner hemoglobin karboksyhemoglobin, og når det interagerer med nitrogenoksid eller noen medikamenter, methemoglobin; disse formene for hemoglobin kan ikke binde oksygen, så døden kan oppstå. Hemoglobininnholdet i blodet til menn er 130–160 g/l, og hos kvinner – 120–140 g/l. Med en reduksjon i hemoglobininnholdet oppstår anemi - en tilstand der vev ikke mottar nok oksygen.
Normalt er innholdet av oksygen, karbondioksid og nitrogen i innåndingsluften henholdsvis 20,94 %, 0,03 % og 79,03 %. I utåndet luft synker oksygeninnholdet til 16,3 %, og karbondioksid øker til 4 %. Nitrogeninnholdet endres mindre (øker til 79,7%).
Passasjen av luft gjennom lungene sikres ved inn- og utpust. Innånding er en konsekvens av sammentrekning av de ytre interkostale musklene, som et resultat av at ribbeina stiger. Når du inhalerer trekker muskelfibrene i mellomgulvet seg sammen, kuppelen på diafragma blir flatere og senkes. Volumet av brysthulen øker på grunn av endringer i størrelsen, spesielt i vertikal retning. Lungene følger brystets bevegelser. Dette forklares av det faktum at lungene er atskilt fra brysthulens vegger av pleurahulen - et spaltelignende rom mellom parietal pleura (den fletter innsiden av brystet) og den viscerale pleuraen (den dekker ytre overflate av lungene). Pleurahulen er fylt med pleuravæske. Når du puster inn, synker trykket i pleurahulen, volumet av lungene øker, trykket i dem avtar og luft kommer inn i lungene. Når du puster ut slapper luftveismusklene av, volumet i brysthulen minker, trykket i pleurahulen øker litt, det strakte lungevevet trekker seg sammen, trykket øker og luft forlater lungene. Endringen i lungevolum skjer altså passivt, og er forårsaket av endringer i volumet av brysthulen og trykk i pleurafissuren og inne i lungene.
Mengden luft som kommer inn i lungene under en stille innånding og som pustes ut under en rolig utpust kalles tidalvolumet (ca. 500 cm3). Volumet av luft som kan pustes ut etter dypeste pust kalles lungenes vitale kapasitet (ca. 3000–4500 cm3). Lungekapasitet er en viktig indikator på menneskers helse.
2. Encellede planter og dyr. Egenskaper ved habitat, struktur og livsaktivitet. Rolle i naturen og menneskelivet
Encellede organismer er organismer hvis kropp består av en enkelt celle. De kan være prokaryoter (bakterier og blågrønnalger, eller cyanobakterier), dvs. ikke har en dannet kjerne (funksjonen til kjernen utføres av en nukleoid - et DNA-molekyl foldet til en ring), men de kan også være eukaryoter, dvs. har en dannet kjerne.
Encellede eukaryote organismer inkluderer mange grønne og noen andre alger, så vel som alle representanter for phylum Protozoa. Den generelle strukturplanen og settet av organeller i encellede eukaryoter ligner på cellene til flercellede organismer, men de funksjonelle forskjellene er svært betydelige.
Encellede organismer kombinerer egenskapene til både en celle og en uavhengig organisme. Mange encellede organismer danner kolonier. Flercellede organismer utviklet seg fra encellede organismer i evolusjonsprosessen.
Den enkleste strukturen er encellede blågrønne alger. Cellene deres har ikke en kjerne eller plastider, de ligner på bakterieceller. På dette grunnlaget er de klassifisert som cyanobakterier. Pigmenter (klorofyll, karoten) er oppløst i deres ytre lag av cytoplasma - kromatoplasma. Disse algene dukket opp i arkeene og var de første organismene på jorden som produserte oksygen under fotosyntesen. Blågrønne alger kan også danne flercellede former - filamenter.
Blant grønne alger inkluderer encellede former Chlamydomonas, Chlorella og Pleurococcus. Encellede alger kan danne kolonier (for eksempel Volvox).
Kiselalger er også mikroskopiske encellede alger som kan danne kolonier.
Encellede alger lever oftest i vann (Chlamydomonas i ferskvann, og Chlorella i både ferskvann og sjøvann), men de kan også leve i jorda (for eksempel Chlorella, kiselalger), og kan leve på barken av trær (pleurococcus). Noen alger lever selv på overflaten av is og snø (noen Chlamydomonas, for eksempel Chlamydomonas snø). I Antarktis danner kiselalger et tett brunt belegg på undersiden av isen.
Encellede protozoer danner underriket Animalia. De fleste celler har én kjerne, men det finnes også flerkjernede former. På toppen av membranen har mange protozoer et skall eller skall. De beveger seg ved hjelp av bevegelsesorganeller - flageller, flimmerhår, og kan danne pseudopodia (psepododes).
De fleste protozoer er heterotrofer. Matpartikler fordøyes i fordøyelsesvakuoler. Osmotisk trykk i cellen reguleres av kontraktile vakuoler: gjennom dem fjernes overflødig vann. Slike vakuoler er karakteristiske for ferskvannsprotozoer. Metabolske produkter skilles ut fra kroppen av protozoer sammen med vann. Imidlertid utføres hovedfunksjonen til utskillelse gjennom hele overflaten av cellen.
Protozoer har både aseksuell og seksuell reproduksjon.
Disse encellede organismene reagerer på miljøpåvirkninger: de har positive og negative taxier (for eksempel har tøffelciliaten negativ kjemotakse - den beveger seg bort fra en saltkrystall plassert i vann).
Mange protozoer er i stand til å encystere. Encystment tillater overlevelse av ugunstige forhold og fremmer spredning av protozoer.
Betydningen av encellede alger i naturen er direkte relatert til deres livsstil. Disse organismene syntetiserer organisk materiale, frigjør oksygen til atmosfæren, absorberer karbondioksid, er et ledd i den totale næringskjeden, deltar i jorddannelse, renser vannforekomster og kan gå i symbiose med andre organismer (for eksempel er chlorella en phycobiont). av lav). Døde kiselalger encellede alger dannet tykke forekomster av stein - kiselgur, og på bunnen av havene - kiselgur. Encellede blågrønn- og grønnalger kan forårsake vannoppblomstring.
Mennesker bruker mye encellede alger og deres metabolske produkter. Dermed brukes encellede grønnalgers evne til å absorbere organiske stoffer over hele overflaten av cellen til å rense vannforekomster; Chlorellas evne til å syntetisere store mengder proteiner, fete oljer og vitaminer brukes i industriell produksjon av fôr; Evnen til den samme chlorellaen til å frigjøre mye oksygen under fotosyntesen brukes til å regenerere luft i trange rom (for eksempel i romskip, ubåter). Noen blågrønne alger brukes som gjødsel fordi... de er i stand til å fikse nitrogen, og alger som spirulina brukes som tilsetningsstoff.
Betydningen av protozoer er delvis lik den for encellede alger. Protozoer deltar også i jorddannelse og tjener til å rense vannforekomster, fordi lever av bakterier og råtnende stoffer. Mange protozoer er indikatorer på vannrenhet. Kalksteinsforekomster dannes av skjellene til protozoer (marine sarkoider); de fungerer også som indikatorer i leting etter olje og andre mineraler. Protozoer er, i likhet med encellede alger, et viktig ledd i stoffets syklus.
Protozoer og encellede alger er viktige objekter for vitenskapelig forskning. De brukes i cytologiske, genetiske, biofysiske, fysiologiske og andre studier.
Fortsettelse følger
* Her gjorde forfatteren flere unøyaktigheter.
1. Høyere sporeplanter er ikke et rike, men en kollektiv plantegruppe som ikke har en taksonomisk rangering (det samme som f.eks. tetrapoder(firebeint), dvs. alle virveldyr har fire femfingrede lemmer.
2. Sopp tilhører ikke planteriket de er klassifisert i et eget rike.
3. På slutten av devon kom alle kjente planteinndelinger, bortsett fra angiospermer (dvs. Bryophytes, Lycophytes, Horsetails, Ferns, Gymnosperms). Merk utg.
Næringsverdi
I alle levende organismer i dag, fra de mest primitive til de mest komplekse - menneskekroppen - er metabolisme og energi grunnlaget for livet.
I menneskekroppen, i dens organer, vev, celler, er det en kontinuerlig prosess med skapelse og dannelse av komplekse stoffer. Samtidig oppstår forfall og ødeleggelse av komplekse organiske stoffer som utgjør cellene i kroppen.
Organers arbeid er ledsaget av deres kontinuerlige fornyelse: noen celler dør, andre erstatter dem. Hos en voksen dør 1/20 av hudepitelet, halvparten av alle epitelceller i fordøyelseskanalen, ca 25 g blod osv. og erstattes innen 24 timer.
Vekst og fornyelse av kroppsceller er bare mulig hvis oksygen og næringsstoffer kontinuerlig tilføres kroppen. Næringsstoffer er byggesteinene plast materialet som levende ting er bygget av.
For å bygge nye celler i kroppen, deres kontinuerlige fornyelse, for funksjonen til organer som hjertet, mage-tarmkanalen, åndedrettsapparatet, nyrene, etc., så vel som for en person å utføre arbeid, er det nødvendig med energi. Kroppen mottar denne energien fra nedbrytningen av cellestoffer under metabolismen.
Dermed tjener næringsstoffene som kommer inn i kroppen ikke bare som plast, byggemateriale, men også som en energikilde, så nødvendig for livet.
Under metabolisme forstå helheten av endringer som stoffer gjennomgår fra det øyeblikket de kommer inn i fordøyelseskanalen til dannelsen av endelige nedbrytningsprodukter som skilles ut fra kroppen.
Assimilering og dissimilering
Metabolisme er enheten av to prosesser: assimilering og dissimilering. Som et resultat av prosessen assimilering Relativt enkle fordøyelsesprodukter som går inn i celler, gjennomgår kjemiske transformasjoner med deltakelse av enzymer og sammenlignes med stoffer som er nødvendige for kroppen. Dissimilering- nedbrytning av komplekse organiske stoffer som utgjør cellene i kroppen. Noen av nedbrytningsproduktene gjenbrukes av kroppen, og noen skilles ut fra kroppen.
Dissimileringsprosessen skjer også med deltakelse av enzymer. Under dissimilering frigjøres energi. Det er på grunn av denne energien at nye celler bygges, gamle fornyes, menneskets hjerte fungerer og mentalt og fysisk arbeid utføres.
Assimilerings- og dissimileringsprosessene er uatskillelige fra hverandre. Når assimileringsprosessen intensiveres, spesielt under veksten av en ung organisme, intensiveres også dissimileringsprosessen.
Transformasjon av stoffer
Kjemiske transformasjoner av matstoffer begynner i fordøyelseskanalen. Her brytes komplekse proteiner, fett og karbohydrater ned til enklere som kan tas opp gjennom tarmslimhinnen og bli byggemateriale under assimileringsprosessen. Fordøyelsen frigjør en liten mengde energi i fordøyelseskanalen. Stoffer som mottas som et resultat av absorpsjon i blodet og lymfen bringes inn i cellene, hvor de gjennomgår store forandringer. De resulterende komplekse organiske stoffene er en del av cellene og deltar i implementeringen av deres funksjoner. Energien som frigjøres under nedbrytningen av cellestoffer brukes til kroppens levetid. Metabolske produkter fra ulike organer og vev som ikke brukes av kroppen frigjøres fra det.
Enzymes rolle i intracellulær metabolisme
Hovedprosessene for transformasjon av stoffer finner sted inne i cellene i kroppen vår. Disse prosessene ligger til grunn intracellulært Utveksling. Den avgjørende rollen i intracellulær metabolisme tilhører en rekke cellulære enzymer. Takket være deres aktivitet skjer komplekse transformasjoner med cellestoffer, intramolekylære kjemiske bindinger i dem brytes, noe som fører til frigjøring av energi. Oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner er spesielt viktige her. Sluttproduktene av oksidasjonsprosesser i cellen er karbondioksid og vann. Med deltakelse av spesielle enzymer utføres andre typer kjemiske reaksjoner i cellen.
Energien som frigjøres under disse reaksjonene brukes til å bygge nye stoffer i cellen og opprettholde de vitale prosessene i kroppen. Hovedbatteriet og energibæreren som brukes i mange syntetiske prosesser er adenosintrifosforsyre (ATP). ATP-molekylet inneholder tre fosforsyrerester. ATP brukes i alle metabolske reaksjoner som krever energi. I ATP-molekylet brytes den kjemiske bindingen med en eller to fosforsyrerester, og frigjør lagret energi (spaltningen av en fosforsyrerest resulterer i frigjøring av ca. 42 000 J per 1 gram molekyl).