Информационная система клетки. Клеточное ядро. Хромосомы. Хроматин. Хранение наследственной информации. Генетический код.

Информационная система клетки. Клеточное ядро. Хромосомы. Хроматин. Хранение наследственной информации. Генетический код.

Все живые организмы характеризуются исключительно упорядоченным строением. Эта упорядоченность определяется генетической информацией» записанной у каждого организма в виде определенной и строго специфической последовательности нуклеотидов нуклеиновых кислот. У прокариот наследственная информация находится в ядерном веществе, а у эукариот — в ядре. Именно ядро благодаря наличию в нем ДНК является информационным центром эукариотической клетки, местом хранения и воспроизводства наследственной информации, которая определяет все признаки данной клетки и организма в целом. Оно служит также центром управления обменом веществ клетки, поскольку посредством иРНК определяет, какие белки и в какое время должны синтезироваться на рибосомах в цитоплазме.

Ядро. Форма и размеры ядра клетки очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа, возраста и функционального состояния клетки. Оно может быть шаровидным (5—20 мкм в диаметре), линзовидным, веретеновидным и даже многолопастным (в клетках паутинных желез некоторых насекомых и пауков). Большинство клеток имеет одно ядро, изредка встречаются двухъядерные (клетки печени) и многоядерные (многие протисты, клетки грибов, млечных сосудов растений, поперечнополосатых мышц). Общий план строения ядра одинаков у всех клеток эукариот. Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного матрикса (нуклеоплазмы), хроматина и ядрышка (одного или нескольких).

От цитоплазмы содержимое ядра отделено двойной мембраной, или так называемой ядерной оболочкой. Ядерная оболочка пронизана множеством пор диаметром около 90 нм.

Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, называемый ядерным матриксом (нуклеоплазмой), в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. Ядерный матрикс содержит белки, РНК, участки ДНК, а также различные ионы и нуклеотиды.

Хроматин на окрашенных пре­паратах клетки представляет собой сеть тонких тяжей (фибрилл), мел­ких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопро-теиды — длинные нитевидные мо­лекулы ДНК, соединенные со спе­цифическими белками — гистона-ми. В состав хроматина входят так­же РНК.

Ядрышки — это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки клеточного ядра диаметром 1—2 мкм и больше. В ядре может быть одно, два или несколько ядрышек.

В состав ядрышек входит около 80% белка, 10—15% РНК, 2— 12% ДНК. Во время деления ядра ядрышки разрушаются, а в конце деления формируются вновь вокруг определенных участков, называемых ядрышковым организатором хромосом. Здесь происходит синтез рибосомных РНК и объединение с молекулами белка, что ведет к образованию субъединиц рибосом, которые поступают в цитоплазму. Таким образом, ядрышко представляет собой место синтеза рРНК и самосборкисубъединиц рибосом.

Хромосомы. В процессе деления клетки нуклеопротеиды спирализуются и укорачиваются, уп­лотняясь в компактные палочковид­ные хромосомы, которые становятся заметными в световой микроскоп.

У каждой хромосомы имеется первичная перетяжка (утонченный неспирализованный участок) — центромера — которая делит хромосому на два плеча. В области первичной перетяжки рас­полагается фибриллярное тельце, которое регулирует движение хромосом при клеточном делении: к нему прикрепляются нити веретена деления, разводящие хромосомы к полюсам.

В зависимости от расположения центромеры определяют три основных вида хромосом: 1) равноплечие — с плечами равной длины; 2) неравноплечие — с плечами неравной длины; 3) одноплечие (палочковидные) с одним длинным и другим очень коротким, едва заметным плечом

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, не связанную с прикреплением нитей вере­тена. Этот участок хромосомы контролирует синтез ядрышка (ядрышковый организатор).

Понятие о кариотипе. Каждой клетке того или иного вида живых организмов свойственно определенное число, размеры и формы хромосом. Совокупность хромосом соматической клетки (клетки тела многоклеточного организма), типичную для данной систематической группы организмов, называют хромосомным набором, или кариотипом.

Число хромосом в зрелых половых клетках называют гаплоидным набором и обозначают буквой п. Соматические клетки содержат двойное число хромосом (диплоидный набор), обозначаемое 2п. Клетки, имеющие более двух наборов хромосом, называют полиплоидными (4п, 8п и т.д.). Парные хромосомы, т.е. одинаковые по форме, структуре и размерам, но имеющие разное происхождение (одна материнская, другая отцовская), называются гомологичными. Все организмы одного вида имеют одинаковое количество хромосом.

Количество хромосом в кариотипе не связано с уровнем организации живых организмов: прими­тивные формы могут иметь большее число хромосом, чем высокоорганизованные, и наоборот. Например, клетки радиолярий (морских протистов) содержат 1000—1600 хромосом, а клетки шимпанзе — всего 48. В клетках человека диплоидный набор составляет 46 хромосом, пшеницы мягкой — 42, картофеля — 18, мухи домашней — 12, плодовой мушки дрозофилы — 8.

Как вы уже знаете, нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов. Единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов представляет собой генетический код, посредством которого записана информация о первичной структуре белков. Это значит» что в молекуле ДНК каждое сообщение закодировано специфической последовательностью из четырех знаков — А, Г, Т, Ц» подобно тому, как письменные сообщения кодируются знаками (буквами) алфавита или азбуки Морзе.

Свойства генетического кода. Генетический код характеризуется следующими свойствами:

1. Код является триплетным, т.е. каждая аминокислота кодиру­ется известным сочетанием из трех последовательно расположенных нуклеотидов, которое называется триплетом* или кодоном. Нетруд­но подсчитать, что число возможных комбинаций из четырех нуклеотидов по три составит 64, что более чем достаточно для кодирования 20 аминокислот, входящих в состав белка.

2. Код является множественным, т.е. одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (от 2 до 6).

Например, в иРНК фенил аланин может кодироваться триплетом УУУ или УУЦ.

3. Код однозначен, т.е. каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

4. Код является неперекрывающимся, т.е. один и тот же иуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов.

5. Код непрерывен, или иначе —без знаков препинания* Это значит,что если произойдет выпадение одного нуклеотида, то при считывании его место займет ближайшийнуклеотид из соседнего кодона, изза чего изменится весь порядок считывания.Поэтомуправильное считывание кода с иРНК обеспечивается только в том случае, если онсчитывается со строго определенно-го пункта. Стартовыми кодонами в молекуле иРНК являются триплеты АУТ и ГУТ.

6. Нуклеотидный код универсален для всех живых организмов:одинаковые триплеты кодируют
одинаковые аминокислоты. Универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всех живых организмов. Зная порядок расположения триплетов в молекуле ДНК (генетический код), можно установить последовательность расположения аминокислот в белке. Функцио­нальный отрезок молекулы ДНК, несущий в себе информацию о структуре одного белка, называется геном. В одной молекуле ДНК может быть закодирована последо­вательность аминокислот для мно­гих белков, т.е. в одной хромосоме содержится много генов.

Различают структурные гены, в которых закодирована информация для синтеза структурных и ферментных белков, и гены с информацией для синтеза тРНК, рРНК.

Итак, план построения белка закодирован в ДНК, которая непосредственного участия в синтезе белковых молекул не принимает.

Субстратами клеточного дыхания являются питательные вещества, поступающие в организм с пищей (углеводы, липиды, белки). Значительная часть энергии, образующейся в процессе окисления питательных веществ, запасается в универсальном носителе энергии - молекулах нуклеотида, называемого аденозинтрифосфатом (АТФ). Когда клетка для осуществления процессов жизни, в том числе и для осуществления внешнего дыхания, нуждается в энергии, единственное, что требуется для её получения - гидролиз АТФ. Таким образом, АТФ - это связующее звено между клеточным дыханием и процессами жизнедеятельности, требующими затрат энергии.

Реакции окисления в клетке могут осуществляться как с участием кислорода, так и без участия кислорода. Если окисление питательных веществ осуществляется с участием кислорода, его называют аэробным клеточным дыханием. Если окисление питательных веществ осуществляется без участия кислорода (окисление одного субстрата за счет восстановления другого), то его называют анаэробным клеточным дыханием.

Клеточное дыхание, или тканевое дыхание, или внутреннее дыхание - это совокупность управляемых окислительно-восстановительных реакций в клетке, главным назначением и результатом которых является образование энергии.

Это же касается и содержащейся в органических веществах энергии. Будучи заключенной в химических связях, она недоступна для непосредственного использования клетками, в том числе и клетками растений, которые преобразовали эту энергию из световой в химическую. Для этого потенциальная энергия органических молекул должна быть высвобождена и переведена в пригодную для использования форму.

Образование и накопление энергии, доступной клетке, происходит в процессе клеточного дыхания. Для осуществления клеточного дыхания большинству организмов необходим кислород — в этом случае говорят об аэробном дыхании или аэробном высвобождении энергии. Однако некоторые организмы могут получать энергию из пищи без использования свободного атмосферного кислорода, т. е. в процессе так называемого анаэробного дыхания (анаэробного высвобождения энергии).

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ - совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живых организмах, и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Является основой жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция— совокупность реакций синтеза сложных органических молекул из более простых с накоплением энергии. Диссимиляция — совокупность реакций расщепления сложных органических веществ (в том числе и пищевых) до более простых, сопровождающихся выделением энергии. Процессы ассимиляции и диссимиляции неразрывно связаны между собой, так как синтез веществ невозможен без затрат энергии, которая высвобождается при расщеплении сложных органических молекул до простых. Органические вещества пищи — основной строительный материал и единственный источник энергии для организма. Нарушение баланса между этими двумя процессами жизнедеятельности неизбежно приводит к расстройству обмена веществ в организме.

4. Разнообразие организмов по типам питания. Автотрофы (фототрофы и хемотрофы), гетеротрофы (биофаги и сапрофаги). Голозойный, сапрофитный и симбиотический типы питания.

Обязательным условием суще­ствования любого организма явля­ется постоянный приток питатель­ных веществ и постоянное выделе­ние конечных продуктов жизнеде­ятельности. Питательные вещества являются источником энергии и атомов химических элементов (прежде всего атомов углерода), необходимых для построения либо обновления всех структур организ­ма. Процесс приобретения орга­низмами вещества и энергии на­зывается питанием. Преобразова­ние недоступной для выполнения работы энергии химических связей органических веществ в доступные формы происходит в процессе кле­точного дыхания.

Главным элементом, из которо­го живые организмы строят орга­нические вещества, является угле­род. В зависимости от того, какой источник атомов углерода исполь­зуют организмы, их можно разде­лить по типу питания на несколь­ко групп.

Организмы, которые для синте­за органических веществ потребля­ют диоксид углерода (С0₂), назы­ваются автотрофными, или автотрофами (от греч. autos — сам и trophe — питание), а способ пи­тания — автотрофным. Другие организмы используют в качестве источников атомов углерода и дру­гих элементов готовые органичес­кие вещества. Такой тип питания называется гетеротрофным (от греч. heteros — иной, разный и...троф), а организмы, питающие ся готовой органической пищей, — гетеротрофными, или гетеротрофами.

Для осуществления процессов синтеза органических веществ автотрофным организмам необходима энергия. Те из них, которые исполь­зуют для этого энергию солнечного света, называются фототрофами (от греч. photos — свет и...троф), а те организмы, которым нужна энер­гия химических реакций, — хе-мотрофами. Для фототрофов ха­рактерно наличие в их клетках пигментов (в том числе какой-либо формы хлорофилла), которые по­глощают солнечную энергию, ис­пользуемую в процессе синтеза органических веществ в клетке.

К фотоавтотрофным организ­мам принадлежат все зеленые рас­тения, некоторые протисты, циано-бактерии, зеленые и пурпурные се­робактерии. Эти организмы осуще­ствляют фотосинтез — синтезиру­ют первичные органические веще­ства из неорганических с исполь­зованием энергии света.

К гетеротрофным организмам относятся все животные, грибы, часть протистов, большинство бак­терий. Гетеротрофы потребляют органические вещества, создавае­мые фотоавтотрофами.

Между автотрофными и гетеро­трофными организмами существу­ет тесная взаимосвязь. Так, авто-трофы в результате процессов фо­тосинтеза и хемосинтеза создают запасы первичного органического вещества на Земле. Гетеротрофные организмы потребляют это первич­ное органическое вещество и все­цело зависят от него. В то же вре­мя, расщепляя органические веще­ства в процессе своей жизнедеятель­ности, они превращают их в про­стые неорганические вещества, до­ступные автотрофам, и способству­ют таким образом осуществлению круговорота веществ в природе, что является одним из обязательных условий длительного существова­ния жизни на Земле.

Способы добывания и поглоще­ния пищи у гетеротрофных орга­низмов очень разнообразны, одна­ко путь превращения питательных веществ у большинства из них схо­ден. По существу, это превращение состоит из трех процессов: расще­пления сложных молекул (по­лимеров) на более простые (моно­меры), или переваривания, после­дующего всасывания про­стых молекул и транспорта их ко всем клеткам и тканям орга­низма.

Известны три способа гетеро­трофного питания: голозойный, сапротрофный и симбионтный.

Голозойный тип питания (от греч. holos — целый, полный, zoo — жи­вотное) характерен для животных. Эта группа организмов обладает специальным пищеварительным трактом, в разных отделах которо­го осуществляется ферментативное расщепление (переваривание) пи­щи, всасывание, транспорт простых органических веществ к клеткам и тканям, ассимиляция (использова­ние всосавшихся молекул для по­лучения энергии и синтеза соб­ственных органических веществ), экскреция, т.е. выделение из орга­низма в окружающую среду непе­реваренных остатков пищи. Этот тип питания свойствен и однокле­точным (например, амебе), осуще­ствляющим фагоцитоз и пищеваре­ние в фаголизосомах.

Сапротрофный тип питания (от греч. sapros — гнилой и...троф) ха­рактерен для грибов и большинства бактерий. Сапротрофы питаются мертвым или разлагающимся орга­ническим материалом, выделяя ферменты непосредственно на него. Растворимые конечные продукты такого внеорганизменного перева­ривания всасываются и ассимили­руются сапротрофами.

Симбиотный тип питания (от греч. symbiosis — совместная жизнь) характерен для организмов, ведущих совместное существова­ние. При этом организмы могут извлекать из этого объединения обоюдную пользу (мутуалистический тип питания) или одно­стороннюю пользу (паразити­ческий тип). Мутуалистический тип питания наблюдается» например» когда клубеньковые бак­терии, поселяющиеся в клетках корней бобовых растений» снабжа­ют их азотистыми соединениями, а растение в свою очередь постав­ляет бактериям углеводы.

При паразитическом типе пита­ния организм паразита получает органические вещества от организ­ма хозяина» причиняя последнему существенный вред. Паразитичес­кий способ питания характерен для некоторых бактерий (дифтерийная и столбнячная палочки» стафило­кокк, холерный вибрион и др.), жи­вотных (сосальщики, ленточные черви, аскариды и др.), высших ра­стений (повилика европейская» за­разиха, петров крест и др.).

Существует группа организмов, которые в зависимости от условий обитания могут переходить с одно­го типа питания на другой. Они называются миксотрофами, или организмами со смешанным типом питания. К ним принадлежат не­которые виды цианобактерий, а также эвглена.

Следует отметить, что все жи­вые организмы нуждаются не толь­ко в органических веществах. Для их нормального существования не­обходим целый ряд неорганических веществ: вода, кислород, минераль­ные соли, содержащие натрий, кальций, магний, азот, фосфор, серу, железо, а также бор, марга­нец, цинк, молибден, медь, кобальт и др.

Питание — способ получения из внешней среды источников энергия и веществ, необходимых для построения или обновления структур организма. Выделяют два основных типа питания — автотрофный м гетеротрофный.

 

Интенсивность метаболизма растений невысока, кислорода им требуется сравнительно немного. Газообмен осуществляется путём диффузии газов через всю поверхность; у крупных растений для этих целей служат устьица листьев и трещины в коре. Клетки, содержащие хлорофилл, могут потреблять для дыхания только что выработанный ими кислород.

У одноклеточных животных газообмен происходит через клеточную мембрану. Наиболее примитивные многоклеточные – кишечнополостные, плоские черви – также обеспечивают свои потребности в кислороде, поглощая его каждой клеткой, находящейся в контакте со средой.

У более сложных организмов появляется большое количество клеток, не контактирующих со средой, и простая диффузия становится неэффективной. Необходима специальная дыхательная система, которая будет эффективно поглощать кислород и выделять углекислоту. Как правило, эта система оказывается связанной с кровеносной системой, обеспечивающей доставку кислорода тканям и клеткам. Растворимость кислорода в крови составляет 0,2 мл на 100 мл крови, однако наличие дыхательных пигментов способно в десятки и сотни раз увеличить эффективность этого процесса. Наиболее известным дыхательным пигментом является гемоглобин. Рассмотрим некоторые наиболее типичные дыхательные системы.

В тело насекомых воздух попадает через– дыхальца. Они открываются в воздушные полости, от которых отходят– трахеи. Трахеи укреплены хитином и всегда остаются открытыми. В каждом сегменте тела они разветвляются на многочисленные– трахеолы, через которые кислород поступает прямо к тканям; необходимости в его транспортировки кровью нет. Трахеолы заполнены водянистой жидкостью, через неё диффундируют кислород и углекислота. При активной работе мышц жидкость всасывается в ткани, и кислород попадает непосредственно к клеткам уже в газообразном состоянии. Трахейная система дыхания весьма эффективна, однако наличие в дыхательной цепи процесса диффузии ограничивает размеры насекомого (точнее, его толщину). Газообмен у рыб происходит при помощи специальных дыхательных органов – жабр. Каждая жабра поддерживается вертикальным хрящём – жаберной дугой. У костных рыб жаберная дуга состоит из костной ткани. От перегородки, лежащей над жаберной дугой, отходит ряд горизонтальных складок – жаберных лепестков, на каждом из которых образуются вертикальные вторичные лепестки. Свободные края жаберных перегородок вытянуты и работают как откидные клапаны. Когда дно ротовой полости и глотки опускается, давление в них уменьшается, и в жабры через рот и брызгальца устремляется вода. Клапан при этом предотвращает попадание в жабры воды с другой стороны. Многочисленные капилляры, пронизывающие жабры, насыщаются здесь кислородом и объединяются в жаберные артерии, выносящие из жабр богатую кислородом кровь. Отметим, что дыхательная система костных рыб более совершенна, чем у рыб хрящевых, так как у костных рыб жабры имеют бóльшую площадь поверхности, а движение крови навстречу току воды обеспечивает более эффективный обмен газов. Амфибии получают кислород тремя способами: через кожу, рот и лёгкие. При кожном и ротовом дыхании газ поглощается влажным эпителием, выстилающим кожу или ротовую полость. Заметные глазу движения горла лягушки – это именно ротовое дыхание. Поступающий в рот воздух может также через гортань, трахею и бронхи попадать в лёгкие. Лёгкие у лягушки представляют собой пару полых мешков, стенки которых образуют многочисленные складки, пронизанные кровеносными капиллярами. В результате мышечных сокращений происходит вдох и выдох, лёгкие наполняются воздухом, кислород из него поступает в кровь.

У высших форм позвоночных кожное дыхание практически отсутствует, основным дыхательным органом становятся лёгкие. Они имеют гораздо большее количество складок, чем лёгкие амфибий. У птиц появились также воздушные мешки, благодаря которым через лёгкие и во время вдоха, и во время выдоха проходит богатый кислородом воздух; это увеличивает эффективность газообмена. У млекопитающих воздух поступает через ноздри; небольшие волоски задерживают посторонние частицы. Из носа воздух попадает в глотку, а затем в гортань. Хрящевой клапан (надгортанник) защищает дыхательные пути от попадания в них пищи. В полости гортани находятся голосовые связки; когда выдыхаемый воздух проходит сквозь голосовую щель, возникают звуковые волны. С изменением натяжения связок меняется высота издаваемого звука.

Из гортани воздух попадает в трубковидную трахею На нижнем конце трахея разветвляется на два бронха. Бронхи разделяются на более тонкие бронхиолы; у самых маленьких из них (диаметром 1 мм и меньше) хрящевая ткань отсутствует. Бронхиолы разветвляются, в свою очередь, на многочисленные альвеолярные ходы, заканчивающиеся мешочками, выстланными соединительной тканью, – альвеолами. В лёгких млекопитающего могут быть сотни миллионов альвеол.

Основными показателями газообмена является использование кислорода, выделение углекислого газа и дыхательный коэффициент. Дыхательный коэффициент. Величина продукции СО2 определяется интенсивностью метаболических процессов и видом веществ (углеводы, жиры, белки), которые окисляются в организме. Нормальная скорость образования CO2 (VCO2) у здорового взрослого человека составляет 200 мл в 1 мин, т.е. около 80% скорости поглощения.

Эволюция дыхательной системы происходила в направлении постепенного расчленения легкого на более мелкие полости, так что строение легких у рептилий, птиц и млекопитающих постепенно усложняется. У ряда рептилий (например у хамелеона) легкие снабжены придаточными воздушными мешками, которые раздуваются при наполнении воздухом. Животные принимают угрожающий вид - это играет роль защитного приспособления для отпугивания хищников. Легкие птиц также имеют воздушные мешки, распространяющиеся по всему телу. Благодаря им воздух может проходить через легкое и полностью обновляться при каждом вдохе. У птиц при полете существует двойное дыхание, когда воздух в легких насыщается кислородом при вдохе и выдохе. Кроме того, воздушные мешки играют роль мехов, продувающих воздух через легкие за счет сокращения летательных мышц.

 

 

Носовая полость разделяется на преддверие, дыхательный и обонятельный отделы. Функция преддверия- улавливание относительно крупных частиц (пыли), проникающих с воздухом. Преддверие более развито у обитателей степных и пустынных районов, где запыленность воздуха особенно велика. Мелкие пылевые частицы улавливаются в дыхательном отделе носовой полости, выстланном слизистой оболочкой с мерцательным эпителием, снабженным обильными кровеносными капиллярами; здесь происходит не только дальнейшая очистка воздуха от механических примесей, но и его обеззараживание с помощью слизи, содержащей активные бактерицидные вещества; одновременно воздух, проходя между складками носовой раковины, увлажняется и согревается протекающей по капиллярам кровью и отдает ей часть кислорода. Обонятельный отдел представляет расширение с вдающимися в него выростами боковых стенок - образуется лабиринт полостей, выстланных обонятельным эпителием.

Пройдя через хоаны в глотку, воздух попадает в гортань. В основании гортани лежит кольцеобразный перстневидный хрящ, характерный для всех наземных позвоночных. Переднюю и боковые стенки гортани образует имеющийся только у млекопитающих щитовидный хрящ. Черпаловидные хрящи расположены по бокам спинной стороны гортани. К переднему краю щитовидного хряща примыкает тонкий надгортанник, прикрывающий вход в гортань при прохождений пищи через глотку.

Голосовые связки - парные складки слизистой оболочки, расположенные между щитовидным и черпаловидными хрящами. Голоса большинства млекопитающих ограничены преимущественно низкочастотным диапазоном, что, однако, не уменьшает возможность передачи емкой и сложной информации.

К гортани прилегает трахея, которую поддерживают хрящевые кольца. Трахея разделяется на два бронха, отличающихся от нее лишь меньшим диаметром; достигнув легких, они делятся на все более мелкие трубочки, образуя бронхиальное древо. Самые мелкие трубочки - бронхиоли - открываются в расширения, выстланные дыхательным эпителием, - пузырьки- альвеолы размером 25- 400 мкм, в стенках которых ветвятся многочисленные капилляры. Такая структура легких увеличивает их дыхательную поверхность, которая в 50-100 раз превышает поверхность тела. Относительная величина поверхности, через которую в легких происходит газообмен, больше у животных с высокой активностью и подвижностью: число альвеол в легких у хищных 100-150 млн., а у ленивца 2 млн., дыхательная поверхность (см2 на 1 г массы тела) 28,0 у хищных и 6,2 у ленивцев.

Относительное увеличение легких наблюдается у высокогорных и водных млекопитающих. У китов существует кольцеобразная мускулатура, запирающая входы в альвеолы и позволяющая задерживать в них воздух даже на больших глубинах.

Механизм дыхания млекопитающих двойной. При так называемом реберном -дыхании с помощью межреберной мускулатуры изменяется объем грудной клетки; при диафрагмальном-тот же объем меняется при опускании и подъеме мускульной грудобрюшной преграды-диафрагмы. В разном сочетании оба механизма функционируют у всех млекопитающих; у хищников преобладает первый механизм, у копытных- второй. Число дыханий у мелких животных с более высоким уровнем метаболизма выше по сравнению с крупными: у лошади оно равно 8-16, у крысы 100-150, у мыши 200 в минуту. При движении частота дыхания возрастает. Дыхание участвует и в терморегуляции. Частое, но неглубокое дыхание хищников (полипное) увеличивает испарение с поверхности верхних дыхательных путей, способствуя отдаче тепла. Учащение глубокого дыхания, усиливая газообмен в легких, увеличивает теплопродукцию организма при низких температурах.

Лёгкие человека

Лёгкие человека вмещают около 5 литров воздуха. Объём выдыхаемого воздуха в среднем равен 450 мл; объём максимального вдоха составляет около 3,5 л. Треть объёма воздуха при вдохе остаётся в воздухоносных путях, не попадая в лёгкие, а при выдохе выводится из организма. Содержание кислорода в выдыхаемом воздухе составляет 16,4 % (против 21 % в атмосферном воздухе); в лёгких же кислорода ещё меньше – всего 13,8 %. Зато концентрация углекислого газа там в сотню раз больше, чем в атмосфере.

Регуляция дыхания осуществляется как непроизвольно (через дыхательный центр продолговатого мозга), так и под влиянием импульсов головного мозга. В первом случае важнейшим регуляционным фактором является содержание CO2 в крови.

При недостаточной насыщенности воздуха кислородом (например, высоко в горах) начинается гипоксия, проявляющаяся в недомогании и чувстве сильной усталости. Со временем дыхательная система может приспособиться к небольшому содержанию кислорода – в таких случаях говорят, что организм акклиматизировался в новых условиях.

Млекопитающие, способные долгое время оставаться под водой (киты, тюлени), при нырянии рефлекторно уменьшают частоту сердечных сокращений, их кровеносные каналы сужаются, и кровью снабжаются только самые важные для жизни органы. Первый вдох после выныривания служит сигналом для увеличения частоты сердечных сокращений.

Внутриплевральное давление, или давление в герметично замкнутой плевральной полости между висцеральными и париетальными листками плевры, в норме является отрицательным относительно атмосферного. При открытых верхних дыхательных путях давление во всех отделах легких равно атмосферному. Перенос атмосферного воздуха в легкие происходит при появлении разницы давлений между внешней средой и альвеолами легких. При каждом вдохе объем легких увеличивается, давление заключенного в них воздуха, или внутрилегочное давление, становится ниже атмосферного, и воздух засасывается в легкие. При выдохе объем легких уменьшается, внутрилегочное давление повышается и воздух выталкивается из легких в атмосферу. Внутриплевральное давление обусловлено эластической тягой легких или стремлением легких уменьшить свой объем. Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха - все четыре объема; Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха. ЖЕЛ - это объем воздуха, выдохнутого из легких после максимального вдоха при максимальном выдохе. ЖЕЛ = ОЕЛ - остаточный объем легких. ЖЕЛ составляет у мужчин 3,5 - 5,0 л, у женщин - 3,0-4,0л; Емкость вдоха (Ед.) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха, составляет в среднем 2,0 - 2,5 л; Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объем воздуха в легких после спокойного выдоха. В легких при спокойном вдохе и выдохе постоянно содержится примерно 2500 мл воздуха, заполняющего альвеолы и нижние дыхательные пути. Благодаря этому газовый состав альвеолярного воздуха сохраняется на постоянном уровне.

8.Транспорт веществ у растений. Механизм помещения и передвижения воды и мин. солей по растению. Транспирация. Транспорт орг в-в. этапа транспорта неорг соединений изо-ды: 1) из почвы в сосуды корня радиальный, 2) передвижение по сосудам к листьям дальний (по ксилеме), 3) выход из сосудов в цитоплазму паренхимных клеток -ближний (живыми клетками корня).3 типа транспорта: внутреклеточный, внутриорганный и междуорганный. Различают пассивный (независимо от клеточного метаболизма) и активный (с затратами энергии) транспорт. Поступление воды в растения осуществляется 2 видами: верхнего и нижнего водного потока. Верхний транспирация листьев, ее присасывающая сила, нижнее корневое давление (активный транспорт). Поглощение воды целым растением идет интенсивнее, чем корнем. Минер питание осуществляется из почвы корнем в 2 этапа:1 Поступление ионов в свободное пространство. Ионы поступают свободной диффузией из почвен р-ра за счет разницы концентрации от большей к меньшей, 2) поступление в протопласт клетки. Все пит в-ва нах-ся в почве в 4 формах: 1)процные фиксирующие недоступные; 2)адсорбированные на поверхность почв, 3)растворенные в почвенной воде, 4) труднорастворимые неорган соли. 3 этапа транспорта орг соединений: внутриклеточный (выход ассимиляторов из хлоропласта),2) межклеточный ближний (от клетки к клетке, флоэме), 3) дальний- флоэмный(передвижение орг в-в по флоэме).

Транспирация – процесс испарения воды, кот идет с затратой энергии. Значение: необх для терморегуляции, созд-т непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, передвижение мин и частично орг в-ва, влияет на пр-с фотосинтеза. Идет через кутикулу и устьица. Устичная транспирация: 1) переход воды из клеточных стенок в межклетники, 2) выход паров воды из межклетников через устьица, 3) диффузия паров воды с пов-ти листа. Движ-е устьиц регулируется внешними и внутренними факторами. Движение устьиц и транспирация имеет свой суточный ход: а) уситьица ночью закрыты всегда. Утром откр-ся, а затем ведут себя от условий среды (злаки), б) устьица ночью открыты всегда, а днем в завис от условий, в) устьца утром открыты, а днем взавис-ти от условий, ночью в завис от того, что было днем. Ночью транспирация минимальная, максимум в полдень(зависит от солнечной радиации).

Кровь — жидкая соединительная ткань, наполняющая сердечно-сосудистую систему позвоночных животных, в том числе человека и некоторых беспозвоночных. Состоит из жидкой части плазмы и форменных элементов: клеток лейкоцитов и постклеточных структур: эритроцитов и тромбоцитов. Циркулирует по системе сосудов под действием силы ритмически сокращающегося сердца и непосредственно с другими тканями тела не сообщается ввиду наличия гистогематических барьеров. У всех позвоночных кровь имеет чаще красный цвет (от бледно- до тёмно-красного), которым она обязана гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах. У некоторых моллюсков и членистоногих кровь имеет голубой цвет, благодаря гемоцианину.

Кровь состоит из двух основных компонентов — плазмы и взвешенных в ней форменных элементов. У взрослого человека форменные элементы крови составляют около 40—50 %, а плазма — 50—60 %. Это соотношение имеет название — гематокритное число.

Форменные элементы крови представлены эритроцитами, тромбоцитами и лейкоцитами:

1) Красные кровяные тельца (эритроциты) — самые многочисленные из форменных элементов. Зрелые эритроциты не содержат ядра и имеют форму двояковогнутых дисков. В эритроцитах содержится содержащий железо белок — гемоглобин, который обеспечивает главную функцию эритроцитов — транспорт газов, в первую очередь — кислорода.

2) Кровяные пластинки (тромбоциты) - ограниченные клеточной мембраной фрагменты цитоплазмы гигантских клеток костного мозга мегакариоцитов. Они обеспечивают свёртывание крови, вытекающей из повреждённого сосуда, приводя к остановке кровотечения и тем самым защищая организм от опасной для жизни кровопотери.

3) Белые клетки крови (лейкоциты) являются частью иммунной системы организма. Все они способны к выходу за пределы кровяного русла в ткани. Главная функция лейкоцитов — защита.

Общее количество крови от массы тела 6,5—7 %.

Ф-и крови: Кровь, беспрерывно циркулирующая в замкнутой системе кровеносных сосудов, выполняет в организме различные функции:

1. Транспортную — в ней выделяют ряд подфункций:

· Дыхательная — перенос кислорода от лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к лёгким;

· Питательная - доставляет питательные вещества к клеткам тканей;

· Экскреторная (выделительная) — транспорт ненужных продуктов обмена веществ к легким и почкам для их экскреции (выведения) из организма;

· Терморегуляторная — регулирует температуру тела, перенося тепло;

· Регуляторная — связывает между собой различные органы и системы, перенося сигнальные вещества (Гормоны), которые в них образуются;