Растительная клетка, ее строение
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Безусловные рефлексы постоянно возникают при действии соответствующих раздражителей на определенные рецепторные поля. Они являются врожденными, наследственными, видовыми, всегда возникают при определенных условиях и сохраняются в течение всей жизни организма. К ним относятся ориентировочный, оборонительный и др. рефлексы. Инстинкт - цепь последовательно осуществляемых рефлекторных актов. Условные рефлексы позволяют приспособиться к еще не наступившему событию. Для их образования необходимы следующие условия: неоднократное совпадение во времени действия двух раздражителей — безразличного сигнального, или условного (свет, звук и др.), и безусловного, т. е. вызывающего безусловный рефлекс (наличие потребности в пище, воде, безопасности и т.д.). Условный раздражитель должен несколько предшествовать безусловному раздражителю, т. е. сигнализировать о нем. При образовании условного рефлекса возникает временная связь между центрами анализатора условного раздражителя и центром безусловного рефлекса. Условный рефлекс Павлов назвал временной связью, потому что этот рефлекс появляется только в то время, пока действуют условия, при которых он сформировался. Условные рефлексы являются основой навыков, привычек, обучения, воспитания, развития речи и мышления у ребенка, трудовой, общественной и творческой деятельности. Наряду с возбуждением в коре возникает и торможение, т.е. задержка одних реакций для осуществления других. В процессе адаптации человека и животных к внешней среде изменяется их поведение, следовательно, образуются новые и затормаживаются прежние условные рефлексы. Благодаря внутреннему торможению биологически нецелесообразных реакций организма, возможна выработка новых условных рефлексов. У человека и у животных механизмы образования условных рефлексов одинаковы. Однако человек резко отличается по своему поведению от животных благодаря особым механизмам нервной деятельности, к которым относятся речь, память, сознание, отвлеченное мышление. Речь является средством общения, между людьми в процессе труда, социальной, духовной, личной жизни: Возникновение и развитие речевой деятельности, слова, языка привело к дальнейшему развитию высшей мереной деятельности, к обогащению ее опытом предыдущих поколений. Специфической особенностью высшей нервной деятельности человека является наличие у него двух систем сигнальных раздражителей: одна система раздражителей, как и у животных, состоит из непосредственных воздействий факторов внешней и внутренней среды организма. Другая состоит из слов, обозначающих воздействия этих факторов. И.П. Павлов соответственно назвал их первой и второй сигнальными системами. Слово стало для человека сигналом первичных, действующих через органы чувств раздражителей — сигналом сигналов. В словах обобщаются конкретные для данного предмета и общие свойства предметов; происходит отвлечение от конкретных предметов и, следовательно, создаются возможности для отвлеченного абстрактного мышления. Это значительно расширяет возможности приспособлениям окружающей среде. Сон: И.П. Павлов полагал, что сон - это торможение основных отделов коры - больших полушарий, благодаря которому происходит восстановление работоспособности нейронов. Исследования последних лет показали, что сон - это не только отдых мозга, но и активная перестройка его работы, необходимая для упорядочивания полученной в период бодрствования информации. Ритм сна и бодрствования связан со сменой дня и ночи. Он является таким же естественным состоянием человека, как периодически наступающий голод, жажда и другие потребности. Невозможно выспаться впрок, так же как невозможно напиться и наесться на длительное время. Сон дает наиболее полный отдых центральной нервной системе. Грудные дети спят 20-22 ч, школьники - 9-11 ч, взрослые люди - 7- 8 ч. При недосыпании человек теряет работоспособность. Сон состоит из 4-5 циклов, сменяющих друг друга, фазы медленного сна и фазы быстрого сна. Общие биологические закономерности Органический мир изменчив и непрерывно развивается со времени его возникновения в силу естественных материальных причин. Существуют следующие уровни организации живой материи на Земле: * Молекулярно-генетический - с этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. * Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей размножения и развития всех живых организмов. * Тканевый. Ткань - это совокупность клеток, сходных по строению и происхождению и объединенных выполнением общей функции. * Органный. Орган - это структурное объединение нескольких тканей для совместного выполнения функций. * Организменный. Организм - это целостная, многоклеточная, живая система, способная к самостоятельному существованию, образованная совокупностью органов и тканей, специализированных в выполнении различных функций. Она подчинена гуморальной и нервной регуляциям. * Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания, создающая популяцию, как систему надорганизменного порядка, в которой осуществляются элементарные эволюционные преобразования. * Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность взаимосвязанных популяций разных видов со всеми факторами конкретной среды их обитания. По цепям питания биогеоценозов осуществляется перенос веществ и энергии * Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на Земле. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Каждый организм связан с окружающей его средой, и между ними непрерывно идет обмен веществами и энергией. Все живые организмы - саморегулирующиеся системы. Основные положения клеточной теории, ее значение Все живые организмы состоят из клеток. Клетка - элементарная единица строения, функционирования и развития живых организмов. Существуют неклеточные формы жизни - вирусы, однако они проявляют свои свойства только в клетках живых организмов. Клеточные формы делятся на прокариот и эукариот. Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р. Гуку, который, просматривая под микроскопом тонкий срез пробки, увидел структуры, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками. Позже одноклеточные организмы исследовал голландский ученый Антони ван Левенгук. Клеточную теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн в 1839 г. Современная клеточная теория существенно дополнена Р. Биржевым и др. Основные положения современной клеточной теории: * клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению; * клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; * размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; * в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям. Эти положения доказывают единство происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Благодаря клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клетка - самая мелкая единица организма, граница его делимости, наделенная жизнью и всеми основными признаками организма. Как элементарная живая система, она лежит в основе строения и развития всех живых организмов. На уровне клетки проявляются такие свойства жизни, как способность к обмену веществ и энергии, авторегуляция, размножение, рост и развитие, раздражимость. Химический состав клеток Клетка состоит из тех же химических элементов, что и неживая природа: в ней присутствует большинство элементов периодической системы Менделеева. В клетках живых организмов особенно велико содержание четырех элементов - кислорода (О), углерода (С), водорода (Н), азота (N), называемых макроэлементами. В сумме они составляют около 98% всего содержимого клетки. Вместе с серой и фосфором эти элементы входят в состав биополимеров - белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Микроэлементы: сера (S), фосфор (Р), калий (К), натрий (Ма), кальций (Са), магний (Мд), железо (Fe), хлор (CI), в сумме составляют около 1,9% содержимого клетки. Ультрамикроэлементы: цинк (Zn), медь (Си), иод (J), фтор (F) и др., составляют менее 0,1% содержимого клетки. Все элементы играют в клетке важную роль и необходимы в строго определенном количестве, их недостаток или избыток приводит к различным нарушениям обмена в организме. Органические вещества клетки: Белки - это макромолекулы, или биополимеры. Мономерами белков живых клеток являются 20 разных аминокислот. Между карбоксильной группой СООН (кислая) и аминной группой Н - N - Н (основная) двух соседних аминокислот формируется пептидная (ковалентная) связь. Различные комбинации аминокислот в белковых молекулах придают белкам специфичность. Последовательное соединение аминокислот в белке образует его первичную структуру - полипептид. В большинстве случаев полипептид закручивается в спираль - вторичную структуру белка. Функции белков: 1. Строительная: белки входят в состав клеточных структур. 2. Транспортная: способность белков связывать и переносить с током крови многие химические соединения (например, транспорт гемоглобином кислорода). 3. Рецепторная функция: обеспечивает взаимодействие клеток между собой, а также различными макромолекулами белков к обратимому изменению структуры в ответ на действие физических и химических факторов лежит в основе раздражимости. 4. Сократительная функция обеспечивается особыми сократительными белками, благодаря которым происходит движение жгутиков, ресничек, сокращение мышц и т.п. 5. Энергетическая функция: белки - это запасной источник энергии. 6. Каталитическая функция: белки-ферменты ускоряют химические реакции. 7. Защитная функция: белки-антитела (иммуноглобулины) обезвреживают антигены (инородные вещества), вызывающие заболевания организма. 8. Регуляторная функция обеспечивается белками-гормонами, которые регулируют обмен веществ. Углеводы делятся на простые - моносахариды (рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза и др.) и сложные - дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др.). Функции углеводов: входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ, являются универсальным источником энергии в организме, участвуют в обезвреживании и выведении из организма ядовитых веществ, полисахариды играют роль запасных продуктов. Липиды - это нейтральные жиры, воска, фосфолипиды и стероидные гормоны. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, эфире, бензоле и др.). В их состав, как правило, входят глицерин и жирные кислоты. Функции липидов: используются как запасной источник энергии; входят в состав клеточных мембран; выполняют защитные функции (теплоизоляция). Нуклеиновые кислоты - это молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты). ДНК - биополимер, ее мономеры - нуклеотиды состоят из азотистого основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин), моносахарида (дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. Сама молекула ДНК - это 2 закрученные в спираль полинуклеотидные цепи, объединенные между собой водородными связями. Функция ДНК: запись, хранение и воспроизведение наследственной информации. Рибонуклеиновая кислота (РНК) одноцепочечный биополимер, состоящий из нуклеотидов, в которых азотистое основание тимин заменено урацилом, а углевод дезоксирибоза — рибозой. Различают 3 вида РНК: 1. Информационную (и-РНК), 2. Транспортную (т-РНК) и 3. Рибосомальную (р-РНК). Функции РНК: участие в воспроизведении наследственной информации (в синтезе белка). Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)- мононуклеотид, состоящий из рибозы, аденина и трех остатков фосфорной кислоты. Функция: АТФ - универсальный источник энергии в клетке. Обмен веществ и превращение энергии в клетке Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех уровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно меняющихся условиях существования. В клетке протекают одновременно два процесса - это пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (фатаболизм или диссимиляция). Пластический обмен - это совокупность реакций биосинтеза, или создание сложных молекул из простых. В клетке постоянно синтезируются белки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов, нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Эти реакции идут с затратами энергии. Используемая энергия освобождается в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления сложных органических соединений до более простых молекул. Часть энергии, высвобождаемой при этом, идет на синтез богатых энергетическими связями молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме и митохондриях с участием кислорода. Реакции ассимиляции и диссимиляции тесно связаны между собой и внешней средой. Из внешней среды организм получает питательные вещества. Во внешнюю среду выделяются отработанные вещества. Ферменты (энзимы) - это специфические белки, биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в клетке. Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Фермент катализирует только одну реакцию или действует только на один тип связи. Этим обеспечивается тонкая регуляция всех жизненно важных процессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и т.д.), протекающих в клетке или организме. В молекуле каждого фермента имеется участок, осуществляющий контакт между молекулами фермента и специфического вещества (субстрата). Активным центром фермента выступает функциональная группа (например, ОН - группа серина) или отдельная аминокислота. Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов: температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т.д. Этапы энергетического обмена: 1. Подготовительный - происходит в цитоплазме клеток. Под действием ферментов полисахариды расщепляются на моносахариды (глюкоза, фруктоза и Др.), жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. При этом выделяется небольшое количество энергии, которое рассеивается в виде тепла. 2. Бескислородный (анаэробное дыхание или гликолиз) — многоступенчатое расщепление глюкозы без участия кислорода. Его называют брожением. В мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н6О3). В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ. Суммарное уравнение этого этапа: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АDФ -> 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О У дрожжевых грибков молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение). У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и др. При распаде одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ, в связях которой сохраняется 40% энергии, остальная энергия рассеивается в виде тепла. Кислородное дыхание - этап аэробного дыхания или кислородного, расщепления, который проходит на складках внутренней мембраны митоходрий - кристах. На этом этапе вещества предыдущего этапа расщепляются до конечных продуктов распада - воды и углекислого газа. В результате расщепления двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Основное условие нормального течения кислородного расщепления - целостность митохондриальных мембран. Кислородное дыхание — основной этап в обеспечении клетки кислородом. Он в 20 раз эффективнее бескислородного этапа. Суммарное уравнение кислородного расщепления: 2С3Н603 + 602 + 36H3PО4 + 36АДФ -> 6CO2 + 38Н2О + 36АТФ По способу получения энергии все организмы делятся на две группу - автотрофные и гетеротрофные. Энергетический обмен в аэробных клетках растений, грибов и животных протекает одинаково. Это свидетельствует об их родстве. Количество митохондрий в клетках тканей различно, оно зависит от функциональной активности клеток. Например, много митохондрий в клетках мышц. Фотосинтез Пластический обмен в клетках растений осуществляется в ходе фотосинтеза. Фотосинтез - это процесс образования органических соединений из неорганических веществ с использованием энергии солнечного света. Его биологическое значение заключается в обеспечении живых организмов Земли органическими веществами, обогащении атмосферы Земли кислородом. Процесс фотосинтеза протекает в хлоропластах, они имеют две мембраны. Внутренняя мембрана хлоропласта образует выпячивания - тилакоиды, которые складываются в стопки-граны. В мембрану гран встроены молекулы хлорофилла и ферментов, контролирующих реакции фотосинтеза. Фотосинтез - это сложный многоступенчатый процесс. В нем различают световую и темновую фазы. Световая фаза фотосинтеза начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Фотон, попав в молекулу хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние: ее электроны перескакивают на высшие орбиты. Один из таких электронов переходит на молекулу-переносчика, она уносит его на другую сторону мембраны тилакоида. Молекулы хлорофилла восстанавливают потерю электрона, отбирая его от молекулы воды. В результате потери электронов молекулы воды разлагаются на протоны и ионы гидроксила (фотолиз). Н2О --> Н++ОН |