Організм і зовнішнє середовище

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

1. Організм як біологічна система 2

2. Джерела енергії життєдіяльності 4

3. Будова білків та їх роль в організмі 7

4. Нуклеїнові кислоти і синтез білків 10

5. Взаємовідносини організму з середовищем 13

1. Організм як біологічна система

Основні структурні одиниці організму - клітини, які разом з міжклітинним речовиною складаються в тканини й органи. Органи об'єднуються у функціональні системи (травлення, дихання, кровообігу та ін) і утворюють організм, вся життєдіяльність якого у людини і тварин (за винятком найбільш примітивних) інтегрується і координується нервовою системою. Від зовнішнього середовища організм відмежований зовнішніми покривами, внутрішньою поверхнею дихальних шляхів і легенів, слизовими оболонками органів травлення і виділення, що сприймають дії зовнішнього середовища.

Клітки - основні «цеглинки», з яких побудований організм. Вони теж мають вельми складну будову і оточені мембранами, що складаються з білків і жироподібних речовин - фосфоліпідів. Мембрани можуть пропускати одні речовини і закривати вхід для проникнення інших або здійснювати транспорт речовин тільки в один бік, перешкоджаючи зворотного руху.

Тому клітинні мембрани називають напівпроникні.

Такі ж мембрани поділяють клітину на окремі «відсіки», або компартменти, і оточують різні клітинні органели. До числа таких «органів» клітини належить передусім ядро, де зберігається спадковий фонд клітини, її генний апарат, і де відбувається початковий етап синтезу білків. Не менш важливими органоидами є мітохондрії - «енергетичні станції» клітини, що звільняють енергію з окисляються, і перетворюють її в легкоутілізіруемую форму, що дозволяє клітці використовувати цю енергію у своїй життєдіяльності. Мітохондрії представляють собою округлі або злегка витягнуті утворення, що складаються з двох мембран: зовнішньої і внутрішньої. На складках, або гребенях, внутрішньої мембрани в строго визначеному порядку вбудовані ферменти біологічного окислення і компоненти дихального ланцюга.

До органоидам клітини відносяться також лізосоми - маленькі бульбашки, що містять ферменти, що здійснюють внутрішньоклітинне перетравлення і розщеплюють складні біологічні сполуки (білки, нуклеїнові кислоти, тощо), внутріплазматіческая мережу (ретикулум) і пластинчастий комплекс - мембранні освіти, які беруть участь в іонному транспорті, процесах секреції і багатьох біологічних синтезах. На мембранах мітохондрій та інших органоїдів жорстко вбудовані, а в напіврідкому внутрішньому білковому вмісті клітини (цито-золі) розчинені різні ферменти - білкові біологічні каталізатори, за допомогою яких у клітині відбуваються всі хімічні реакції.

Проте життя - в ​​першу чергу не структура, а процес. Це постійне оновлення всіх структур клітини і організму в цілому. Всі речовини, з яких побудований організм і які він виробляє, постійно оновлюються. Так, напівперіод життя деяких виділяються залозами внутрішньої секреції гормонів становить 1 - 5 хв, цукру в крові - 19 хв, глікогену в печінці - 20-24 год, глікогену в м'язах - 3-4 добу, білка в печінці - 4-10, резервного жиру - 16-20, а скорочувальних білків м'язів - близько 30 сут. Щодо стабільною є лише зберігає спадкову інформацію ДНК.

Обмін речовин - основна властивість і умова існування живої матерії - полягає в безперервному надходженні в організм речовин, службовців джерелами енергії та пластичним матеріалом, в засвоєнні (асиміляції) цих речовин і у використанні їх з наступним виділенням з організму продуктів їх розщеплення. Таким чином, живий організм є «відкриту хімічну систему», через яку постійно проходить потік речовин і енергії.

Все це принципово відрізняє живі організми від будь-яких найбільш складних і "розумних" машин, які представляють собою статичні системи з фіксованою конструкцією. Машини можна розібрати на деталі, чітко відмежувати їх один від одного. Машини потребують енергії лише тоді, коли працюють. Живі організми не розділені на «деталі», в них все тісно пов'язано в єдину систему, все взаємозалежно. У них не можна навіть чітко розрізнити структурні матеріали та джерела енергії: те, що утворює структуру, може бути і джерелом енергії, а джерела енергії можуть входити до складу структур. Нарешті, живі організми потребують енергії не тільки тоді, коли вони виконують зовнішню роботу; їх структури можуть підтримуватися лише при безперервній витраті енергії. Перерва в постачанні нею призводить до незворотної втрати структури і до смерті. Живий організм сам себе будує, підтримує в «робочому стані», ремонтує, регулює і відтворює.

2. Джерела енергії життєдіяльності

Яким же чином черпає організм необхідну йому енергію? Енергія звільняється в мітохондріях клітин при окисленні різноманітних органічних речовин, але використовується не відразу, а накопичується в легкоутілізіруемой формі у вигляді макроергічних (високоенергетичних) з'єднань. При їх розщепленні без проміжного утворення тепла хімічна енергія їх внутрішньомолекулярних зв'язків перетвориться в інші форми енергії: механічну, електричну, світлову і т. п.

Основним і найголовнішим макроергів є АТФ, що складається з азотистої (пуринового) підстави - ​​аденіну, пятиуглеродного цукру - рибози і трьох, послідовно приєднаних до неї молекул фосфорної кислоти. — неорганический фосфат. Відщеплення від АТФ кінцевий і другий фосфатних груп призводить до звільнення по 30 кДж енергії на кожен моль: АТФ + Н 2 О-> АДФ + Ф +30 кДж; АДФ + Н 2 О-> АМФ + Ф +30 кДж, де Ц - неорганічний фосфат.

АТФ - джерело енергії всіх біологічних процесів: руху, теплоутворення, біоелектричних явищ, різних біологічних синтезів і навіть нервової діяльності (схема 1). Розщеплення АТФ необоротно: енергія макроергічних зв'язку використовується на зовнішню роботу і йде зі сфери реакції. А так як потреба організму в АТФ виключно велика, необхідно постійне регенерування цієї речовини, утворення нових молекул АТФ. Відбувається це в процесі аеробного (з участю кисню) або анаеробного (без нього) окислення, сполученого з фосфорилюванням АДФ, а також шляхом креатінкіназной реакції.

У ході аеробного та анаеробного (гликолитического) окиснення утворюються проміжні макроергічні фосфорні сполуки, фосфатна група яких відповідними ферментами «пересідає» з усім запасом енергії на АДФ. Ці так звані фосфо-трансферазние реакції відбуваються таким чином, що фермент зближує утворився макроергів і АДФ настільки, що між ними стають можливими обмін електронами і виникнення зв'язку фосфату з АДФ при одночасному відщепленні першого від вихідного макроергів (рис. 1).

У принципі так само протікає і креатінкіназная реакція. КФ міститься в клітинах як джерело макро-ергічні фосфатів для регенерації АТФ в екстрених випадках. Реакція ця відбувається дуже швидко: вона не вимагає ні кисню, ні розщеплення будь-яких органічних речовин, так як макроергічних зв'язків фосфату КФ володіє таким же запасом енергії, як і макроергічні зв'язку в молекулі АТФ: КФ + АДФ креатин + АТФ.

Реакція ця оборотна в залежності від концентрацій КФ і АТФ: коли концентрація КФ висока, а АТФ низька, вона йде вправо, а при зворотних співвідношеннях - вліво. Таким чином, в ході цієї реакції надлишок АТФ створює передумови для власної її екстреного регенерації. Природно, що внаслідок великого і безперервного витрачання АТФ вона надзвичайно швидко обмінюється: напівперіод життя її менше 1 хв, і за 1 добу кожна молекула її оновлюється (розщеплюється і знову регенерується) 2400 разів!

— освобождение энергии, ІІ — преобразование энергии и совершаемая работа Витрачання і генерування АТФ: І - звільнення енергії, ІІ - перетворення енергії та чинена робота

Реакція перефосфорілірованія (фосфотрансферазная)

Отже, життя - постійне оновлення білкових структур організму. Як же відбувається цей процес?

3. Будова білків та їх роль в організмі

+ HOH -> АН - ВОН. Повне або часткове розщеплення білків здійснюється особливими ферментами - внутрішньоклітинними протеїназ та пептідаза - шляхом гідролізу, тобто розщеплення з приєднанням води за місцем розриву зв'язку: AB + HOH -> АН - ГЕТЬ. А ось синтез білків набагато складніше.

2 ) и кислотную — карбоксил (—СООН), т.е. Основними «цеглинками» білків служать амінокислоти - органічні сполуки, що містять лужну аміногрупу (- NH 2) і кислотну - карбоксил (-СООН), тобто що є одночасно і підставами, і кислотами:

В освіті білків беруть участь до 20 різних амінокислот, що з'єднуються в різній послідовності у довгі ланцюги, звані поліпептидними. 2 и — COOH так, что к аминогруппе одной аминокислоты присоединяется карбоксил другой и т. д. Такую связь называют пептидной: Амінокислоти у них пов'язані один з одним групами - NH 2 і - COOH так, що до аміногрупи однієї амінокислоти приєднується карбоксил інший і т. д. Такий зв'язок називають пептидного:

Розглянемо будову білків докладніше. Ці відомості знадобляться нам надалі, тому що основні пристосувальні зміни організму на молекулярному рівні перш за все і головним чином стосуються структури і властивостей клітинних білків. Білки - макромолекули, до складу яких входить від 100 до кількох тисяч амінокислотних залишків, що обумовлює їх більшу ММ, вимірювану десятками і сотнями тисяч атомних одиниць маси, діаметром від 5 до 100 нм. Більш короткі ланцюга (від 2 до 10) називають пептидами, а від 10 до 100 амінокислотних залишків - поліпептидами. Пептидний ланцюг - лише первинна структура білка, здатна утворювати вищі структури: згортання ланцюга в клубок (глобулярні білки) або прийняття нею нитчатой ​​форми (фібрилярні білки). Зв'язки між атомами, складовими білкову молекулу, можуть бути різними і володіти неоднаковою міцністю. 4 Hbf Найбільш npo 4 Hbf ковалентні зв'язки, тобто такі, в яких пара електронів знаходиться у володінні двох суміжних атомів. У білках такими зв'язками з'єднані залишки амінокислот і атоми, їх складові. Інакше кажучи, первинна структура білка досить міцна, так як пептидний ланцюг побудовано з допомогою ковалентних зв'язків. Але є зв'язку та іншого типу, наприклад водневі, що виникають між двома атомами за допомогою водню (найчастіше між атомами кисню та азоту). Справа в тому, що у кисню в місцях з'єднання амінокислот один з одним (тобто в пептидного зв'язку) є невеликий негативний заряд, а в азоту - невеликий позитивний, так як у ядер атома кисню більше спорідненість з електронами, ніж у ядер азоту . Внаслідок цього ковалентний пара електронів, що зв'язує водень з азотом, зміщується - і атом водню опиняється між двома зарядженими центрами:

За допомогою цих зв'язків утворюється вторинна структура білкової молекули, наприклад спирализация її, з'являються складчасті і нитчасті структури. S — S - Ri , где R и Ri — два участка полипептидной цепи). При утворенні третинної структури, тобто просторової упаковки спіраль і неспіралізованних ділянок білкової модекули (наприклад, в кулястих, глобулярних білки), велике значення має виникнення містків за рахунок двох атомів відновленої сірки (R - S - S - Ri, де R і Ri - дві ділянки поліпептидного ланцюга). Крім того, тут приймають участь і електростатичні (іонні) зв'язку, що з'являються між двома іонізованими атомами (знову ж таки, як правило, між азотом і киснем):

Нарешті, четвертинна (найбільш складна) структура - зв'язок між декількома однаковими або різними білками (званими протомера), що об'єднує їх в одне ціле (олігомер). Така структура підтримується іонними або водневими зв'язками. Існують і інші зв'язки, менш міцні, ніж кова-лентние, наприклад взаємодія вільних груп ОН та СООН, неполярних вуглеводневих радикалів і ін

Розрив нековалентних зв'язків призводить до порушення вищих білкових структур, званому денатурацією білків. При цьому білки втрачають ряд своїх функціональних властивостей, стають більш доступними дії розщеплюють їх ферментів. Денатурація в залежності від ступеня її і умов може бути і оборотної, і незворотною.

4. Нуклеїнові кислоти і синтез білків

Чим же зумовлена ​​строго певна послідовність амінокислот у білках? Як показали численні дослідження, інформація про це закодована в генному апараті клітин (геномі), тобто в ДНК хроматину клітинного ядра. Для кожного синтезованого в організмі білка є своя ДНК (або ділянку ланцюга ДНК), і синтезовані можуть бути тільки ті білки, структура яких закодована в геномі. от 10000 до миллионов атомных единиц), представляющие собой цепи соединенных друг с другом нуклеотидов (от 2000 до IO 8 ед.) и образующие двойную спираль. ДНК - складні макромолекули (з MM від 10000 до мільйонів атомних одиниць), що представляють собою ланцюга з'єднаних один з одним нуклеотидів (від 2000 до IO 8 од.) Та утворюють подвійну спіраль.

Кожний нуклеотид складається з азотистої (пуринового або піримідинового) підстави, пятиуглеродного цукру дезоксирибози і залишку фосфорної кислоти. З азотистих основ до складу ДНК входять аденін, гуанін, цитозин і тимін, 2 причому подвійний ланцюг ДНК побудована так, що проти аденіну одного ланцюга знаходиться тимін інший, а проти гуаніну розташовується цитозин. Між цими парами (так званими комплементарними) і утворюються зв'язки між двома ланцюгами ДНК. Кожній що входить до складу того чи іншого білка амінокислоті відповідає трійка (триплет, або кодон) послідовно з'єднаних підстав; порядок ж амінокислот у білку визначається відповідним розташуванням кодонів.

Синтез білка починається з утворення іРНК. РНК відрізняються від ДНК тим, що в них замість тиміна є азотна основа - урацил, замість дезоксирибози - рибоза, а також тим, що вони одноланцюгові. Синтезується іРНК у клітинному ядое за зразком відповідної ДНК, як би прочитуючи частина міститься в ній, копіюючи послідовність основ у ДНК, що визначає структуру синтезованого білка. Це процес транскрипції, який можна порівняти з розкриємо тканини по викройкою. Потім іРНК залишає ядро і передає отриману інформацію в місце синтезу - рибосоми, побудовані з особливою рРНК, тобто відбувається процес трансляції. За допомогою іРНК рибосоми об'єднуються в комплекси - полірібосоми. Одночасно активуються необхідні амінокислоти і при витраті енергії АТФ з'єднуються з третім видом РНК - тРНК, тобто відбувається процес рекогніціі, чи впізнавання. Активовані амінокислоти транспортуються до рибосом. Передбачається, що рибосоми рухаються уздовж молекули іРНК і як би зчитують принесену нею інформацію, у міру просування синтезуючи поліпептидний ланцюг. При цьому іРНК розщеплюється - і залишки її використовуються для синтезу нових іРНК.

Білки в організмі синтезуються практично весь час, але далеко не з повним використанням потенційних можливостей. Деякі ділянки геному можуть бути на той чи інший час репресовані, тобто вимкнені приєднанням до ДНК різних речовин (зокрема, лужних білків гістонів). Для того щоб дана ділянка знову включився в роботу, необхідно відщеплення цих речовин, тобто дерепресія. Крім того, для початку синтезу білка повинна відбутися індукція його, яка також здійснюється приєднанням до ДНК різних речовин. При цьому дерепрессорамі та індукторами можуть бути самі різні речовини: гормони, продукти обміну речовин і ін Природа їх до кінця ще не вивчена.

Склад геному суворо стабільний і практично не змінюється під впливом зовнішніх і внутрішніх впливів. Проте в ряді випадків можливе і зміна складу ДНК, заміна однієї підстави іншим. Таке явище називають мутацією. У цьому випадку закодований на даній ділянці ДНК білок вже не може синтезуватися з колишньою послідовністю амінокислот. Він або зовсім перестає утворюватися, або створюється зі зміненою структурою. При цьому він або втрачає свої функціональні властивості, або набуває нових. Мутації можуть завдавати шкоди організму, іноді вони приводять його навіть до загибелі (так звані летальні мутації). Але вони можуть і збігатися з інтересами організму, повідомляючи йому нові властивості, що сприяють кращому пристосуванню його до умов середовища. В даний час мутації здійснюються і штучно, що відкриває широкі перспективи для перетворення живих організмів.

5. Взаємовідносини організму з середовищем

Жоден живий організм не можна уявити поза навколишнього середовища і поза взаємодії з нею. З середовища організм одержує поживні речовини і кисень, у неї віддає кінцеві продукти обміну речовин. Середовище впливає на нього низкою своїх чинників: променистою енергією (світловий, ультрафіолетової, радіоактивної), електромагнітними полями, атмосферних і гідростатичним (для провідних водний спосіб життя) тиском, температурою, різними хімічними речовинами. Вона ж неминуче передбачає взаємодію з іншими живими організмами.

Від навколишнього середовища організм безперервно отримує інформацію, на яку реагує у вигляді відповідних дій: ходи, мови (у тварин - видання тих чи інших звуків), міміки, поїдання їжі і т. п. Таким чином, живий організм безперервно пропускає через себе не тільки речовини та енергію, але і потік інформації.

Сприймається інформація спеціальними рецеп-раторних апаратами - органами відчуттів, потім передається центральній нервовій системі, де відбувається «впізнавання» сигналу і формування відповідної реакції. Інформація проходить по каналах зв'язку або у вигляді електричних імпульсів по нервових волокнах в ту або іншу сторону (нервовий зв'язок), або за допомогою хімічних речовин по кров'яному руслі (гуморальна зв'язок). При цьому нервова зв'язок чітко спрямована на певну ділянку (центр) нервової системи або орган, а гуморальна зв'язок більш генералізована, тобто спрямована не на одну мішень, а відразу на декілька. Сприймаюча можливість різних рецепторів і пропускна спроможність каналів зв'язку неоднакові, тому потік інформації, що отримується рецептором, рухаючись від нього до центру і зберігається в пам'яті, теж різний.

Кількість інформації прийнято вимірювати в двійкових знаках - бітах. У людини потік інформації через зоровий рецептор дорівнює 10 8 -10 9 біт / с. Нервові шляхи пропускають 2 · 10 6 біт / с. До свідомості доходить близько 50 біт / с, а в пам'яті міцно затримується лише 1 біт / с. Таким чином, за 80 років життя пам'ять утримує інформацію порядку 10 9 біт. Отже, мозком оцінюється не вся, а найбільш важлива інформація. На шляху до нього все несуттєве усувається, фільтрується.

Отримана від середовища інформація визначає роботу функціональних систем організму і поведінку людини або тварини, регулюючи їх: посилюючи або послаблюючи.

Для управління поведінкою людини і активністю його функціональних систем (тобто вихідною інформацією, що йде з мозку) досить близько 10 7 біт / с при підключенні програм, що містяться в пам'яті.

Життєдіяльність організму регулюється насамперед на субклітинному та молекулярному рівнях. Це хімічна авторегуляції реакцій обміну речовин. Вона вирішує місцеві завдання і є основою всіх видів регулювання. Здійснюється вона шляхом зміни концентрацій метаболітів, підвищення або зниження активності і кількісного вмісту ферментів, тобто посилення або пригнічення їх синтезу, структурних змін їх і інших функціональних білків. Але регулювання відбувається і на більш високих рівнях: клітини в цілому, тканини, органу, функціональної системи, організму. Чим на більш високий рівень передаються керуючі вихідні сигнали, тим більш узагальнений характер вони носять. У людини і тварин вищим центром, керуючим вегетативними функціями (кровообігом, диханням, рухом, виділенням гормонів і т.п.), є гіпоталамус, розташований в нижній частині проміжного мозку, що має зв'язки з системою залоз внутрішньої секреції, іншими частинами мозку і центром свідомості - його корою. Вступники сигнали можуть усвідомлюватися або не усвідомлюватися. Керуючі відповіді на несвідомі сигнали середовища можуть здійснюватися гіпоталамусом і без участі вищого відділу головного мозку - його кори.

У звичайних, звичних для організму умовах середовища він знаходиться в урівноваженому з нею стані. Він зберігає сталість як рівня активності функціональних систем, так і складу своєї внутрішньої середовища. Але умови середовища можуть змінюватися в несприятливу для організму бік. Нерідко ці зміни відбуваються дуже швидко, а часом несуть тривожну інформацію. Але організм далеко не завжди може відразу налаштуватися так, щоб без істотної шкоди перенести нові умови. Так, опинившись на висоті, де знижено парціальний тиск кисню і вуглекислоти, під впливом одержуваної інформації організм перебудовує свою функціональну активність на змінилися рівні: зростають частота і хвилинний об'єм дихання, частота серцевих скорочень, збільшується обсяг циркулюючої крові, але ступінь насичення артеріальної крові киснем всі одно знижується.

Вплив зниженого барометричного тиску на деякі функції організму людини

Тиск, кПа

Висота над рівнем моря,

M

Парціальний тиск в альвеолярному повітрі, кПа

Частота в 1 хв

Хвилинний об'єм дихання, л / хв

Обсяг циркулюючої крові, мл / кг

Насичення артеріальної крові киснем,%





O2

CO2

дихання

серцевих скорочень







99.1

0

13.3

5.0

12

70

8.8

38

98

64.2

3658

6.3

4.9

14

103

9.1

60

85

54.8

4877

5.5

4.1

12

103

9.5

70

80

50.4

5486

5.0

3.4

12

108

11.1

70

77

46.4

6009

4.5

3.3

13

107

13.0

70

76

42.7

6705

4.0

3.2

15

124

15.0

70

64

Якщо людина вперше потрапив в гори і не підготовлений до таких умов, у нього внаслідок нестачі кисню (гіпоксії) і підвищеної віддачі збудливою дихальний центр вуглекислоти (гипокапнию) може розвинутися гірська хвороба. Спочатку з'являються загальна слабкість і головний біль, порушується сприйняття смаку і запахів (наприклад, починає здаватися, що ковбаса пахне рибою, а хліб гіркий), пригнічується психіка, потім приєднуються слухові і зорові галюцинації, і людина втрачає свідомість. Дихання то зупиняється, то (у міру накопичення в крові вуглекислоти) поновлюється, потім (у зв'язку з видаленням СО 2 з крові) знову припиняється і т. д. Якщо людині при цьому не дати кисневий апарат або не спустити його на більш низький рівень, він може загинути. Так було, наприклад, в минулому столітті з екіпажем французького повітряної кулі «Зеніт», занесеного на велику висоту, в результаті чого всі три людини, що знаходилися в гондолі, померли. Трагічно закінчилося і сходження альпіністів однієї закордонної команди, які, будучи на висоті 6000 м без кисневих приладів, виявилися внаслідок несподіваної зміни погоди в умовах барометричного мінімуму циклону, відповідного висоті більше 10 ТОВ м.

Значить, до перебування на висотах, до умов гіпоксії, організм повинен адаптуватися поступово, тому що екстрене пристосування організму, не підготовленого до перебування в гіпоксічеекіх умовах, не є повним і при великій силі впливу середовища виявляється недостатнім. У наш час ні один альпініст не піде на сходження без попередньої гірської акліматизації.

Наведемо приклад дії високих і низьких температур. Життєві процеси можливі лише у суворо обмежених рамках температури тіла, наприклад для мавп це від 13-14 до 43-45 ° С. Температури вище і нижче цих меж несумісні з життям. Але і в межах допустимого діапазону температури тіла в організмі можливий ряд несприятливих змін. Від температури тіла залежить кінетична енергія атомів і молекул організму. Якщо вона буде надто велика (при високих температурах) або занадто мала (при температурах нижчих), це несприятливо позначиться на обміні речовин, на швидкості, з якою протікають життєві процеси, і на клітинних структурах, від яких залежить життя. Справа в тому, що всі ферменти організму мають певний температурний оптимум дії, при якому вони проявляють найбільшу активність. Цей оптимум близький до температури тіла. При відхиленні температури від оптимуму (і в ту, і в інший бік) активність ферментів знижується. При зрушеннях температури тіла змінюються вищі структури білків і РНК. Так, низькі температури призводять до порушення третинної і четвертинної структур багатьох білків. Якщо це білок-фермент, то активність його знижується. Високі температури так впливають на тРНК, що вони втрачають здатність приєднувати і транспортувати амінокислоти, необхідні для синтезу білка. Під впливом змін температури порушується і взаємодія гормонів з рецепторними білками тканин, а отже, і гормональна регуляція функцій організму і його обміну речовин.

Природно, що всі ці зміни призводять до порушення ряду функцій організму. У процесі обміну речовин у всякому організмі відбувається утворення тепла. Джерелом його є АТФ (див. схем. 1), якщо вона гідролітично розщеплюється без трансформації її хімічної енергії в енергію будь-якої фізіологічної роботи (руху, електрофізіологічних процесів, осмотичної роботи тощо). Але не всі організми можуть зберігати це тепло, підтримуючи сталість температури тіла. Цією здатністю володіють лише птахи та ссавці (як тварини, так, природно, і людина). Їх називають гомойотермних організмами. Температура тіла безхребетних, риб, амфібій і рептилій залежить від температури навколишнього середовища і практично дорівнює їй. Це пойкілотермних організми. Тому термічний оптимум, в якому особина веде активне життя, у гомойотермних значно ширше, ніж у пойкілотермних, хоча межі виживання в умовах температурного максимум-мінімум і-песимуму практично однакові (рис. 3).

При низьких температурах (але сумісних з життям) пойкілотермних тварини впадають в сплячку або вкрай малоактивні. активно летает, с 20 до 14 0 C взлетает лишь тогда, когда чем-то обеспокоена, при 10 0 G способна только бегать, а при 8 0 C и ниже неподвижна. Наприклад, муха цеце при температурі середовища 21 0 C активно літає, з 20 до 14 0 C злітає лише тоді, коли чимось стурбована, при 10 0 G здатна тільки бігати, а при 8 0 C і нижче нерухома. Не маючи можливості регулювати температуру тіла і підтримувати її на постійному рівні, пойкілотермних при зміні термічних умов намагаються активно уникати крайніх температур. Наприклад, риби, що живуть у прибережній зоні тропічних морів, під час відливу, коли вода сильно прогрівається, йдуть у більш глибокі місця, де вода прохолодніше, а риби замерзаючих річок взимку теж спливають в глибину, де вода тепліша, ніж у місцях зіткнення її з льодом. Амфібії та рептилії в прохолодне час гріються на сонці, а в жаркий час ховаються в тінь або ховаються в норах. Нарешті, деякому підтримці температури тіла у пойкило-термних допомагає те, що вони близько розташовуються між собою. У літній час бджоли у вулику знаходяться далеко один від одного і при цьому вентилюють простір помахами крил, що сприяє кращому випаровуванню вологи та охолодження. Взимку ж вони збираються разом, утворюючи щільну масу, обмежуючи тим віддачу свого тепла. при внешней температуре от 11 до —7 °С. За даними японських дослідників, температура в вулику підтримується на рівні 18 - 22 0 C при зовнішній температурі від 11 до -7 ° С. Все це допомагає ухилятися від шкідливої ​​дії термічного чинника, але не робить тварин менш чутливими до нього.

Інша річ гомойотермних організми, у яких поряд з потужними можливостями теплопродукції існує і досить досконала система терморегуляції. Освіта тепла у них, як і у всіх тварин, відбувається за рахунок окисних процесів і розщеплення АТФ, а віддача його - трьома шляхами: конвекцією, тобто проведенням від більш теплого організму до більш холодної середовищі (30%), випромінюванням (45 %) і випаровуванням води, що сприяє охолодженню (25%). При цьому 82% тепла віддається через шкіру, 13% - через органи дихання, 1.3% - з сечею та екскрементами, 3.7% йде на зігрівання з'їденої їжі і випитої води. При підвищенні зовнішньої температури теплопродукція зменшується, а тепловіддача збільшується; при зниженні ж її зростає теплопродукція і падає тепловіддача. Це основна відмінність гомойотермних від пойкілотермних: з підвищенням зовнішньої температури інтенсивність обміну речовин у останніх стає більше, а при зниженні її різко зменшується.

Підтримка сталості температури тіла у гомойотермних здійснюється як на органному рівні, так і на субклітинному - молекулярному. Регулювання тепловіддачі проведенням і випромінюванням заснована на зміні шкірного кровообігу. При високих зовнішніх температурах судини внутрішніх органів звужуються, а шкірні розширюються, що підсилює тепловіддачу; при низьких температурах - навпаки, і тепловіддача різко скорочується. Віддача тепла випаровуванням забезпечується потовиділенням, тому що випаровування поту охолоджує організм. Випаровування 1 г поту забирає в організму близько 2.0 кДж тепла. При підвищенні зовнішньої температури потовиділення різко збільшується: до 0.5 - 1.0 л / год, тобто доходить до 24 л / сут. У тварин, які не мають потових залоз (наприклад, у собак), місцем випаровування вологи є слизова оболонка мови і порожнини рота. Всім відомо, що під час спеки собака розкриває пащу, висовує язик і прискорено дихає: замість випаровування поту відбувається випаровування слини.

Всі ці механізми тепловіддачі регулюються центральною нервовою системою - тепловим центром, розташованим в гіпоталамусі. Якщо мозок перерізати нижче за гіпоталамус, то гомойотермних тварин стає пойкілотермним. Тепловий центр складається з двох центрів: теплопродукції і тепловіддачі. Роздратування першого призводить до підвищення температури, збільшення газообміну, звуження шкірних судин і ознобу, він посилює теплоутворення в м'язах; роздратування другого - до задишки, потовиділенню, розширенню шкірних судин і падіння температури тіла. Порушення обох центрів відбувається і рефлекторно: в результаті сигналів від шкірних рецепторів - термочутливих нервових закінчень, і хімічним шляхом: при транспортуванні кров'ю гормонів та деяких інших хімічних речовин.

Однак, незважаючи на всі властиві гомойотермним механізми терморегуляції, різкі й значні зміни температури середовища можуть бути згубними для організму. При високих температурах різко скорочується віддача тепла конвекцією. она затруднена, а при температуре выше 37 0 C невозможна. Вже при 30 0 C вона утруднена, а при температурі вище 37 0 C неможлива. В умовах високої вологості утрудняється і тепловіддача випаровуванням поту. При однаковій зовнішній температурі у вологому кліматі субтропіків і тропіків організм переносить високу температуру середовища важче, ніж у сухому (наприклад, в Середній Азії або Єгипті). испытывает удовольствие. У парній лазні, де вологість доходить до 90-97%, людина ледве витримує температуру 45-50 ° С, а в сауні, де повітря сухе, при 100 і навіть 120 0 C відчуває задоволення. Тривале перебування в умовах високої температури при недостатній тепловіддачі призводить до перегрівання організму, підвищення температури тіла вище 40 ° С, наростання слабкості, порушення діяльності серця та центральної нервової системи, загущення та різкого підвищення в'язкості крові (через велику віддачі води організмом), втрати свідомості, судоми. Якщо не надати допомогу, людина може загинути від теплового удару.

Короткочасна дія як холоду (наприклад, обтирання тіла снігом, занурення в ополонку після жаркої лазні, «моржування»), так і високої температури не викликає розлади терморегуляції і навіть не тільки корисно, але й приємно. Однак при тривалій дії холоду, не компенсовані посиленням теплопродукції і зменшенням тепловіддачі, настає переохолодження організму, знижується температура тіла - і організм замерзає.

поглощение кислорода и обмен веществ возрастают, наблюдается сильная дрожь. При зменшенні температури тіла до 31 -27 0 C поглинання кисню і обмін речовин зростають, спостерігається сильна дрож. поглощение кислорода прогрессивно снижается, меньшей становится интенсивность обмена веществ, дрожь прекращается, исчезает реакция на боль, дыхание ослабляется, теряется сознание. При падінні температури нижче 19-20 0 C поглинання кисню прогресивно знижується, меншою стає інтенсивність обміну речовин, тремтіння припиняється, зникає реакція на біль, дихання послаблюється, втрачається свідомість. он замерзает. За таких ступенях охолодження гомойотермних організм стає пойкілотермним, температура його тепер вже залежить від температури навколишнього середовища і при падінні її нижче Про 0 C він замерзає. Якщо замерзання відбувається повільно і поступово, то воно може бути оборотним, але швидке замерзання завжди незворотньо, тому що при цьому в клітинах утворюються кристали льоду, які руйнують клітинні структури. Разом з тим навіть дуже значне зниження температури тіла, проведене обережно в клінічних умовах, не представляє смертельну небезпеку і в даний час практикується при хірургічних операціях на серці, коли доводиться зупиняти кровообіг. Стійкість організму до температурних впливів, розширення оптимальної зони температур, як і підвищення опірності організму гіпоксії, може бути досягнуто поступовим пристосуванням його до змін температурних умов.

Несприятливою для організму може бути і надмірна (занадто інтенсивна або тривала) м'язова діяльність. Всім відомий приклад з афінським воїном, якого полководець Мільтіад послав з марафонського поля битви в Афіни повідомити про перемогу над персами. Воїн пробіг 42 км 195 м, встиг сказати на міській агори: «Ми перемогли» - і впав замертво. А скільки відбувається трагічних випадків у повсякденному житті! Побіг один літній чоловік за транспортом, щоб встигнути сісти в трамвай чи автобус, «задихнувся» на півдорозі, що з'явилися задишка і слабкість змусили його зупинитися або перейти на спокійний крок, а інший при такому бігу і впав з інфарктом міокарда. Або підняв людина більшу тяжкість, перенапружуючи, і у нього сталося гостре розширення серця і порушився кровообіг. А тренований спортсмен і марафонську дистанцію пробігає, не падаючи мертвий на фініші, і розвиває при бігу швидкість, недоступну для неспортсмена, і піднімає великі тяжкості, які нетренованій організму не під силу. Справа в тому, що інтенсивна або тривала м'язова діяльність супроводжується різким зростанням витрат енергії. Якщо в стані постільної спокою людина витрачає 0.067 кДж / с, то при марафонському бігу - 1.0, а при бігу на 100 м - 10.0 кДж / с. Природно, що це вимагає і дуже великого витрачання джерел енергії, і збільшення поглинання кисню, необхідного для їх окислення, і значного посилення серцевої діяльності для транспортування надходження в організм кисню від легень до м'язів. Мірі зростання цих фізіологічних параметрів, доступні тренованому спортсмену, не може осилити людина, належним чином фізично не підготовлений. Значить, і до інтенсивної або тривалої м'язової діяльності організм може (і повинен) пристосуватися, але за допомогою відповідної тренування.

Зустрічаючись з хвороботворними мікробами, одна людина не захворює, інший захворює, але переносить хворобу або легко, або у важкій формі, а третій вмирає від неї. Чим же визначається стійкість організму до інфекцій? На це питання відповідає активно розвивається галузь медицини - імунологія. Основою імунітету є синтезовані організмом антитіла - особливі білки, які відносяться до групи високомолекулярних глобулярних білків - імуноглобулінів. Причиною захворювання є хвороботворні мікроби або продукти їх життєдіяльності - токсини, що мають білкову природу. Антитіла, приєднуючись до них, або знешкоджують їх, або прирікають на перетравлення особливими клітинами - фагоцитами (тобто «пожирають» клітинами). Цей процес далеко не такий простий. Що стимулює вироблення антитіл? Де вони виробляються? Чому вони специфічні у відношенні одних інфекцій і неактивні проти інших? Чому, наприклад, щеплення проти черевного тифу або віспи не створює імунітету проти холери або чуми?

Вироблення антитіл стимулює саме хвороботворна початок - мікроб, що має, як все живе, білкову природу. Мікробний і всякий інший чужорідний білок в імунології називають антигеном. Імунні тіла (антитіла) виробляються специфічно направлено проти кожного конкретного антигену. Але в крові міститься певна кількість і неспецифічних антитіл, менш ефективних, але здатних вступати у взаємодію з різними антигенами. Це неспецифічні імуноглобуліни крові, що зумовлюють загальну стійкість організму до інфекцій. Саме цим неспецифічним імунітетом пояснюється, чому, зустрівшись з однією і тією ж інфекцією, одна людина занедужує і хвороба у нього протікає у важкій формі, інший захворює, але переносить хворобу навіть на ногах, а третій зовсім не захворює. Чим же пояснити це? Освіта специфічних антитіл - синтез нових білків, потрібних організму лише при зустрічі з інфекцією, а поза цим не беруть участі ні в обміні речовин, ні в побудові клітинних структур.

Ми вже знаємо, що організм синтезує лише ті білки, структура яких закодована в геномі клітин. Адже не можуть бути передбачені в ньому структури антитіл проти всіх можливих, невластивих організму чужорідних білків. Це питання «пізнавання» антигенів і синтез специфічних антитіл проти них - одна з найактуальніших і «гарячих» питань імунології, і до нього ми ще повернемося. Поки ж констатуємо, що для протистояння інфекцій існує специфічний і неспецифічний імунітет, що залежить від вироблення специфічних і неспецифічних імуноглобулінів. Він може посилюватися внаслідок перенесеного інфекційного захворювання або послаблюватися під впливом пошкоджуючих чинників середовища; його можна отримати і штучно шляхом щеплень, тобто введенням в організм білка убитих мікробів (вакцин), що не викликає захворювання, але приводить до вироблення специфічних антитіл.

Але є фактори середовища, проти яких в організму людини і тварин немає специфічного захисту. Це проникаюча радіація і різні хімічні агенти, які можуть потрапляти в організм з повітрям, водою і їжею. Хімічні речовини вельми різноманітні, і важко передбачити, які «сюрпризи» у цьому плані принесе подальший розвиток науки і техніки. Але, як ми побачимо, і до них організм може в якійсь мірі пристосуватися.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
130.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Зовнішнє середовище 2
Зовнішнє середовище організації
Зовнішнє середовище підприємства
Зовнішнє середовище маркетингу
Зовнішнє середовище організації 2
Зовнішнє середовище організації 3
Зовнішнє і внутрішнє середовище менеджменту
Внутрішнє та зовнішнє середовище організації
Внутрішнє та зовнішнє середовище туристського підприємства
© Усі права захищені
написати до нас