Контрольняа работа по "Биологии"

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Физико-химические  свойства цитоплазмы. Гетерогенность цитоплазмы

     Кинетика  химических реакций в цитоплазме обусловливается сложным сочетанием факторов, среди которых структурные  особенности протоплазмы имеют большое значение. Белки протоплазмы отличаются большими химическими возможностями вследствие отличия их строения, химической природы, гетерополярности и поэтому могут вступать в безграничное количество реакций с различными веществами, которые содержатся в протоплазме или поступают извне. В результате этих реакций может измениться форма макромолекулы, что приведет к изменению ее химической активности. Таким образом, изменчивость свойств белков — важная особенность живого вещества.

     Цитоплазма  построена по коацерватному типу и представляет сложную коллоидную систему из белковых, углеводных и липидных соединений. В разработанной известным советским ученым А. И.Опариным теории о происхождении жизни на Земле большое значение придается выделению органических веществ, белоксодержащих комплексов в форме коацерватных капель из первичных водных растворов.

     Белки относятся к гидрофильным коллоидам. Такими же свойствами обладают и другие соединения, входящие в состав протоплазмы. Коллоидная природа протоплазмы  имеет существенное биологическое значение. Благодаря наличию большого количества мельчайших частиц в коллоидных системах развиваются огромные суммарные поверхности, которые играют чрезвычайно большую роль. На них может происходить связывание, адсорбция разнообразнейших активных веществ и прежде всего тех, которые снижают поверхностное натяжение. На мицеллах происходит связывание ферментов и других соединений, адсорбируются различные питательные вещества. Все это создает условия для различных химических реакций.

     Кроме рассмотренных свойств белков, наблюдается еще явление денатурации. При этом гидрофильные коллоиды — белки — становятся гидрофобными, теряют стойкость и вследствие этого легко коагулируют. Такая типичная денатурация происходит при нагревании белков. Денатурированные белки, т. е. белки, которые утратили свои естественные свойства (выпали в осадок), имеют способность адсорбировать красители. Внешне белки могут казаться неизменными, но поглощению красителя можно определить начало явления денатурации.

     Белковые вещества, как амфотерные соединения, вследствие реакций с электролитами изменяют свой заряд, что отражается на состоянии коллоидной системы, а также на ее растворимости. С электролитами связаны величина и знак заряда биоколлоидов протоплазмы, соотношение между процессами гидратации и дегидратации, коацервации и т. д.

     Важную  роль во всех этих процессах играет поверхность протоплазмы; она является ареной для осуществления процессов  адсорбции и десорбции, что влияет на движение частиц, которое может  иметь большую скорость, проходить одновременно в противоположных направлениях и влиять также на свойства самой протоплазмы — вязкость, эластичность, проницаемость и др.

     Особенности протоплазмы не дают возможность  рассматривать ее как истинно  золеобразную жидкость, поскольку она по упругости приближается к гелю. Явление взаимного превращения золя в гель наблюдается на протяжении всей жизнедеятельности клетки. На состояние протоплазмы влияют концентрация водородных ионов, а также соотношение между содержанием одно- и двухвалентных катионов. В присутствии кальция коагуляция белков в протоплазме происходит при более низкой температуре. Свойства протоплазмы обусловливаются сложностью многофазной, полидисперсной, коллоидной системы. Цитоплазма имеет три слоя: внешний — плазмалемма, внутренний — тонопласт и лежащий между ними — мезоплазма. Пограничные слои плазмалеммы и тонопласт вязкие и эластичные, а мезоплазма более текучая и менее эластичная.

     Межмицеллярные  пространства в протоплазме, кроме  воды, содержат еще и липоиды, которые находятся в непрочной связи с некоторыми боковыми цепочками белковых веществ. Эти боковые цепочки заканчиваются одной или двумя гидрофобными группами СН3, обладающими способностью присоединять к себе жиры. Кроме того, молекулы липоидных веществ имеют гидрофильные группы СООН, СОН, NH2, которые определяют способность липоидов взаимодействовать с водой. Следовательно, гидрофобные группы молекул будут ориентированы к плазмалемме, а гидрофильные — к мезоплазме. Липиды способны снижать поверхностное натяжение жидкостей; согласно законам физической химии, они концентрируются главным образом на поверхности.

     Во  взрослых клетках, которые имеют  вакуоли, на внутренней поверхности  протоплазмы, граничащей с клеточным  соком, также образуется обогащенный  липидами внешний слой, аналогичный плазмалемме; одновременно происходит скопление содержащихся в клеточном соке липидов возле поверхности вакуоли, которая граничит с протоплазмой. Поэтому тонопласт богаче липидами, чем мезоплазма. Структура протоплазмы чрезвычайно подвижна, и имеющиеся в протоплазме вещества непрерывно вступают во взаимодействие как друг с другом, так и с органическими веществами или минеральными солями, которые поступают в клетку или вырабатываются протоплазмой.

     Так, под влиянием сахара структура протоплазмы может измениться (из золя перейти в гель).

     Таким образом, протоплазма является сложной  гетерогенной коллоидной структурой, которая включает большое количество различных компонентов. Дисперсной средой является комплексный гидрозоль  с высоким содержанием белковых и других макромолекул, Сахаров, неорганических солей, например фосфатов. Важную роль играет вода, которая насыщает всю систему коллоидов протоплазмы, образуя непрерывную фазу.

     В живой протоплазме постоянно  происходят процессы новообразования и распада различных веществ, коагуляция коллоидов и их обратное превращение в золи, образование коацерватов, гелей и т. д. Происходящие в протоплазме процессы непосредственно зависят от состояния и свойств структур, из которых она состоит. Изменения протоплазменных структур под воздействием внешних условий имеют приспособительный характер. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Физилогические  основы орошения.

   Наиболее  радикальным способом борьбы с засухой  является орошение. Однако для правильного  применения этого приема, установления сроков и норм полива необходимы методы, позволяющие определять нуждаемость растений в воде. Это особенно важно потому, что как избыточное, так и недостаточное орошение не только не дает положительного эффекта, но может привести к отрицательным результатам. При избыточном орошении растение не успевает использовать даваемую ему воду. Избыток воды уплотняет, а иногда даже заболачивает почву и тем самым резко ухудшает снабжение корней кислородом. Часто наблюдается также засоление почвы. Вода, проникая в глубокие слои почвы, богатые солями, растворяет их, раствор солей поднимается вверх по капиллярам. Как следствие концентрация солей в пахотном горизонте растет. Большинство культурных растений очень чувствительно к концентрации солей. В результате из-за неправильного пользования поливной водой приходится забрасывать обширные пространства плодородных земель с дорогостоящими оросительными сооружениями. Недостаточные поливы также могут привести к нежелательным последствиям. При длительных межполивных периодах растения периодически попадают в условия засухи. Растения, получившие полив, развивают большую листовую поверхность и теряют значительное количество воды в процессе транспирации, вся их структура уклоняется в сторону большей влаголюбивости. Такие растения требуют больше влаги и при перерывах в водоснабжении страдают сильнее по сравнению с растениями, совсем не получившими полива. Таким образом, сроки и нормы полива (схема орошения) должны быть таковы, чтобы растения не испытывали недостатка в воде и в то же время чтобы они успевали израсходовать почти всю данную им за полив воду. Для правильного расчета общей поливной нормы предложены разные методы. Однако прежде всего нужно исходить из необходимости восполнить дефицит в воде, т. е. разницу между общим водопотреблением и естественными ресурсами влаги в данном районе. Водопотребление — это суммарный расход воды (транспирация + испарение почвой) за вегетационный период. 
 
А.Н. Костяковым было предложено следующее уравнение для расчета нормы полива (М): М = Е — Р_о — ΔW, где Е— общее водопотребление; Р_о — количество осадков за вегетационный период; ΔW — используемые внутренние запасы влаги в почве за этот период. Величина Е меняется в зависимости от типа растений, фазы развития растения и условий выращивания. Так, по данным И.С. Шатилова, водопотребление озимой пшеницы за весь вегетационный период составляет 3786 м³/га. Однако оно колеблется в зависимости от фазы развития. Так, в период кущения водопотребление составило 340 м³/га, а в период выхода в трубку — 796 м3/га. Сообразно с этими колебаниями должны варьироваться и нормы орошения. Вместе с тем, как уже упоминалось, транспирационные коэффициенты, а следовательно, и водопотребление сильно меняются в зависимости от уровня питания. В этой связи внесение удобрений позволяет значительно более экономно расходовать оросительную воду. При этом надо учитывать, что особенно важно обеспечить растения водой в так называемые критические периоды. Схема орошения может быть заранее фиксирована только в тех районах, где осадков практически нет. В зоне неустойчивого увлажнения схема орошения должна изменяться в зависимости от метеорологических условий, а также от темпов роста растений. Наилучшие результаты дает определение сроков полива по физиологическому состоянию самого растительного организма (Н.С. Петинов). Для определения нуждаемости растений в воде могут быть использованы различные показатели:

   1) содержание  воды в листьях;

   2) степень  открытости устьиц;

   3) интенсивность  транспирации;

   4) величина  водного потенциала.

   Особенно  следует рекомендовать определение  степени открытости устьиц методом  инфильтрации. Этот метод основан  на проникновении органических жидкостей (спирта, ксилола, бензола) и легко  осуществим в полевых условиях. Для  получения максимальной продуктивности растений устьица должны оставаться открытыми в течение всего дня. Хорошие результаты дает также определение потребности растений в воде по концентрации клеточного сока, которую можно определить с помощью рефрактометра. Надо учитывать, что орошение оказывает глубокое влияние не только на водный режим почвы, но и на приземный климат. С помощью орошения можно изменить микроклимат в сторону, благоприятную для растений. С этой точки зрения большое значение имеет введение освежительных поливов малыми нормами (дождевание). Эти поливы повышают влажность и снижают температуру приземного воздуха, что положительно влияет на растение. Применение орошения требует особенно тщательной регулировки питания растений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3,Дыхание  как совокупность  последовательных окислительно-восстановительных процессов. 

   ДЫХАНИЕ ТКАНЕВОЕ (син. клеточное дыхание) - совокупность окислительно-восстановительных процессов в клетках, органах и тканях, протекающих с участием молекулярного кислорода и сопровождающихся запасанием энергии в фосфорильной связи молекул АТФ. В результате Д. т. при участии специфических ферментов происходит окислительный распад крупных органических молекул - субстратов дыхания - до более простых и в конечном счете до углекислоты и воды с высвобождением энергии, используемой для обеспечения физиол, функций организма. Д. т. является важнейшей частью обмена веществ и энергии в организме. Большая часть энергии в аэробных клетках образуется благодаря Д. т., ее количество зависит от его интенсивности.  
 
Интенсивность тканевого дыхания определяется скоростью поглощения кислорода на единицу массы ткани. В норме интенсивность Д. т. обусловлена потребностью ткани в энергии, запасаемой в форме АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты). Интенсивность Д. т. наиболее высока в сетчатке глаза, почках, печени; она значительна в слизистой оболочке кишечника, щитовидной железе, яичках, коре головного мозга, гипофизе, селезенке, костном мозге, легких, плаценте, вилочковой железе, поджелудочной железе, диафрагме, сердце, скелетной мышце (в состоянии покоя). Интенсивность Д. т. невелика в коже, роговице и хрусталике глаза. Гормоны щитовидной железы, жирные кислоты способны активизировать тканевое дыхание.  
 
Субстратами Д. т. являются продукты превращения пищевых веществ, из к-рых в результате соответствующих метаболических процессов образуется небольшое число соединений, вступающих в цикл трикарбоновых кислот (син.: цикл Кребса, цикл лимонной кислоты). Этот важнейший метаболический цикл у аэробных организмов обеспечивает полное окисление продуктов превращения белков, жиров и углеводов. У человека и высших животных ок. 2/3 всей энергии, получаемой из пищевых веществ, освобождается в цикле трикарбоновых к-т. Этот цикл представляет собой последовательность реакций, объединяющих конечные стадии метаболизма белков, жиров и углеводов и обеспечивающих восстановительными эквивалентами дыхательную цепь в митохондриях (см. Клетка). Процесс синтеза молекулы АТФ из АДФ за счет энергии окисления различных субстратов называется окислительным, или дыхательным, фосфорилированием.  
 
Тканевое дыхание значительно более выгодно для энергетики организма, чем анаэробные окислительные превращения питательных веществ, напр, гликолиз. За счет цикла трикарбоновых к-т клетки получают большую часть той энергии, к-рая запасается при окислении глюкозы, жирных к-т и аминокислот. На 1 моль окисленного в цикле трикарбоновых к-т ацетил-КоА приходится 12 молекул АТФ. При полном окислении 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О запасается 36 молекул АТФ, из к-рых лишь 2 молекулы АТФ образуются в процессе гликолиза.  
 
Тканевое дыхание нельзя считать синонимом биологического окисления, поскольку значительная часть окислительных превращений в организме происходит в анаэробных условиях, т. е. без участия молекулярного кислорода. С другой стороны, принципиальным отличием Д. т. от иных процессов, происходящих с поглощением кислорода (напр., перекисного окисления липидов), является запасание энергии в форме АТФ, не характерное для других аэробных процессов.  
 
 

4. I Макроэргические соединения и их роль в метаболизме клетки.

Макроэрги́ческие соедине́ния (греч. makros большой + ergon работа, действие; синоним: высокоэргические соединения, высокоэнергетические соединения)

группа природных  веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии. Разрыв макроэргических связей в молекулах М.с. сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварения и других процессов жизнедеятельности организма.

Все известные М.с. содержат фосфорильную (—РО₃Н₂) или ацильную

группы и могут  быть описаны формулой Х—Y, где Х  — атом азота, кислорода, серы или  углерода, а Y — атом фосфора или  углерода. Реакционная способность М.с. связана с повышенным сродством к электрону атома Y, что обусловливает высокую свободную энергию гидролиза М.с., составляющую 6—14 ккал/моль.

Важной группой  соединений, в которую входят М.с., являются аденозинфосфорные, или адениловые, кислоты — нуклеозиды, содержащие аденин, рибозу и остатки фосфорной кислоты (см. рис.).

Наиболее значительное из них — аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат, АТФ).

АТФ представляет собой  аденозинфосфорную кислоту, содержащую 3 остатка фосфорной кислоты (или фосфатных остатка), служит универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в живых клетках, кофермент многих ферментов (см.Коферменты). АТФ не единственное биологически активное соединение, содержащее пирофосфатные связи. Некоторые фосфорилированные соединения по количеству энергии, заключенной в таких связях, не отличаются от АТФ. Однако дифосфаты таких соединений не могут заменить аденозиндифосфорную кислоту в тех процессах, которые ведут к синтезу АТФ, а их трифосфаты не могут заменить АТФ в последующих процессах энергетического обмена, в которых АТФ используется как донор энергии, необходимой для протекания биосинтетических реакций. Возможно, что такая высокая степень специфичности отражает не столько уникальность АТФ, сколько уникальные особенности биохимических процессов, приспособленных исключительно к АТФ.

В отдельных биосинтетических реакциях непосредственным источником энергии служат не АТФ, а некоторые другие трифосфонуклеотиды. Однако их нельзя считать первичным источником энергии, поскольку сами они образуются в результате переноса фосфатной или пирофосфатной группы от АТФ. Это справедливо и для вещества другого типа, приспособленного для запасания энергии, — креатинфосфата (см. Креатинин).Макроэргическими в молекуле АТФ являются две пирофосфатные связи: между α- и β- и между β- и γ-фосфатными остатками. При гидролизе концевой пирофосфатной связи освобождается 8,4 ккал/моль (при рН 7,0, температуре 37°, избытке ионов Mg²⁺ и концентрации АТФ, равной 1 М). Все процессы в организме, сопровождающиеся накоплением энергии, в конечном счете ведут к образованию АТФ, который выполняет роль связующего звена между процессами, протекающими с потреблением энергии, и процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии.