Ш эндокринные - выделяют свой секрет непосредственно в кровоток
эпителиальная ткань клетка функция
Многослойный эпителий подразделяется на три вида: неороговевающий, ороговевающий и переходный. Многослойный неороговевающий эпителий состоит из трех слоев клеток: базального, шиловидного и плоского.
Переходный эпителий выстилает органы, подверженные сильному растяжению - мочевой пузырь, мочеточники и др. При изменении объёма органа толщина и строение эпителия также изменяется.
Наличие большого числа слоев позволяет выполнять защитную функцию. Многослойный неороговевающий эпителий выстилает роговицу, полость рта и пищевод, является производным наружного зародышевого листка (эктодермы).
Многослойный плоский ороговевающий эпителий - эпидермис, он выстилает кожные покровы. В толстой коже (ладонные поверхности), которая постоянно испытывает нагрузку, эпидермис содержит 5 слоёв:
Ш базальный слой - содержит стволовые клетки, дифференцированные цилиндрические и пигментные клетки (пигментоциты).
Ш шиповатый слой - клетки полигональной формы, в них содержатся тонофибриллы.
Ш зернистый слой - клетки приобретают ромбовидную форму, тонофибриллы распадаются и внутри этих клеток в виде зёрен образуются белок кератогиалин, с этого начинается процесс ороговения.
Ш блестящий слой - узкий слой, в нём клетки становятся плоскими, они постепенно утрачивают внутриклеточную структуру, и кератогиалин превращается в элеидин.
Ш роговой слой - содержит роговые чешуйки, которые полностью утратили строение клеток, содержат белок кератин. При механической нагрузке и при ухудшении кровоснабжения процесс ороговения усиливается.
В тонкой коже, которая не испытывает нагрузки, отсутствует зернистый и блестящий слои. Основная функция многослойного ороговевающего эпителия - защитная.
Рис. Многослойный эпителий
Онтофилогенетическая классификация
Наряду с морфологической классификацией, используется онтофилогенетическая классификация, созданная российским гистологом Н.Г. Хлопиным. В основе ее лежат особенности развития эпителиев из тканевых зачатков.
Эпидермальный тип эпителия образуется из эктодермы, имеет многослойное или многорядное строение, приспособлен к выполнению прежде всего защитной функции.
Энтеродермальный тип эпителия развивается из энтодермы, является по строению однослойным призматическим, осуществляет процессы всасывания веществ, выполняет железистую функцию.
Целонефродермальный тип эпителия развивается из мезодермы, по строению однослойный, плоский, кубический или призматический; выполняет барьерную или экскреторную функцию.
Эпендимоглиальный тип представлен специальным эпителием, выстилающим, например, полости мозга. Источником его образования является нервная трубка.
Источники развития эпителиальных тканей
Эпителии развиваются из всех трех зародышевых листков, начиная с 3-4-й недели эмбрионального развития человека. В зависимости от эмбрионального источника различают эпителии эктодермального, мезодермального и энтодермального происхождения.
Родственные виды эпителиев, развивающиеся из одного зародышевого листка, в условиях патологии могут подвергаться метаплазии, т.е. переходить из одного вида в другой, например в дыхательных путях эпителий при хронических бронхитах из однослойного реснитчатого может превратиться в многослойный плоский, который в норме характерен для ротовой полости.
Строение и функции базальной мембраны
Базальные мембраны образуются в результате деятельности как клеток эпителия, так и клеток подлежащей соединительной ткани. Базальная мембрана имеет толщину около 1 мкм и состоит из двух пластинок: светлой (lamina lucida) и темной (lamina densa). Светлая пластинка включает аморфное вещество, относительно бедное белками, но богатое ионами кальция. Темная пластинка имеет богатый белками аморфный матрикс, в который впаяны фибриллярные структуры (такие как коллаген IV типа), обеспечивающие механическую прочность мембраны. Гликопротеины базальной мембраны - фибронектин и ламинин - выполняют роль адгезивного субстрата, к которому прикрепляются эпителиоциты. Ионы кальция при этом обеспечивают связь между адгезивными гликопротеинами базальной мембраны и полудесмосомами эпителиоцитов.
Кроме того, гликопротеины базальных мембран индуцируют пролиферацию и дифференцировку эпителиоцитов при регенерации эпителия.
Наиболее прочно клетки эпителия связаны с базальной мембраной в области полудесмосом. Здесь от плазмолеммы эпителиоцитов через светлую пластинку к темной пластинке базальной мембраны проходят "якорные" филаменты. В этой же области, но со стороны подлежащей соединительной ткани в темную пластинку базальной мембраны вплетаются пучки "заякоривающих" фибрилл коллагена VII типа, обеспечивающих прочное прикрепление эпителиального пласта к подлежащей ткани.
Функции базальной мембраны:
Ш механическая (закрепление эпителиоцитов),
Ш трофическая и барьерная (избирательный транспорт веществ),
Ш морфогенетическая (обеспечение процессов регенерации и ограничение возможности инвазивного роста эпителия).
12. Назовите основные группы мышечной ткани?
Типы мышечной ткани (по строению): скелетная, гладкая исердечная
Дополнительные сведения: Скелетная мышечная ткань, Гладкие мышцы, и Кардиомиоцит
В зависимости от особенностей строения мышцы человека делят на 3 типа или группы:
· скелетные,
· гладкие,
· сердечная.
Первая группа мышц — скелетные, или поперечнополосатые мышцы. Скелетных мышц у каждого из нас более 600. Мышцы этого типа способны произвольно, по желанию человека, сокращаться и вместе со скелетом образуют опорно-двигательную систему. Общая масса этих мышц составляет около 40 % веса тела, а у людей, активно развивающих свои мышцы, может быть ещё больше. С помощью специальных упражнений размер мышечных клеток можно увеличивать до тех пор, пока они не вырастут в массе и объёме и не станут рельефными. Сокращаясь, мышца укорачивается, утолщается и движется относительно соседних мышц. Укорочение мышцы сопровождается сближением её концов икостей, к которым она прикрепляется. В каждом движении участвуют мышцы как совершающие его, так и противодействующие ему (агонисты и антагонисты соответственно), что придаёт движению точность и плавность.
Второй тип мышц, который входит в состав клеток внутренних органов, кровеносных сосудов и кожи, — гладкая мышечная ткань, состоящая из характерных мышечных клеток (миоцитов). Короткие веретеновидные клетки гладких мышц образуют пластины. Сокращаются они медленно и ритмично, подчиняясь сигналам вегетативной нервной системы. Медленные и длительные их сокращения происходят непроизвольно, то есть независимо от желания человека.
Гладкие мышцы, или мышцы непроизвольных движений, находятся главным образом в стенках полых внутренних органов, например пищевода или мочевого пузыря. Они играют важную роль в процессах, не зависящих от нашего сознания, например в перемещении пищи по пищеварительному тракту.
Отдельную (третью) группу мышц составляет сердечная поперечнополосатая (исчерченная) мышечная ткань (миокард). Она состоит из кардиомиоцитов. Сокращения сердечной мышцы не подконтрольны сознанию человека, она иннервируется вегетативной нервной системой.
13. Каковы основные клеточные элементы собственно соединительных тканей?
Соединительные ткани, или ткани внутренней среды, представляют собой группу тканей с разнообразными морфофункциональными характеристиками, которые образуют внутреннюю среду организма и поддерживают ее постоянство. Эти ткани никогда непосредственно не граничат с внешней средой и полостями тела.
Общие признаки соединительных тканей: 1) развитие в эмбриональном периоде из общего источника - мезенхимы,которая является полипотентным (образующим ряд тканей) и гетерогенным (состоящим из разных по происхождению клеток) зачатком 2) высокое содержание межклеточного вещества.
Функции соединительных тканей разнообразны. Наиболее общая функция всех соединительных тканей - поддержание постоянства внутренней среды организма (гомеостатическая). Она включает ряд частных функций, к которым относятся:трофическая (обеспечение других тканей питательными веществами); дыхательная (обеспечение газообмена в других тканях);
регуляторная (влияние на деятельность других тканей посредством биологически активных веществ и контактных взаимодействий); защитная (обеспечение разнообразных защитных реакций); транспортная (обусловливает все предыдущие, так как обеспечивает перенос питательных веществ, газов, регуляторных веществ, защитных факторов и клеток); опорная, механическая - формирование стромы (поддерживающих и опорных элементов для других тканей) икапсул различных органов, а также образование (в качестве функционально ведущих тканей) органов, выполняющих роль опорных и защитных элементов в организме (сухожилий, связок, хрящей, костей).
Классификация соединительных тканей выделяет пять подгрупп:
(1) Кровь, лимфа - своеобразные соединительные ткани с жидким межклеточным веществом (плазмой), в котором находятся клетки (лейкоциты) и постклеточные структуры (эритроциты, тромбоциты). Эти ткани выполняют ряд функций, связанных с транспортом веществ, дыханием и защитными реакциями.
(2) Кроветворные ткани (лимфоидная, миелоидная) обеспечивают процессы гемоцитопоэза - постоянного образования форменных элементов крови, возмещающего их естественную убыль.
(3) Волокнистые соединительные ткани (собственно соединительные ткани) - наиболее типичные представители данной группы тканей, в межклеточном веществе которых ярко выражен волокнистый компонент. Подразделяются на несколько видов в зависимости от относительного объема, занимаемого в ткани волокнами, и их ориентации.
(4) Соединительные ткани со специальными свойствами (жировая, ретикулярная, пигментная, слизистая) - выполняют разнообразные специализированные функции в организме. Частично сходны по строению с волокнистыми соединительными тканями, однако характеризуются резким преобладанием специфических клеток (например, жировая и пигментная ткани) или неволокнистых компонентов межклеточного вещества (слизистая ткань).
(5) Скелетные соединительные ткани (хрящевые и костные) - характеризуются плотным и прочным межклеточным веществом (обызвествленным в костных тканях), обеспечивающим их высокие механические свойства, благодаря которым они выполняют опорную функцию по отношению к организму в целом (в составе скелета) или некоторым органам (входя в их состав).
14. Что такое нервная ткань и из каких компонентов она состоит?
Нервная система играет важнейшую роль в регуляции функций организма. Она обеспечивает согласованную работу клеток, тканей, органов и их систем. При этом организм функционирует как единое целое. Благодаря нервной системе осуществляется связь организма с внешней средой.
Деятельность нервной системы лежит в основе чувств, обучения, памяти, речи и мышления - психический процессов, с помощью которых человек не только познает окружающую среду, но и может активно ее изменить. Основой взаимоотношений организма с окружающей средой являются рефлексы или инстинкты, которые, по определению И. П. Павлова, представляют определенные, закономерные реакции животного организма на определенные внешние агенты.
Действие на организм внешнего агента трансформируется определенными концевыми аппаратами нервной системы (рецепторами) и становится жизненным процессом. Последний, в форме нервного импульса распространяется по нервной системе через центры до рабочего органа. Здесь нервный импульс снова трансформируется, в результате этого выявляется специфическая деятельность рабочего органа, которая выражается в виде сокращения мускулатуры или секреции железы.
Вместе с тем нервная система отражает все изменения, происходящие во внутреннем мире организма. Особенно важное значение имеет высший отдел нервной системы - кора больших полушарий головного мозга. Под влиянием коры находятся все функции, и в ней тончайшим образом отражается все развитие организма. Здесь осуществляется высший анализ и синтез постоянно изменяющегося взаимодействия организма с внешней средой и непрерывных изменений его внутреннего мира.
Изучая нервную систему, отдельные элементы ее - клетки и неклеточное вещество - можно называть тканевыми элементами.
Основной тканью, из которой образована нервная система, является нервная ткань. Среди тканевых элементов нервной системы принято различать клетки и неклеточное промежуточное вещество. Клетки в деталях имеют различное строение и разные функции. Их принято делить на 2 группы: нейроны (нейроциты), выполняющих основную функцию нервной системы - реактивность, и нейроглии (глиальные клетки). Клетки глии и находящиеся с ними в тесной связи неклеточное вещество являются вспомогательными ее элементами , выполняющими опорную, трофическую, разграничительную и секреторную функции. На один нейрон приходится минимум 10 глиальных клеток.
15. Какова функциональная роль лимфоцитов?
В-лимфоциты образуются в костном мозге и попадают в лимфатическую систему, а именно в пищеварительный тракт, дыхательные и мочевыделительные пути, где учатся распознавать чужеродные клетки и превращаются в долгоживущие клетки.
Активность В-лимфоцитов в значительной степени регулируется Т-лимфоцитами. В-лимфоциты несут на своей поверхности около 100 000 так называемых антител (иммуноглобулинов), которые могут быть выделены в жидкие среды организма. Антитела распознают инородные субстанции и патологические клетки своего организма, например опухолевые, и вместе с другими функциональными факторами иммунитета стараются их уничтожить. Каждое антитело является специфическим только к одному антигену, как ключ к замку. Существуют миллионы антигенов, а значит, столько же должно быть и антител. Как только происходит идентификация антигена, В-лимфоциты как носители специфических антител тут же включаются в работу, вырабатывая до 2000 антител в секунду. Это длится чаще всего несколько дней, во время которых человек чувствует себя больным.
Каждое антитело обладает следующими возможностями:
• умеет различать собственные и инородные клетки;
• умеет распознать антигены;
• включает помощников иммунных реакций;
• включает в борьбу гранулоциты.
Измененные собственные клетки организма оцениваются как инородные клетки.
16. Какова роль обмена веществ и энергии в жизни живых существ?
Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках организма.
Поступившие в организм в ходе питания органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются ферментами на строительные блоки – мономеры и направляются во все клетки организма. Часть молекул этих; веществ расходуется на синтез специфических синтезируются беки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и т.д.).
Другая часть низкомолекулярных органических соединений, поступивших в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена энергия, доступная непосредственно для выполнения работы.
В ходе превращение веществ в клетках организма образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и поэтому выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.
Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций, приводящих к образованию простых соединений из более сложных. К катаболическим относят, например, реакции гидролиза сложных полимеров до простых манометров и расщепление последних до углекислого газа, воды, аммиака. К катаболическим относят реакции энергетического обмена, в ходе которого происходит окисление органических веществ и синтез АТФ.
Анаболизм (ассимиляция) – совокупность реакций синтеза сложных органических веществ из более простых. Например, фиксация азота и биосинтез белка, синтез углеводов из углекислого газа и воды в ходе фотосинтеза, синтез полисахаридов, липидов, нуклеотидов, ДНК, РНК и других веществ. Синтез веществ в клетках живых организмов часто обозначают понятием пластический обмен, а расщепление веществ и их окисление с целью синтеза АТФ – энергетический обмен. Пластический и энергетический обмены составляют основу жизнедеятельности любой клетки, а, следовательно, и любого организма, и тесно связаны между собой.
Энергетический обмен – неотъемлемая и составная часть обмена веществ и энергии в живом организме, включающая процессы поглощения, запасания, передачи, трансформации, использования и выделения энергии. Любая живая клетка представляет собой активную, динамичную систему, энергия необходима для осуществления любых проявлений жизнедеятельности. Она требуется для процессов химического синтеза, для всех видов движения (в том числе и мышечного), для передачи нервных импульсов. энергия тратится и на процесс активного переноса веществ через плазматическую мембрану (в клетку и из клетки), причем на это расходуется весьма значительная часть энергетических ресурсов клетки. Энергия требуется также для образования тепла и поддержания постоянной температуры тела у птиц и млекопитающих и т.д. В организм энергия поступает из окружающей среды. Первичным источником ее для всего живого служит та часть солнечной радиации, которая называется видимым светом, улавливается зелеными растениями и в процессе фотосинтеза превращается сначала в электрохимическую, а затем в химическую энергию, запасаемую в органических продуктах фотосинтеза. Животные организмы, грибы, большинство бактерий и простейших не способны к фотосинтезу и поэтому целиком зависят (в смысле снабжения энергией) от веществ, синтезируемых растениями. Эта зависимость может быть прямой, как у травоядных, или непрямой, как у плотоядных, которые питаются другими животными, в том числе травоядными. Далее запасенная энергия переводится в форму, в которой она может использоваться растительными и животными клетками, клетками других организмов для выполнения какой-либо работы, например для синтеза необходимых клетке веществ, для обеспечения механических, электрических, осмотических и иных и процессов. В конечном счете, сущность энергетического обмена в клетке ( организме в целом) сводится к покрытию ее энергетических потребностей за счет осуществления в ней широкого спектра химических, физических и физико-химических реакций и преобразований веществ.
Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа. Первый из них – подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки – на аминокислоты, полисахариды (крахмал, гликоген) – на моносахариды (глюкозу), жиры – на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты – на нуклеотиды и т.д. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла.
Второй этап – бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества подвергаются дальнейшему ферментативному расщеплению без участия кислорода. Примером может служить гликолиз.
Продукт гликолиза – пировиноградная кислота – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Этот процесс также можно разделить на три основные стадии: 1) окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, 2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса – далее); 3) заключительная стадам окисления – электронтранспортная цепь.
17. Как организмы используют энергию?
Мы уже много говорили об энергии человека и рассматривали самые разные ее типы. Так, в зависимости от поставленных задач, можно различать различные энергетические уровни: физический, эмоциональный, психический, интеллектуальный.
Т.е. выходит некая матрешка, внутри которой спрятано нечто, от чего зависит наша жизнь.
Без должного физического уровня говорить о других видах энергии не имеет смысла. Чтобы разобраться в вопросах энергетики организма, надо понять, откуда берется самая основная (физическая) энергия и для чего организм человека использует энергию.
Как раз об этом мы и поговорим сегодня. Постараюсь обойтись без специальных терминов. Но тем не менее, есть важные понятия, которые не обойти. Я считаю, что пора все-таки начать разбираться хотя бы в элементарных вещах.
Если рассматривать человека как некую духовную сущность, то тело можно сравнить с автомобилем, что душа использует для данной жизни. Чтобы понять работу автомобиля, надо знать его строение и то, как энергия бензина превращается во вращательное движение колес. Для того, чтобы “автомобиль” работал четко, нужны две вещи:
· Исправность его составляющих.
· Топливо для его движения.
В принципе, это и есть основные моменты в управлении организмом. Т.е. нужно, чтобы все его органы работали нормально и была энергия для движения (сокращения мышц). Не знаю, как вы, но я восхищена строением человеческого тела. Только представить: в нем масса мышц (примерно 850 штук) и каждая из них, даже самая маленькая (мышцы ушей и глаз) напряженно трудится.
Клетки организма получает энергию в результате распада АТФ (школьный курс). Это универсальный аккумулятор организма. Природа также продумала, как можно постоянно пополнять его заряд, используя полезные вещества, что поступают в организм при питании.
АТФ появляется как раз в результате расщепления полезных веществ. Это процесс может быть как под действием кислорода, так и без него. В первом случае идет полный распад (кислород расщепляет все), во втором – нет.
Без кислорода, как правило, расщепляется только глюкоза. При этом организм получает энергию практически моментально, как в рекламе “Устал – Скушай Твикс”. Но ее надолго не хватает, т.к. расщепление не полное, а в мышцах накапливаются продукты распада (молочная кислота).
От того, какой у человека основной способ получения АТФ, зависит, склонен ли он к отложению жира или нет.
Итак, чтобы жить, организму человека нужна энергия. Он ее извлекает из пищи и кислорода. Если человек ведет более активный образ жизни, то ему нужно больше пищи, чтобы быть энергичным.
Очень важно уметь грамотно составить свой рацион, так как энергетическая ценность различных продуктов сильно отличается.
Пища должна быть полезна и разнообразна. Основная часть энергии поступает из углеводов (4 ккал на 1 г), белков (4 ккал на 1 г) и жиров (9 ккал на 1 г).
Углеводы – это важнейший источник энергии, поэтому не правы те, кто начинает отказываться от них в угоду снижения веса. Еда должна быть сбалансированный. А вот витамины и минералы энергии сами по себе не дают, будьте осторожны с вегетарианством. Хотя витамины крайне необходимы, т.к. они участвуют в процессах энергообмена.
Белки, как правило, организм бережет и старается не использовать для выработки энергии. Прежде всего, они – строительный материал для новых клеток. Но при дефиците питательных веществ организм все же может взять и белки. Естественно, в ущерб другим функциям.
А вот жиры играют важную роль при процессах окисления. И от них нельзя отказываться. Чтобы понять, полноценно ли ваше питание или нет, можно воспользоваться пирамидой сбалансированного питания.
Конечно, процесс энергообмена не столь прост, как это описано выше. Но зато все понятно. Осталось рассказать еще об особых “регулировщиках” этого процесса.
Это различные железы. Именно они определяют, как же организм человека использует энергию и для чего.
Щитовидная железа определяет скорость работы организма. Очень активная щитовидка может вызвать даже более быстрый темп, чем позволяет питание. При этом расходуются запасы организма, в том числе и жир.
А вот недостаточно активная щитовидка замедляет работу организма. Причем, это замедление может быть таким, что даже не вся съеденная пища будет использоваться. Тогда избыток ее начнет откладывается в качестве жира. Пойдет набор веса.
Т.е. “живчик” ты или “мямлик” часто определяется тем, насколько активна твоя щитовидная железа.
Надпочечники же действуют как запал. При стрессе, гневе или страхе они вызывают большой всплеск энергетики. Если надо спасаться бегством, то это приходится как раз кстати. А вот при гневе или страхе, когда себя сдерживаешь, излишняя энергия начинает воздействовать на сердце или другие органы, вызывая сердцебиение и неприятные ощущения.
Т.о. надпочечники стараются помочь человеку избавиться от того, что ему угрожает или препятствует его желаниям. Выхода может быть два: либо собственное спасение (бегство), либо уничтожение противника.
Половые железы тоже вызывают выброс энергии. Она имеет созидательный характер. И может использоваться для романтической деятельности или для творчества.
Т.о. железы устанавливают требуемый темп выдачи энергии. А вот уже от вас и вашего сознания зависит, насколько эффективно вы распорядитесь своей энергетикой.
18. Как используется АТФ в биологической работе?
Основными метаболическими процессами являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм, или ассимиляция (от лат. assimilation - уподобление), представляет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Он является «созидательным» метаболизмом.
Важнейшим моментом ассимиляции служит синтез белков и нуклеиновых кислот. Частный случай анаболизма - фотосинтез, представляющий собой биологический процесс, при котором органическое вещество синтезируется из воды, двуокиси углерода и неорганических солей под влиянием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез в зеленых растениях является автотрофным типом обмена.
Катаболизм, или диссимиляция (от лат. dissimilis - расподобление), - это экзотермический процесс, при котором происходит рас-
пад веществ с освобождением энергии. Этот распад осуществляется в результате переваривания и дыхания. Переваривание представляет собой процесс распада крупных молекул на более мелкие молекулы, тогда как дыхание является процессом окислительного катаболизма простых сахаров, глицерола, жирных кислот и дезаминированных аминокислот, в результате которого происходит освобождение жизненно необходимой химической энергии. Эта энергия используется для пополнения запасов аденозитрифосфата (АТФ), который служит непосредственным донором (источником) клеточной энергии, универсальной энергетической «валютой» в биологических системах. Пополнение запасов АТФ обеспечивается реакцией фосфата (Ф) с аденозиндифосфатом (АДФ), а именно:
Когда АТФ разлагается на АДФ и фосфат, энергия клетки освобождается и используется для работы в клетке. АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из остатков аденина, рибозы и трифосфата (трифосфатных групп), тогда как аденозиндифосфат (АДФ) имеет лишь две группы. Богатство АТФ энергией определяется тем, что его трифосфатный компонент содержит две фосфоангидридные связи. Энергия АТФ превышает энергию АДФ на 7000 ккал/моль. Этой энергией обеспечиваются все биосинтетические реакции в клетке в результате гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Итак, цикл АТФ - АДФ является основным механизмом обмена энергии в живых системах. Как видно, ассимиляция, диссимиляция и фотосинтез связаны с энергией. Энергия необходима для транспорта молекул и ионов, синтеза биомолекул из простых предшественников, для преобразования механической работы в клеточные движения.
| К живым системам применимы два закона термодинамики. В соответствии с первым законом термодинамики (законом сохранения энергии) энергия на протяжении химических и физических процессов ни создается, ни исчезает, а просто переходит из одной формы в другую, пригодную в той или иной мере для выполнения работы. В соответствии со вторым законом термодинамики химические и физические процессы протекают в направлении установления равновесия, т. е. в направлении от упорядоченного состояния к неупорядоченному. По мере приближения к установлению равновесия между упорядоченностью и неупорядоченностью происходит уменьшение свободной энергии, т. е. той порции общей энергии, которая способна производить работу. Когда свободная энергия уменьшается, повышается та часть общей внутренней энергии системы, которая является мерой степени случайности и неупорядоченности (дезорганизации) и называется энтропией. Таким образом, естественная тенденция любой системы направлена на повышение энтропии и уменьшение свободной энергии, которая является самой полезной термодинамической функцией. |
Для живых существ первичный источник энергии - солнечная радиация, в частности видимый свет, который состоит из электромагнитных волн энергии, встречающихся в виде дискретных единиц, называемых фотонами или квантами света. Одни живые существа способны улавливать световую энергию, другие получают энергию в результате окисления пищевых веществ.
Энергия видимого света улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется в хлоропластах их клеток. Благодаря фотосинтезу живые существа создают упорядоченность из неупорядоченности, а световая энергия превращается в химическую энергию, запасаемую в углеводах, являющихся продуктами фотосинтеза. Таким образом, фотосинтезирующие организмы извлекают свободную энергию из солнечного света. В результате этого клетки зеленых растений обладают высоким содержанием свободной энергии.
Животные организмы получают энергию, уже запасенную в углеводах, через пищу. Следовательно, они способствуют увеличению энтропии среды. В митохондриях клеток этих организмов энергия, запасенная в углеводах, переводится в форму свободной энергии, подходящей для синтеза молекул других веществ, а также для обеспечения механической, электрической и осмотической работы клеток. Освобождение энергии, запасенной в углеводах, осуществляется в результате дыхания - аэробного и анаэробного. При аэробном дыхании расщепление молекул, содержащих запасенную энергию, происходит путем гликолиза и в цикле Кребса. При анаэробном дыхании действует только гликолиз. Таким образом, жизнедеятельность клеток животных организмов обеспечивается в основном энергией, источником которой служат реакции окисления - восстановления «топлива» (глюкозы и жирных кислот), в процессе которых происходит перенос электронов от одного соединения (окисление) к другому (восстановление). Перенос энергии от химических реакций, дающих энергию, к процессам - потребителям энергии - осуществляется с помощью АТФ.
Организм - открытая саморегулирующая химическая система, которая поддерживает и реплицирует себя посредством использования энергии, генерируемой Солнцем. Непрерывно поглощая энергию и вещества, жизнь не «стремится» к равновесию между упорядоченностью и неупорядоченностью, между высокой молекулярной организацией и дезорганизацией. Напротив, для живых существ характерна упорядоченность как в их структуре и функциях, так и в превращении и использовании ими энергии.
Процессы обмена вещества и энергии подвержены регуляции, причем существует множество регулирующих механизмов, наиболее известный из которых заключается в контроле количества и активности ферментов. В регуляции обмена веществ и энергии имеет значение также и то, что метаболические пути синтеза и распада почти всегда разобщены, причем у эукариотов это разобщение усиливается компартментализацией клеток.
19. Дайте определения и перечислите основные свойства автотрофных, гетеротрофных, и миксотрофных организмов.
Автотро́фы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) — организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических.
Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества вбиосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная водоросль эвглена зелёная на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом (см. также: Миксотрофы).
Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом почти всегда источником углеродаявляется углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.
Гетеротро́фы (др.-греч. ἕτερος — «иной», «различный» и τροφή — «пища») — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, то есть произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. По способу получения пищи делятся на две противопоставляемых группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многиепротисты, грибы, растения).
Растения-гетеротрофы полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются, прорастая в тело растения-хозяина.
Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов, обладающих переходной формой питания — миксотрофией, либо использующие наиболее удобный в данных условиях тип питания.
Миксотро́фы (от др.-греч. μῖξις — смешение и τροφή — пища, питание) — организмы, способные использовать различные источники углерода и энергии. Миксотрофы могут быть одновременно фототрофами и хемотрофами, литотрофами иорганотрофами. Миксотрофами являются представители как прокариот, так и эукариот.[1]
Примером организма с миксотрофным получением углерода и энергии является бактерия Paracoccus pantotrophus из семействаRhodobacteraceae — хемооргано-гетеротроф, также способная существовать по хемолитоавтотрофному типу. В случае P. pantotrophus серосодержащие соединения выступают в качестве доноров электронов. Органогетеротрофный метаболизм может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
20. Опишите бесполое размножение и назовите его формы.
Бесполое размножение широко распространено в природе. Наиболее распространено оно у одноклеточных, но часто встречается и у многоклеточных. Характерны следующие особенности: в размножении принимает участие только одна особь; осуществляется без участия половых клеток; в основе размножения лежит митоз; потомки идентичны и являются точными генетическими копиями материнской особи. Преимущество бесполого размножения - быстрое увеличение численности. Наиболее распространенными видами бесполого размножения являются следующие:
1.Бинарное деление - митотическое деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки (например, у амебы);
2.Множественное деление, или шизогония. Материнская клетка распадается на большое количество более или менее одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий);
3.Споруляция. Размножение посредством спор - специализированных клеток грибов и растений. Если споры имеют жгутик и подвижны, то их называют зооспорами (хламидомонада). Интересно, что если споры образуются с помощью митоза, то они имеют одинаковый генетический материал, если же они образуются с помощью мейоза, то они имеют генетический материал только одного организма, но генетически такие споры неравноценны;
4.Почкование. На материнской особи происходит образование выроста - почки, из которого развивается новая особь (дрожжи, гидра);
5.Фрагментация - разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь. У растений (спирогира), и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит свойство регенерации;
6.Вегетативное размножение. Характерно для многих групп растений. При вегетативном размножении новая особь развивается либо из части материнской, либо из особых структур (луковица, клубень и т.д.), специально предназначенных для вегетативного размножения;
7.Клонирование. Искусственный способ бесполого размножения. В естественных условиях встречается редко. Клон - генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения.
21. Что вы понимаете под половым размножением организмов и какова его биологическая роль?
Половое размножение — процесс у большинства эукариот, связанный с развитием новых организмов из половых клеток (у одноклеточных эукариот при конъюгациифункции половых клеток выполняют половые ядра).
Первые организмы, размножавшиеся половым путем, относятся к стенийскому периоду мезопротерозоя.
Образование половых клеток, как правило, связано с прохождением мейоза на какой-либо стадии жизненного цикла организма. В большинстве случаев половое размножение сопровождается слиянием половых клеток, или гамет, при этом восстанавливается удвоенный относительно гамет набор хромосом. В зависимости от систематического положения эукариотических организмов половое размножение имеет свои особенности, но, как правило, оно позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов и позволяет получить потомков с комбинацией свойств, отсутствующей у родительских форм.
Эффективности комбинирования генетического материала у потомков, полученных в результате полового размножения, способствуют:
1. случайная встреча двух гамет;
2. случайное расположение и расхождение к полюсам деления гомологичных хромосом при мейозе;
3. кроссинговер между гомологичными хромосомами.
Такая форма полового размножения как партеногенез не предусматривает слияния гамет. Но так как организм развивается из половой клетки (ооцита), партеногенез все равно считается половым размножением.
Во многих группах эукариот произошло вторичное исчезновение полового размножения, или же оно происходит очень редко. В частности, в отдел дейтеромицетов (грибы) объединяет обширную группу филогенетических аскомицетов и базидиомицетов, утративших половой процесс. До 1888 года предполагалось, что среди наземных высших растений половое размножение полностью утрачено у сахарного тростника. Утрата полового размножения в какой-либо группе многоклеточных животных не описана. Однако известны многие виды (низшие ракообразные — дафнии, некоторые типы червей), способные в благоприятных условиях размножаться партеногенетически в течение десятков и сотен поколений. Например, некоторые виды коловраток на протяжении миллионов лет размножаются только партеногенетически, даже образуя при этом новые виды.
У ряда полиплиодных организмов с нечётным числом наборов хромосом половое размножение играет малую роль в поддержании генетической изменчивости в популяции в связи с образованием несбалансированных, наборов хромосом в гаметах и у потомков.
Возможность комбинировать генетический материал при половом размножении имеет большое значение для селекции модельных и хозяйственно важных организмов.
22. Какие вы знаете стадии в развитии гамет?
Гаметы (от греч. γᾰμετή — жена, γᾰμέτης — муж) — репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие в гаметном, в частности, половом размножении. При слиянии двух гамет в половом процессе образуется зигота, развивающаяся в особь (или группу особей) с наследственными признаками обоих родительских организмов, продуцировавших гаметы.
Изогамия, гетерогамия и оогамия
Морфология гамет различных видов достаточно разнообразна, при этом продуцируемые гаметы могут отличаться как по хромосомному набору (при гетерогаметности вида), величине и подвижности (способности к самостоятельному передвижению), при этом гаметный диморфизм у различных видов варьирует в широких пределах — от отсутствия диморфизма в виде изогамии до своего крайнего проявления в форме оогамии.
Если сливающиеся гаметы морфологически не отличаются друг от друга величиной, строением и хромосомным набором, то их называют изогаметами, или бесполыми гаметами. Такие гаметы подвижны, могут нести жгутики или быть амёбовидными. Изогамия типична для многих водорослей.
Гаметы, способные к слиянию, различаются по размерам, подвижные микрогаметы несут жгутики, макрогаметы могут быть как подвижны (многие водоросли), так и неподвижны (лишённые жгутиков макрогаметы многих протистов).
Сперматозоид и яйцеклетка.
Способные к слиянию гаметы одного биологического вида резко различаются по размерам и подвижности на два типа: малые подвижные мужские гаметы — сперматозоиды — и крупные неподвижные женские гаметы — яйцеклетки. Различие размера гамет обусловлено тем, что яйцеклетки содержат запас питательных веществ, достаточный для обеспечения нескольких первых делений зиготы при её развитии в зародыш.
Мужские гаметы — сперматозоиды — животных и многих растений подвижны и обычно несут один или несколько жгутиков, исключением являются лишённые жгутиков мужские гаметы семенных растений — спермии, которые доставляются к яйцеклетке при прорастании пыльцевой трубки, а также безжгутиковые сперматозоиды (спермии) нематод и членистоногих.
Хотя сперматозоиды несут митохондрии, при оогамии от мужской гаметы к зиготе переходит только ядерная ДНК,митохондриальная ДНК (а в случае растений и пластидная ДНК) обычно наследуется зиготой только от яйцеклетки.
23. Опишите фазы мейоза.
Мейо́з (от др.-греч. μείωσις — уменьшение) или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.
С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.
В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.
Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет (основным средством борьбы с этой проблемой является применение полиплоидных хромосомных наборов, поскольку в данном случае каждая хромосома конъюгирует с соответствующей хромосомой своего набора). Определённые ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные перестройки (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).
Фазы мейоза.
Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.
· Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:
· Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).
· Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.
· Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) — в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.
· Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.
· Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.
К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки
· Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.
· Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.
· Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.
Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.
· Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления, перпендикулярное первому веретену.
· Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.
· Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
· Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.
В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).
24. Что представляет собой половой диморфизм? Что вы понимаете под гермафродитизмом?
Полово́й диморфи́зм (от др.-греч. δι- — два, μορφή — форма) — анатомические различия между самцами и самкамиодного и того же биологического вида, исключая различия в строении половых органов. Половой диморфизм может проявляться в различных физических признаках.
· Размер. У большинства млекопитающих и многих видов птиц самцы более крупные и тяжёлые, чем самки. У земноводныхи членистоногих самки, как правило, крупнее самцов. У черепах и у змей самки крупнее самцов; у ящериц, напротив, как правило, самцы крупнее самок; исключение составляют гекконы, у которых большая величина также свойственна самкам.
· Волосяной покров. Борода у мужчин, грива у львов или бабуинов.
· Окраска. Цвет оперения у птиц, особенно у утиных.
· Кожа. Характерные наросты или дополнительные образования, такие как рога у оленевых, гребешок у петухов.
· Зубы. Бивни у самцов индийского слона, более крупные клыки у самцов моржей и кабанов.
Некоторые животные, прежде всего рыбы, демонстрируют половой диморфизм только во время спаривания. Согласно одной из теорий, половой диморфизм выражен тем больше, чем различнее являются вклады обоих полов в уход за потомством. Также он является показателем уровня полигамии.
Гермафродитизм (по имени греческого бога Гермафродита (др.-греч. Ἑρμαφρόδιτος)) — одновременное или последовательное наличие у организма мужских и женских половых признаков и репродуктивных органов.
Различают естественный гермафродитизм, присущий различным видам животных и растений (однодомность) и аномальный (патологический) гермафродитизм нормально раздельнополых животных
25. Сформулируйте понятие об онтогенезе и назовите периоды онтогенеза.
Онтогене́з (от греч. οντογένεση: ον — существо + γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни.
У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) онтогенез.
У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени.
Термин «онтогенез» впервые был введён Э. Геккелем в 1866 году. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей.
Раздел современной биологии, изучающий онтогенез, называется биологией развития; начальные этапы онтогенеза изучаются также эмбриологией.
Онтогенез делится на два периода:
1. эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек;
2. постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.
26. Могут ли восстанавливаться утерянные или поврежденные части тела?
Регенера́ция (восстановление) — способность живых организмов со временем восстанавливать повреждённые ткани, а иногда и целые потерянные органы. Регенерацией также называется восстановление целого организма из его искусственно отделённого фрагмента (например, восстановление гидры из небольшого фрагмента тела или диссоциированных клеток). У протистов регенерация может проявляться в восстановлении утраченных органоидов или частей клетки.
Регенерацией называется восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация, происходящая в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма, называется репаративной. Регенерацию в процессе нормальной жизнедеятельности организма, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической.
У человека хорошо регенерирует эпидермис, к регенерации способны также такие его производные, как волосы и ногти. Способностью к регенерации обладает также костная ткань (кости срастаются после переломов). С утратой части печени (до 75 %) оставшиеся фрагменты начинают усиленно делиться и восстанавливают первоначальные размеры органа. При определённых условиях могут регенерировать кончики пальцев[1]. В связи с обнаружением на регенерирующих тканях слабых электрических напряжений можно предположить, что слабые электрофорезные токи ускоряют регенерацию.
27. Какие факторы оказывают влияние на продолжительность жизни?
Максима́льная продолжи́тельность жи́зни — согласно классическому определению, максимальная возможная продолжительность жизни представителей определённой группы организмов.
В связи со сложностью определения, на практике, это максимальная зарегистрированная продолжительность жизни среди представителей определённой группы организмов, как большее из двух величин — наибольшего возраста представителя группы в момент смерти или возраста самого старшего живого представителя группы.
Максимальная продолжительность жизни часто противопоставляется средней продолжительности жизни (или ожидаемой продолжительности жизни при рождении, что чаще используется для человека). Средняя продолжительность жизни зависит от условий обитания представителей группы, чувствительности к болезням, числа несчастных случаев, самоубийств и убийств, тогда как максимальная продолжительность жизни практически исключительно определяется скоростью старения. Эпистемологически, максимальная продолжительность жизни также зависит от начального размера выборки. Чтобы избежать этого эффекта, в исследованиях животных, за максимальную продолжительность жизни обычно берётся средняя продолжительность жизни 10 % наиболее долгоживущих организмов группы, что часто считается альтернативным определением максимальной продолжительности жизни. На практике максимальная продолжительность жизни незначительно превышает среднюю продолжительность жизни представителей группы в наиболее защищённых условиях.
Факторы, влияющие на здоровье и продолжительность жизни человека.
Человек в течение всей своей жизни находится под постоянным воздействием целого спектра факторов окружающей среды — от экологических до социальных. Помимо индивидуальных биологических особенностей все они непосредственно влияют на его жизнедеятельность, здоровье и, в конечном итоге на продолжительность жизни. Ориентировочный вклад различных факторов влияющих на здоровье населения оценивается по четырем позициям: образ жизни, генетика (биология) человека, внешняя среда и здравоохранение