Учебные материалы.. первая помощь в учебе... Гетеротрофное питание реферат

Гетеротрофное питание — реферат

                               Российский Государственный Аграрный Университет

                  Московская Сельско-Хозяйственная Академия им. К.А. Тимирязева

                                        Кафедра Биологии     

                                                Реферат

                             "Гетеротрофные организмы"       

                                                                                Исполнитель: студентка 105 группы 

                                                                         Агрономического факультета

                                                                         Семенова Диана Семеновна

                                                                         Оценка:

                                                                         Подпись:     

                                        Москва 2011 год

                                       Содержание 

1)Гетеротрофные организмы……………….………………………………..

2) Фотосинтез…………………………………………………………………………..

3) Хемосинтез………………………………………………………………………….

4) Биосинтез белков………………………………………………………………..

2)Окисление органических  веществ  для энергетического  обеспечения жизнедеятельности………………………………………..………………………

3)Дыхание……...………….…………………………………………………………...

4)Заключение……………………………………………………………...………….

5) список литературы………………………………………………………………                 

                                            Гетеротрофные организмы.

  Гетеротрофные организмы, гетеротрофы, организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения (в отличие от автотрофных организмов, способных первично синтезировать необходимые им органические вещества из неорганических соединений углерода, азота, серы и др.). К Г. о. относятся все животные и человек, а также некоторые растения (грибы, многие паразиты и сапрофиты покрытосеменных растений) и микроорганизмы. Однако разделение растений и микроорганизмов на гетеротрофные и автотрофные, несмотря на принципиальное различие в типе их обмена веществ, довольно условно. Даже типичные автотрофы — фотосинтезирующие зелёные растения — могут усваивать некоторое количество органических веществ из почвы через корни, но их рост и развитие лучше протекают на минеральных источниках азота. Некоторые зелёные растения, обладая способностью кфотосинтезу, являются в то же время насекомоядными (росянка, пузырчатка и др.), т. е. используют в основном органический азот, а их углеродное питание осуществляется фотосинтетически. Некоторые автотрофы нуждаются в присутствии в среде витаминоподобных веществ, необходимых для автотрофного синтеза, и т.д. В 1921 русский учёный А. Ф. Лебедев показал, а в 1933 с помощью изотопного метода американские учёные Г. Вуд и Ч. Веркман подтвердили, что даже ярко выраженные Г. о. (некоторые бактерии, грибы и др.) способны усваивать углерод CO2. Гетеротрофный синтез обеспечивает незначительное накопление органического вещества (до 10% всего углерода организма). Возможность усвоения CO2 клеткой, не содержащей зелёного (или иного) пигмента, имеет принципиальное значение для понимания эволюции хемосинтеза и фотосинтеза, Выявлена способность и животных тканей использовать CO2. В связи с этим возникла тенденция к дифференциации организмов на автотрофы и гетеротрофы не по типу углеродного питания, а по характеру источника жизненно необходимой энергии. В соответствии с этим к Г. о. относят организмы, для которых источником углерода служит окисление сложных органических соединений — углеводородов жиров, белков: к фотоавтотрофам — организмы, осуществляющие фотохимические реакции; к хемоавтотрофам — организмы, для которых источником энергии являются реакции окисления неорганических веществ Строго Г о — животные и человек, использующие органические соединения для покрытия энергетического расхода построения и возобновления тканей тела и регуляции жизненных функций. Такие Г. о. различают по потребности в тех или иных органических соединениях (что зависит от степени их участия в обмене веществ организмов), а также по возможности синтезирования этих соединении самими организмами. К числу необходимых, но несинтезируемых Г. о. веществ относятся т. н. незаменимые аминокислоты, витамины и близкие к ним соединения Осуществляя разложение и минерализацию сложных органических веществ, Г. о. играют важную роль в круговороте веществ в природе. 

                                                           Фотосинтез.

     Синтез  органических соединений из простых,  бедных энергией веществ нуждается  в притоке энергии извне. Зеленые  растения используют для этой  цели световую энергию Солнца. Растительные клетки обладают  специальным механизмом, позволяющим  им преобразовывать световую  энергию в энергию химических  связей. Этот процесс называется  фотосинтезом.

Процесс фотосинтеза  выражается следующим суммарным  уравнением:

6СО2 + 6Н2О=C6h22O6+6О2

    В ходе  этого процесса вещества, бедные  энергией (СО2 и Н2О), переходят в  углевод -- сложное богатое энергией  органическое вещество. В результате  фотосинтеза выделяется также  молекулярный кислород.

     Суммарное  уравнение фотосинтеза не дает  представления о его механизме.  Это сложный, многоступенчатый  процесс. Центральная роль в  нем принадлежит хлорофиллу -- органическому  веществу зеленого цвета. В  зеленых листьях содержится примерно 1% хлорофилла от сухого веса. Хлорофилл  растворяется в спирте, и его  можно извлечь настаиванием листьев  в спирте. Раствор хлорофилла  имеет зеленый цвет и флуоресцирует.  Флуоресценция хлорофилла в растворе  объясняется тем, что электроны  в молекуле хлорофилла поглощают  световую энергию, в результате  они покидают орбиту, соответствующую  их исходному состоянию, и перескакивают  на высшую орбиту, соответствующую  их «возбужденному» состоянию.  Затем электроны возвращаются  обратно на свою первоначальную  орбиту, и при этом переходе  они отдают поглощенную ими  энергию в виде света флуоресценции.  Хлорофилл в растворе не способен  запасать энергию света. Другая  картина наблюдается s клетке, где  молекулы хлорофилла встроены  в структуру хлоропласта и  находятся в соединении с молекулами  ферментов, липоидов и других  веществ. Хлорофилл в зеленом  листе при освещении не флуоресцирует.  Поглощенная хлорофиллом энергия  света здесь не рассеивается, а преобразуется в энергию  химических связей.

     Процесс  фотосинтеза начинается с освещения  хлоропласта видимым светом. Фотон  «ударяет» в электрон молекулы  хлорофилла, сообщает ему энергию,  и электрон переходит в «возбужденное»  состояние: он покидает основную  орбиту и перескакивает на  высшую орбиту. После этого он  сразу же падает обратно. При  этом избыточная энергия электрона  частично переходит в тепло  (около 25%), а большей частью  передается соединениям, находящимся  в клетке, вызывая их превращения.

     Часть  «падающих» электронов захватывается  ионами водорода. В клетке всегда  имеется некоторое количество  Н+ и ОН -ионов, так как в  водном растворе часть молекул  воды находится в диссоциированном  состоянии:

Н2О = Н++ОН- (1)

Ион водорода присоединяет электрон и превращается в атом водорода:

Н++ е = Н (2)

Ион гидроксила, оставшийся без своего противоиона, немедленно же передает свой электрон другим молекулам  или ионам и превращается в  свободный радикал ОН:

ОН-= е + ОН (3)

     Свободные  атомы водорода и ОН -радикалы  в химическом отношении весьма  активны. Атомы водорода присоединяются  к органическому веществу, имеющему  сложную структуру и соответственно  довольно громоздкое название: никотинамидди-нуклеотидфосфат  (сокращенно НАДФ). НАДФ всегда  содержится в клетке; присоединив  водород, он переходит в восстановленную  форму:

НАДФ + 2Н = НАД ФxН2 (4)

Свободные ОН -радикалы взаимодействуют друг с другом, причем образуется молекулярный кислород, выделяющийся в атмосферу, и вода:

4ОН = О2 + 2Н< ........... sub>2О  (5)

Просуммировав реакции 1, 2, 3 и 5, получим:

2Н2О = О2 + 4Н (6)

Таким образом, молекулярный кислород, образующийся при фотосинтезе, возникает в результате разложения (фотолиза) воды. Это не ферментативный процесс. По своему механизму фотолиз  воды сходен с электролизом воды. Вспомните, что при пропускании электрического тока через водный раствор ионы водорода получают электроны от катода и превращаются в атомы водорода (если бы в растворе находился НАДФ, он присоединил бы эти атомы водорода и перешел  в НАДФхН2), а ОН -ионы, отдав электроны  аноду, превращаются в свободные  ОН -радикалы, из которых образуется молекулярный кислород и вода.

     Энергия  другой части «падающих» электронов, а также электронов, отделяющихся  от ионов гидроксила и обладающих  еще некоторым запасом энергии,  преобразуется в энергию макроэргической  фосфатной связи: из АДФ (всегда  присутствующей в клетке) и неорганического  фосфата (Ф) синтезируется АТФ:

АДФ + Ф=АТФ

Таким образом, избыточная энергия возбужденных электронов при  переходе их в исходное состояние  порождает три процесса:

1)Фотолиз воды  с образованием молекулярного  кислорода.

2)Восстановление  НАДФ с образованием НАДФxН2.

3)Синтез АТФ.

Эти реакции идут только на свету. Их осуществление является непосредственным результатом поглощения хлорофиллом лучистой энергии. Поэтому  данная стадия фотосинтеза называется световой фазой. Дальнейшие синтетические  процессы фотосинтеза протекают  как на свету, так и в темноте. Поэтому комплекс этих реакций называется темновой фазой.

     Темновая  фаза фотосинтеза представляет  собой ряд последовательных ферментативных  реакций. В осуществлении этих  реакций принимают участие синтезированные  в световую фазу АТФ и НАДФxН2. Центральное место среди реакций  темновой фазы занимает реакция  связывания углекислоты: СО2 диффундирует  в лист из атмосферы и включается  в состав одного из промежуточных  соединений. В конечном итоге  образуются углеводы -- сначала моносахариды, затем ди- и полисахариды. 

     Итак, в световую фазу фотосинтеза  световая энергия Солнца преобразуется  в энергию химических связей  НАДФxНг и АТФ. В темповую  фазу энергия этих веществ  (НАДФxН2 и АТФ) расходуется  на синтез углеводов.

     Процесс  фотосинтеза представляет основной  механизм, при помощи которого  зеленые растения производят  органические вещества. Все вещества  растения, любая его «урожайная»  часть -- плоды, семена, корнеплоды, древесина и т. д. -- образуются  из веществ, порожденных в результате  фотосинтетической активности его  клеток. Продуктивность фотосинтеза  составляет примерно 1 г органических  веществ на 1 мг площади листьев  в 1 час. Таким образом, при  прочих равных условиях урожай  тем выше, чем больше поверхность  листьев выросших растений и  чем дольше они функционируют  как фотосинтетические системы.  В изучение роли света и  хлорофилла в процессе усвоения  СО2 при фотосинтезе большой вклад  внес крупнейший русский ученый  К. А. Тимирязев. Тимирязеву  принадлежат и непревзойденные  работы по популяризации знаний  по фотосинтезу, о котором он  писал так: «Это процесс, от  которого в конечной инстанции  зависят все проявления жизни  на нашей планете». Это вполне  обоснованное утверждение, так  как фотосинтез не только основной  поставщик органических соединений, но и единственный источник  свободного кислорода на Земле.

      Растительные  клетки, как и все другие клетки, постоянно дышат, т. е. поглощают  кислород и выделяют СО2. Днем  же наряду с дыханием с помощью  хлорофилл содержащего механизма  растительные клетки преобразуют  световую энергию в химическую: они синтезируют органические  вещества. При этом в качестве  побочного продукта реакции выделяется  молекулярный кислород. Количество  кислорода, выделяемого растительной  клеткой в процессе фотосинтеза,  в 20--30 раз больше, чем поглощение  его в одновременно идущем  процессе дыхания. Понятно поэтому,  что днем, когда растения и  дышат, и фотосинтезируют, они  обогащают воздух кислородом, а  ночью, когда фотосинтез прекращается, они только дышат, т. е. поглощают  кислород и выделяют углекислоту.

freepapers.ru

Гетеротрофные организмы | Биология. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Биосфера образует на Земле как бы тонкую пленку жизни, полу­чающую энергию благодаря солнечному свету. Ее живая часть образована автотрофными организмами (их больше) и гетеро­трофными организмами (их меньше). Их взаимоотношения в биосфере напоминают взаимоотношения водорослей и грибов в лишайнике. Автотрофные организмы, используя энергию солнеч­ного света, все время создают из простых неорганических веществ сложные органические вещества, а гетеротрофные организмы этими веществами питаются и в процессе своего обмена веществ разлагают их до исходных (простых неорга­нических) веществ, необходимых автотрофным организмам для нового фотосинтеза. В результате круговороты всех не­обходимых веществ в биосфере замкнуты, и биосфера не нуж­дается в постоянном притоке извне ничего, кроме солнечного света. Благодаря такому устройству она не истощает окру­жающую среду и существует на Земле не один миллиард лет.

Биосфера — это вся живая природа Земли вместе с той частью неживой природы, которая вовлечена в деятель­ность живых организмов и как-то ими используется.

Основную часть созданных в биосфере органических веществ гетеротрофные организмы (в первую очередь бак­терии и грибы, а помимо них животные) разлагают после того, как создавшие их организмы отомрут. Виды, занятые переработкой мертвого органического вещества, в экологии называют разлагателями (или редуцентами). Но около 1/10 части органических веществ гетеротрофы разрушают в жи­вом виде. Например, гриб в лишайнике избыточную часть водорослей умерщвляет и перерабатывает. Виды жи­вых организмов, разрушающие органические вещества, по­едая их создателей в живом состоянии, экологи называют потребителями (или консументами). В основном это жи­вотные.

По объему потребляемого и перерабатываемого органи­ческого вещества первое место занимают бактерии и грибы (рис. 1), а второе место — животные, причем почти поло­вина работы приходится на одноклеточных животных.

Рис. 1. Устройство гетеротрофной части биосферы

Гетеротрофная часть биосферы образована бактериями, грибами и животными — одноклеточными и многоклеточными. Все они потребляют и разлагают органические вещества, постоянно со­здаваемые автотрофной частью биосферы. Функция гетеротрофных ор­ганизмов — довести разлагаемые вещества до такого состояния, чтобы автотрофные растения могли их снова усвоить и употребить в новый цикл синтеза органических веществ.

Суммарное потребление вещества гетеротрофами равно синтезу вещества автотрофами.

На рисунке 1 доля вещества, перерабатываемого каждой группой организмов, приблизительно соответствует размеру занятого ими прямоугольника. Первый прямоуголь­ник соответствует доле вещества, потребляемой микроскопически малыми организмами; второй — мелкими организмами и третий — крупными. Вы видите, что основная часть вещества потребляется самыми мелкими ор­ганизмами, то есть они в биосфере главные. Все животные потребляют примерно столько же, сколько бактерии и грибы. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Крупные многоклеточные животные (в основном позвоноч­ные — рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие) перерабатывают, поедая всего лишь 1/25 часть производимого биосферой органического вещества. Таким образом, чем мельче организмы, тем больше их роль в биосфере. Этот принцип сохраняется и среди животных, поедающих сходную пищу, например, растения в любом интервале их размеров (рис. 2). Если подсчитывают поштучно всех животных, обитающих в каком-либо месте, то мелких оказывается во много раз больше, чем крупных.

Рис. 2. Численность животных обратно пропорциональна размерам. Во всех сообществах чем крупнее животные, тем их меньше. В заповеднике подсчитали всех растительноядных зверей. Оказалось, что на одно крупное копытное животное приходится 6 зверей средней величины (зайцев) и 600 мелких (мыши, полевки и прочие грызуны). Размеры животных на рисунке соответствуют их численности

• Тест гетеротрофы

• Гетеротрофы кратко

• Гетеротрофы рисунок

• Доклад по биологии на тему гетеротрофы

• Гетеротрофные организмы доклад

• Какое значение имеют животные в природе?

doklad-referat.ru

Гетеротрофное питание — реферат

                                                    Хемосинтез.

    Кроме  клеток зеленых растений, автотрофность  свойственна также некоторым  бактериям, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они  мобилизуют энергию для синтетических  реакций, принципиально иной, нежели  у растительных клеток. Этот тип  автотрофов был открыт русским  ученым-микробиологом С.Н. Виноградским. Для синтезов бактерии используют  энергию химических реакций. Они  обладают специальным ферментным  аппаратом, позволяющим им преобразовывать  энергию химических реакций, в  частности энергию реакций окисления  неорганических веществ, в химическую  энергию синтезируемых органических  соединений. Этот процесс называется  хемосинтезом.

     Наиболее  известные автотрофы-хемосинтетики  -- нитрифицирующие бактерии. Источником  энергии у одной группы этих  бактерий служит реакция окисления  аммиака в азотистую кислоту;  другая группа нитрифицирующих  бактерий использует энергию,  выделяющуюся при окислении азотистой  кислоты в азотную. Автотрофами-хемосинтетиками  являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию,  выделяющуюся при окислении двухвалентного  железа в трехвалентное, вторые  окисляют сероводород до серной  кислоты. Роль автотрофов-хемосинтетиков  очень велика, особенно нитрифицирующих  бактерий. Они имеют важное значение  для повышения урожайности, так  как в результате их жизнедеятельности  азот, находящийся в виде соединений, недоступных для усвоения растениями, превращается в соли азотной  кислоты, которые хорошо ими  усваиваются.             

                                           Биосинтез белков.

     Любая  живая клетка способна синтезировать  белки, и эта способность представляет  одно из наиболее важных и  характерных ее свойств. С особенной  энергией идет биосинтез белков  в период роста и развития  клеток. В это время активно  синтезируются белки для построения  клеточных органоидов, мембран. Синтезируются  ферменты и белки. Биосинтез  белков идет интенсивно и у  многих взрослых, т. е. закончивших  рост и развитие клеток, например  у клеток пищеварительных желез,  синтезирующих белки-ферменты (пепсин, трипсин) или у клеток желез  с внутренней секрецией, синтезирующих  белки-гормоны (инсулин, тироксин). Способность к синтезу белков  присуща, впрочем, не только  растущим или секреторным клеткам:  любая клетка в течение всей  жизни постоянно синтезирует  белки, так как в ходе нормальной  жизнедеятельности молекулы белков  постепенно изнашиваются, структура  и функции их нарушаются. Такие  пришедшие в негодность молекулы  белков удаляются из клетки. Взамен  синтезируются новые полноценные  молекулы, состав и деятельность  клетки не нарушаются.

     Любая  клетка по внешнему виду и  по свойствам похожа на материнскую.  Так как свойства клетки   зависят от ее белков, то ясно, что клетка способна синтезировать  белки такие же, какие синтезировала  материнская клетка. Следовательно,  способность к синтезу белка  передается по наследству от  клетки к клетке и сохраняется  ею в течение всей жизни.  Вопросы о том, как происходит  синтез столь большой и сложной  молекулы белка, как отбираются  нужные аминокислоты, расставляются  и соединяются в определенном  и строгом порядке, еще сравнительно  недавно представляли неразрешимую  загадку. Эти вопросы в настоящее  время в основном выяснены, и  решение их представляет величайшее  достижение биологии и биохимии XX в.

     Основная  роль в определении структуры  белка принадлежит ДНК. Мы уже  знаем, что молекулы ДНК очень  велики. Их длина в десятки  и сотни раз превышает длину  самых крупных молекул белков: по длине цепочки ДНК можно  было бы уложить одну за  другой десятки, а то и сотни  молекул белков. В настоящее время  установлено, что разные участки  ДНК определяют синтез различных  белков. Одна молекула ДНК участвует  в синтезе нескольких десятков  белков.

Каждый участок  ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка, называется геном. Каждый ген -- участок двойной спирали ДНК, на котором содержится информация о  структуре какого-то одного белка. Чтобы  разобраться в том, каким образом  структура ДНК определяет структуру  белка, приведем такой пример. Многие знают об азбуке Морзе, при помощи которой передают сигналы и телеграммы. По азбуке Морзе все буквы алфавита обозначены сочетаниями коротких и  длинных сигналов -- точками и  тире. Буква А обозначается *--, Б - -и т. д. Собрание условных обозначений  называется кодом или шифром. Азбука Морзе представляет собой пример кода. Получив телеграфную ленту  с точками и тире, знающий код  Морзе легко расшифрует (раскодирует) написанное.

    Макромолекула  ДНК, состоящая из нескольких  тысяч последовательно расположенных  четырех видов нуклеотидов, представляет  собой код, определяющий структуру  белка. Так же как в коде Морзе каждой букве соответствует определенное сочетание точек и тире, так в коде ДНК каждой аминокислоте соответствует определенное сочетание последовательно связанных нуклеотидов.

    Код ДНК.  Код ДНК удалось расшифровать почти полностью. Сущность кода ДНК состоит в следующем. Каждой аминокислоте соответствует участок, цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Например, участок Т--Т--Т соответствует аминокислоте лизину, отрезок А--Ц--А--цистеину, Ц--А--А -- валину и т. д.

Допустим, что в  гене нуклеотиды следуют в таком порядке:

А--Ц--А--Т--Т--Т--А--А--Ц--Ц--А--А-- Г-- Г.

Разбив этот ряд  на тройки (триплеты), мы сразу же расшифруем, какие аминокислоты и в каком  порядке следуют в молекуле белка:

А--Ц--А Т--Т--Т А--А--Ц  Ц--А--А Г--Г--Г

Цистеиц Лизин Лейцин Валин Пролин

В коде Морзе всего  два знака. Для обозначения всех букв, всех цифр и знаков препинания приходится брать на некоторые буквы  или цифры до 5 знаков. В коде ДНК  проще. Разных нуклеотидов 4. Число возможных  комбинаций из 4 элементов по 3 равно 64. Разных же аминокислот всего 20. Таким  образом, различных триплетов нуклеотидов  с избытком хватает для кодирования  всех аминокислот.

     Транскрипция. Установлено, что сами ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимают, ДНК находятся в ядре клетки, а синтез белка происходит в рибосомах -- мельчайших структурах, находящихся в цитоплазме. В ДНК только содержится и хранится информация о структуре белков. Для синтеза белка в рибосомы направляются точные копии этой информации. Это осуществляется с помощью РНК, которые синтезируются на ДНК и точно копируют ее структуру. Последовательность нуклеотидов РНК точно повторяет последовательность нуклеотидов в одной из цепей гена. Таким образом, информация, содержащаяся в структуре данного гена, как бы переписывается на РНК. Этот процесс называется транскрипцией («транскрипциа» -- переписывание, лат.). С каждого гена можно снять любое число копий РНК. Эти РНК, несущие в рибосомы информацию о составе белков, называются информационными (и - РНК). Для того, чтобы понять, каким образом состав и последовательность расположения нуклеотидов в гене могут быть «переписаны» на РНК, вспомним принцип комплементарности, на основании которого построена двуспиральная молекула ДНК. Нуклеотиды одной цепи обусловливают характер противолежащих нуклеотидов другой цепи. Если на одной цепи находится А, то на том же уровне другой цепи стоит Т, а против Г всегда находится Ц. Других комбинаций не бывает. Принцип комплементарности действует и при синтезе информационной РНК. Против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный к нему нуклеотид информационной РНК. Таким образом, против Гднк встает Црнк против Цднк -- Грнк, против Аднк -- Урнк, против Тднк -- Арнк. В результате образующаяся цепочка РНК по составу и последовательности своих нуклеотидов представляет собой точную копию состава и последовательности нуклеотидов одной из цепей ДНК. Молекулы информационной РНК направляются к месту, где происходит синтез белка, т. е. к рибосомам. Туда же идет из цитоплазмы поток материала, из которого строится белок, т. е. аминокислоты. В цитоплазме клеток всегда имеются аминокислоты, образующиеся в результате расщепления белков пищи. Способность представляет одно из наиболее важных и характерных ее свойств. С особенной энергией идет биосинтез белков в период роста и развития клеток. В это время активно синтезируются белки для построения клеточных органоидов, мембран. Синтезируются ферменты и белки. Биосинтез белков идет интенсивно и у многих взрослых, т. е. закончивших рост и развитие клеток, например у клеток пищеварительных желез, синтезирующих белки-ферменты (пепсин, трипсин) или у клеток желез с внутренней секрецией, синтезирующих белки-гормоны (инсулин, тироксин). Способность к синтезу белков присуща, впрочем, не только растущим или секреторным клеткам: любая клетка в течение всей жизни постоянно синтезирует белки, так как в ходе нормальной жизнедеятельности молекулы белков постепенно изнашиваются, структура и функции их нарушаются. Такие пришедшие в негодность молекулы белков удаляются из клетки. Взамен синтезируются новые полноценные молекулы, состав и деятельность клетки не нарушаются. Любая клетка по внешнему виду и по свойствам похожа на материнскую. Так как свойства клетки зависят от ее белков, то ясно, что клетка способна синтезировать белки такие же, какие синтезировала материнская клетка. Следовательно, способность к синтезу белка передается по наследству от клетки к клетке и сохраняется ею в течение всей жизни. Вопросы о том, как происходит синтез столь большой и сложной молекулы белка, как отбираются нужные аминокислоты, расставляются и соединяются в определенном и строгом порядке, еще сравнительно недавно представляли неразрешимую загадку. Эти вопросы в настоящее время в основном выяснены, и решение их представляет величайшее достижение биологии и биохимии XX в. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК. Мы уже знаем, что молекулы ДНК очень велики. Их длина в десятки и сотни раз превышает длину самых крупных молекул белков: по длине цепочки ДНК можно было бы уложить одну за другой десятки, а то и сотни молекул белков. В настоящее время установлено, что разные участки ДНК определяют синтез различных белков. Одна молекула ДНК участвует в синтезе нескольких десятков белков. Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка, называется геном. Каждый ген -- участок двойной спирали ДНК, на котором содержится информация о структуре какого-то одного белка. Чтобы разобраться в том, каким образом структура ДНК определяет структуру белка, приведем такой пример. Многие знают об азбуке Морзе, при помощи которой передают сигналы и телеграммы. По азбуке Морзе все буквы алфавита обозначены сочетаниями коротких и длинных сигналов -- точками и тире. Буква А обозначается *--, Б - -и т. д. Собрание условных обозначений называется кодом или шифром. Азбука Морзе представляет собой пример кода. Получив телеграфную ленту с точками и тире, знающий код Морзе легко расшифрует (раскодирует) написанное. Макромолекула ДНК, состоящая из нескольких тысяч последовательно расположенных четырех видов нуклеотидов, представляет собой код, определяющий структуру белка. Так же как в коде Морзе каждой букве соответствует определенное сочетание точек и тире, так в коде ДНК каждой аминокислоте соответствует определенное сочетание последовательно связанных нуклеотидов.

    Транспортные РНК. Аминокислоты попадают в рибосому не самостоятельно, а в сопровождении особых молекул РНК, специально приспособленных для транспорта аминокислот к рибосомам. Они так и называются: транспортные РНК (т - РНК). Транспортные РНК -- это сравнительно короткие цепочки, состоящие всего из нескольких десятков нуклеотидов. На одном конце их молекулы имеется структура, к которой может присоединиться аминокислота. На другом конце транспортной РНК находится триплет нуклеотидов, который соответствует по коду данной аминокислоте. Например, молекула транспортной РНК для аминокислоты лизина на одном конце имеет «площадку» для «посадки» лизина, а на другом конце -- триплет нуклеотидов: У--У--У. Так как существует не менее 20 различных аминокислот, то, очевидно, существует не менее 20 различных транспортных РНК. На каждую аминокислоту имеется своя транспортная РНК. Реакция матричного синтеза. Для изучавшего неорганическую и органическую химию привычны, реакции, протекающие в растворах, в которых молекулы веществ находятся в хаотическом движении. Реакции в таких системах осуществляются в результате случайного столкновения молекул. Чем концентрация веществ выше, тем больше вероятность столкновения, тем выше скорость реакции. Напротив, при понижении концентрации веществ вероятность встречи молекул невелика и скорость реакции может быть ничтожной. В живых системах мы встречаемся с новым типом реакций, наподобие описанной выше реакции редупликации ДНК или реакции синтеза РНК. Такие реакции неизвестны в неживой природе. Они называются реакциями матричного синтеза. Термином «матрица» в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул. Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, таких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах. Здесь происходит направленное стягивание мономеров в определенное место клетки -- на молекулы, служащие матрицей, где реакция и осуществляется. Если бы такие реакции происходили путем случайного столкновения молекул, они протекали бы бесконечно медленно. Синтез сложных молекул на основе матричного принципа осуществляется быстро и точно.

     Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот -- ДНК или РНК. Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, -- нуклеотиды или аминокислоты - соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, наперед заданном порядке. Затем происходит «сшивание» мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы. После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что, как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, или медали, или какой-то одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти «сборка» только какого-то одного полимера. Матричный тип реакций -- специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого -- его способности к воспроизведению себе подобного. Кроме живой клетки, матричный тип реакций нигде в природе обнаружен не был.

Трансляция. Информация о структуре белка, записанная в и - РНК в виде последовательности нуклеотидов, переносится далее в виде последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи. Этот процесс называется трансляцией («трансляциа»-- перенесение, перевод, лат.). Для того чтобы разобраться в том, как в рибосомах происходит трансляция, т. е. перевод информации с языка нуклеиновых кислот на язык белков. Рибосомы на рисунке изображены в виде яйцевидных тел, унизывающих и-РНК. Первая рибосома вступает на нитевидную молекулу и-РНК с левого конца и начинает синтез белка. По мере сборки белковой молекулы рибосома ползет по и-РНК (на рисунке слева направо). Когда рибосома продвинется вперед на 50--100 А, с того же конца на и-РНК входит вторая рибосома, которая, как и первая, начинает синтез и движется вслед за первой рибосомой. Затем на и-РНК вступает третья рибосома, четвертая и т. д. Все они выполняют одну и ту же работу: каждая синтезирует один и тот же белок, запрограммированный на данной и-РНК. Чем дальше вправо продвинулась рибосома по и-РНК, тем больший отрезок белковой молекулы «собран». Когда рибосома достигает правого конца и-РНК, синтез окончен и рибосома вместе со своим «изделием» сваливается в окружающую среду. Здесь они расходятся: рибосома -- на любую и-РНК (так как она способна к синтезу любого белка; характер белка зависит от матрицы), белковая молекула -- в эндоплазматическую сеть и по ней перемещается в тот участок клетки, где требуется данный вид белка. Через короткое время заканчивает работу вторая рибосома, затем третья и т. д. А с левого конца и-РНК на нее вступают все новые и новые рибосомы, и синтез белка идет непрерывно. Число рибосом, умещающихся одновременно на молекуле и-РНК, зависит от длины и-РНК. Так, например, на молекуле и-РНК, программирующей синтез белка-гемоглобина, длина которой около 1500 А0, помещается до 5 рибосом (диаметр рибосомы приблизительно 230 А). Группа рибосом, помещающихся одновременно на одной молекуле и-РНК, называется полирибосомой или, сокращенно, полисомой. Теперь остановимся подробнее на механизме работы рибосомы. Рибосома во время своего движения по и-РНК в каждый данный момент находится в контакте с небольшим участком ее молекулы. Возможно, что размер этого участка составляет всего один триплет нуклеотидов. Рибосома передвигается по и-РНК не плавно, а прерывисто, «шажками» -- триплет за триплетом. На некотором, расстоянии от места контакта рибосомы с и-РНК находится пункт «сборки» белка: здесь помещается и работает фермент белок-синтетаза, создающий полипептидную цепь, т. е. образующий пептидные связи между аминокислотами. Сам механизм «сборки» белковой молекулы в рибосомах осуществляется следующим образом. В каждую рибосому, входящую в состав полисомы, т.е. движущуюся по и-РНК, из окружающей среды непрерывным потоком идут молекулы т-РНК с «навешанными» на них аминокислотами. Они проходят, задевая своим кодовым концом место контакта рибосомы с и-РНК, дотрагиваются до триплета нуклеотидов и-РНК, который в данный момент находится в рибосоме. Противоположный конец т-РНК (несущий аминокислоту) оказывается при этом вблизи пункта «сборки» белка. Однако только в том случае, если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным к триплету и-РНК (находящемуся в данный момент в рибосоме), аминокислота, доставленная т-РНК, попадет в состав молекулы белка и отделится от т-РНК. Тотчас же рибосома делает «шаг» вперед по и-РНК на один триплет, а свободная т-РНК выбрасывается из рибосомы в окружающую среду. Здесь она захватывает новую молекулу аминокислоты и несет ее в любую из работающих рибосом. Так постепенно, триплет за триплетом, движется по и-РНК рибосома и растет звено за звеном -- полипептидная цепь. Так работает рибосома -- этот удивительный органоид клетки, который с полным правом называют «молекулярным автоматом» синтеза белка. Мы уже упоминали о синтезе белка, недавно осуществленном химиками в лабораторных условиях. Этот искусственный синтез потребовал огромных усилий, много времени и средств. А в живой клетке синтез одной молекулы белка завершается в 3--4 секунды. Вот пример, насколько совершеннее работает синтетический аппарат живой клетки.

freepapers.ru

Гетеротрофное питание — реферат

     Роль ферментов в биосинтезе белка. Не следует забывать, что ни один шаг в процессе синтеза белка не идет без участия ферментов. Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами. Синтез информационной РНК ведет фермент, который «ползет» вдоль молекулы ДНК от начала гена до его конца и оставляет позади себя готовую молекулу информационной РНК. Ген в этом процессе дает только программу для синтеза, а сам процесс осуществляет фермент. Без участия ферментов не происходит и соединения аминокислот с транспортной РНК. Существуют особые ферменты, обеспечивающие захват и соединение аминокислот с их транспортными РНК. Наконец, в рибосоме в процессе сборки белка работает фермент, сцепляющий аминокислоты между собой.

    Энергетика биосинтеза белка. Еще одной очень важной стороной биосинтеза белка является его энергетика. Мы уже упоминали, что любой синтетический процесс представляет собой эндотермическую реакцию и, следовательно, нуждается в затрате энергии. Биосинтез белка представляет цепь синтетических реакций: 1) синтез и-РНК, 2) соединение аминокислот с т-РНК и 3) «сборку» белка. Все эти реакции требуют энергетических затрат. Энергия для синтеза белка доставляется реакцией расщепления АТФ. Каждое звено биосинтеза всегда сопряжено с распадом 2 АТФ.

   Окисление  органических веществ  для  энергетического обеспечения жизнедеятельности

     Количество энергии, поступающей в организм с пищей, должно обеспечивать подержание равновесного энергетического баланса на фоне неизменной массы тела, физической активности и соответствующих скоростях роста и обновления структур организма. Организм человека получает энергию в виде потенциальной химической энергии питательных веществ. Эта энергия аккумулирована в химических связях молекул жиров, белков и углеводов, которые в процессе катаболизма преобразуются в конечные продукты обмена с более низким содержанием энергии. Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия используется, прежде всего, для синтеза АТФ, которая как универсальный источник энергии необходима в организме для осуществления механической работы, химического синтеза и обновления биологических структур, транспорта веществ, осмотической и электрической работы. Схема процессов превращения энергии в клетке представлена на рис. 12.1.

    Количество  синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстрата зависит от его вида (белка, жира, углевода) и от величины коэффициента фосфорилирования. Этот коэффициент, обозначаемый как Р/О, равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода, потребленный при окислении восстановленных органических соединений в процессе дыхания. При переносе каждой пары электронов по дыхательной цепи от НАД • Н до 02 величина Р/О = 2. Для субстратов, окисляемых НАД • Н2-зависимыми ферментами, Р/О = 1,3. Эти соотношения Р/О отражают энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохондриях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохондрий к местам потребления.

    Таким  образом, одна часть аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологического окисления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту. Эта теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, получила название первичной. Какая часть энергии будет использована на синтез АТФ и будет вновь аккумулирована в ее химических макроэргических связях, зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования. Разобщение дыхания и фосфорилирования под действием гормонов щитовидной железы, ненасыщенных жирных кислот, липопротеидов низкой плотности, динитрофенола ведет к уменьшению коэффициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей, чем в условиях нормального сопряжения дыхания и фосфорилирования, части энергии химических связей окисляемого вещества. При этом снижается коэффициент полезного действия синтеза АТФ, количество синтезированных молекул АТФ уменьшается.

    При полном  окислении 1 г смеси углеводов пищи выделяется 4 ккал тепла. В процессе окисления в организме 1 г углеводов синтезируется 0,13 моля АТФ. Если считать, что энергия пирофосфатной связи в АТФ равна 7 ккал/моль, то при окислении 1 г углеводов лишь 0,91 (0,13 х 7) ккал энергии будет запасено в организме в синтезированной АТФ. Остальные 3,09 ккал будут рассеяны в виде тепла (первичная теплота). Отсюда можно рассчитать коэффициент полезного действия синтеза АТФ и аккумулирования в ней энергии химических связей глюкозы:   к.п.д. = (0,91 : 4,0) х 100 = 22,7 %.

    Из приведенного  расчета видно, что только 22,7 % энергии химических связей глюкозы  в процессе ее биологического  окисления используется на синтез  АТФ и вновь запасается в  виде химической макроэргической  связи, 77,3 % энергии химических связей  глюкозы превращается в первичную  теплоту и рассеивается в тканях.

    Аккумулированная  в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту, получившую название вторичной. В названиях первичная и вторичная теплота отражено представление о двухступенчатости полного превращения всей энергии химических связей питательных веществ в тепло (первая ступень — образование первичной теплоты в процессе биологического окисления, вторая ступень — образование вторичной теплоты в процессе затраты энергии макроэргов на производство различных видов работы). Таким образом, если измерить все количество тепла, образовавшегося в организме за час или сутки, то это тепло станет мерой суммарной энергии химических связей питательных веществ, подвергшихся за время измерения биологическому окислению. По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, произведенных на осуществление процессов жизнедеятельности.

    Основным  источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является биологическое окисление питательных веществ. На это окисление расходуется кислород. Следовательно, измерив количество потребленного организмом кислорода за минуту, час, сутки, можно судить о величине энергозатрат организма за время измерения.

    Между  количеством потребленного за  единицу времени организмом кислорода и количеством образовавшегося в нем за это же время тепла существует связь, выражающаяся через калорический эквивалент кислорода (КЭ02). Под КЭ02 понимают количество тепла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода.            

                                                               Дыхание.

    Первоначально люди называли дыханием просто вдыхание и выдыхание воздуха. Долгое время считали даже, что человек никак не изменяет состав воздуха при дыхании, и вообще вдыхает воздух, только чтобы охладить «перегретые» лёгкие. Чтобы опровергнуть эту точку зрения, английский натуралист Роберт Гук провёл любопытный опыт : предлагал членам Королевского общества дышать воздухом из герметичного пакета, снова и снова вдыхая использованный воздух. Несмотря на свою убеждённость в исключительно «охлаждающей» роли дыхания, почтенные академики вскоре прекращали опыт, жалуясь на «недостаток воздуха».

     Позднее стало известно, что для дыхания живым организмам необходим содержащийся в воздухе кислород. Для чего нужна непрерывная подача кислорода? Чтобы в организме шли процессы «медленного горения» (или, точнее, окисления) и выделялась энергия, необходимая для жизни.

    Дыхание происходит в клетках. Поэтому самый простой тип дыхания — клеточный. Его мы встречаем у простейших водных организмов, например, у инфузории туфельки и амёбы. Растворённый в воде кислород они впитывают прямо из воды, и туда же выводится углекислый газ. Очень сходно, «напрямую» осуществляется дыхание и у некоторых многоклеточных, например, у кишечнополостных (медуз, гидры, полипов) и плоских червей. У более сложных форм клетки, находящиеся далеко от воды, начинают «задыхаться». Появляется непрямое дыхание — дыхание через особые органы. Такие органы должны всегда оставаться влажными, чтобы впитывать кислород: у разных животных это жабры, лёгкие, трахеи. Водные и наземные животные столкнулись с различными проблемами при дыхании. В воздухе кислорода довольно много — 21%. Зато необходимо постоянно поддерживать влажной дыхательную поверхность. В воде дыхательная поверхность пересохнуть не может, зато растворённого кислорода здесь содержится примерно в 40 раз меньше, чем в воздухе. Поэтому, чтобы не погибнуть от удушья, например, живущие на дне морские черви должны непрерывно волнообразно покачиваться. Тогда их тела постоянно омывает свежая вода. У акул жабры извлекают из воды в полтора раза меньше кислорода, чем у костных рыб, и потому они тоже должны, чтобы не задохнуться, постоянно быть в движении. У сухопутных животных, избравших для себя кожный тип дыхания (например, у безлёгочных саламандр, в значительной степени — у других земноводных и у дождевых червей), кожа, постоянно выделяет слизь и влагу. «Иногда, когда дождевой червь пытается переползти через каменистый участок или асфальтированную дорожку в сухую солнечную погоду, — пишут биологи К. Вилли и В. Детье, — его органы, выделяющие слизь, оказываются не в состоянии восполнить потерю влаги в результате испарения; кожа становится сухой, червь задыхается и погибает». Кстати, и человек дышит не только лёгкими, но и кожей, хотя кожное дыхание незначительно (1—2% общего объёма дыхания). У некоторых млекопитающих, например, лошади, кожное дыхание имеет большее значение и его доля может возрастать до 8%. Хотя перейти полностью на кожный тип дыхания, как это могут делать земноводные, звери, конечно, неспособны. У насекомых тело покрыто хитиновым панцирем, и кожное дыхание для них невозможно. Дышат они совершенно особым способом — трахейным. Трахеи насекомых это сеть тончайших разветвленных трубочек, пронизывающих всё их тело. Почти в каждом сегменте тела у насекомых есть пара дыхалец — отверстий, ведущих в систему трахей. Крупные насекомые, двигая мускулами брюшка активно вентилируют свои трахеи. Всё-таки трахейный тип дыхания — не самый совершенный, и чем больше насекомое, тем труднее воздуху поступать в глубину его тела. Это одна из причин, почему размеры насекомых имеют жестко заданный «потолок». Большинство водных животных избрали жаберный тип дыхания. Жабры — это особые разветвленные выросты тела — наружные (как, скажем, у аксолотлей) или внутренние (как у костных рыб или многих ракообразных). Чтобы не задохнуться, таким животным приходится постоянно омывать их свежей водой. Рыбы делают это так: набирают воду в рот, а затем, закрыв рот, выталкивают её через жаберные щели. Жабры густо пронизаны кровеносными сосудами: кровь разносит кислород по всему телу.

  Между прочим, человек тоже может дышать  не только воздухом, но и жидкостью.  В опытах млекопитающие без  вреда для себя часами дышали  жидким перфторуглеродом. Годится  для дыхания и вода — было  бы в ней достаточно кислорода  . Следует отметить, что жабры  рыб оказываются совершенно негодным  органом дыхания на суше: они  быстро слипаются и их общая  площадь уменьшается настолько,  что рыбе, несмотря на избыток  кислорода в атмосфере, начинает  его не хватать.

  Наземные позвоночные  пользуются лёгочным типом дыхания.  Они весьма оригинально решили  уже упомянутую проблему поддержания  дыхательной поверхности влажной.  Просто разместили её внутри  своего тела! В ряду от двоякодышащих  рыб и земноводных вплоть до  млекопитающих внутренняя поверхность  лёгких непрерывно растет. Первоначальный  простой «мешок» дробится на  тысячи обособленных мешочков (альвеол). В результате у человека общая  внутренняя поверхность лёгких  возрастает до 100 кв. м.

  Особого упоминания  заслуживает дыхательная система  птиц. Не удивительно ли, что, часто  взмахивая крыльями в полёте, птица не проявляет никаких  признаков «одышки», не задыхается? Оказывается, в её теле помимо  лёгких есть ещё особые воздушные  мешки. Они не только облегчают  общий вес птицы. В момент  выдоха воздух из этих мешков  поступает в лёгкие. Таким образом  птицы дышат и на вдохе, и  на выдохе.      

                                                  Заключение

     На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающей его природой. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало выражать разнообразные проявления и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невосполнимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - аэрозольные и газообразные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека.

     Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.          

                              Список литературы

1. Азимов А. Краткая  история биологии. М.,1997.

2. Кемп П., Армс  К. Введение в биологию. М.,2000.

3. Либберт Э. Общая  биология. М.,1978 Льоцци М. История  физики. М.,2001.

4. Найдыш В.М. Концепции  современного естествознания. Учебное  пособие. М.,1999.

5. Небел Б. Наука  об окружающей среде. Как устроен  мир. М.,1993.

6. www.google.ru

freepapers.ru

Реферат - Автотрофное питание. Фотосинтез, его значение.

Автотрофное питание, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических, включает фотосинтез и хемосинтез (у некоторых бактерий).

Фотосинтез протекает у растений, цианобактерий. Фотосинтез – это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах овальной формы, содержащих хлорофилл, который определяет окраску зеленых частей растения. У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах, имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты.

Фотосинтез обеспечивает органическим веществом не только растения, но и животных, которые ими питаются. То есть является источником пищи для всего живого на планете.

Выделяющийся при фотосинтезе кислород, поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем в его отсутствие. Что делает использование пищи гораздо более эффективным, привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.

Все это позволяет говорить о планетарной роли фотосинтеза и необходимости охраны лесов, которые называют «легкими нашей планеты».

2. Характеристика царства животных. Роль животных в природе. Среди готовых микропрепаратов простейших найдите эвглену зеленую. Объясните, почему эвглену зеленую ботаники относят к растениям, а зоологи – к животным.

К царству животных относятся гетеротрофные организмы, являющиеся фаготрофами, т.е. поглощающие пищу более или менее крупными частями, «кусочками». В отличие от грибов, которые всасывают питательные вещества в виде растворов (осмотрофы).

Для животных характерна подвижность, хотя некоторые кишечнополостные во взрослом состоянии ведут оседлый образ жизни. Также у большинства животных имеется нервная система, обеспечивающая ответную реакцию на раздражения.

Животные могут быть растительноядными, плотоядными (хищники, падальщики) и всеядными.

В природе животные являются консументами, потребляют готовое органическое вещество и значительно ускоряют круговорот веществ в экосистемах и биосфере в целом. Животные способствуют процветанию многих видов растений, являясь опылителями, распространяя семена, разрыхляя почву, обогащая ее экскрементами. Морским животным, обладающим известковым скелетом, мы обязаны образованием запасов мела, известняка, способствующих постоянной концентрации углекислого газа в атмосфере.

Эвглена зеленая, одноклеточное живое существо, занимает промежуточное положение в систематике, обладая особенностями, присущими разным царствам. Она имеет хлоропласты и на свету питается с помощью фотосинтеза. При наличии в воде растворенных органических веществ, особенно в темноте, она их поглощает, переходя на гетеротрофное питание. Наличие жгутика обеспечивает подвижность, что также роднит ее с животными.

Объясните биологическое значение безусловных и условных рефлексов. Составьте схему рефлекторной дуги (безусловного рефлекса) и объясните, из каких частей она состоит. Приведите примеры безусловных рефлексов человека.

Учение о рефлексах связано с трудами отечественного физиолога Ивана Михайловича Сеченова.

Рефлексом называют ответную реакцию организма на раздражение, осуществляемую при участии нервной системы. Рефлексы бывают безусловные – врожденные и условные – приобретенные в течение жизни.

Безусловные рефлексы обеспечивают выживание организма и вида в постоянных условиях среды и на ранних этапах жизни. К ним относятся защитные (мигание при попадании соринки в глаз), ориентировочные (изучение окружающего мира), пищевые (сосание у детей, выработка слюны). Инстинкты тоже носят врожденный характер, их иногда рассматривают как сложную последовательность безусловных рефлексов. Важнейшим инстинктом является продолжение рода.

Для приспособления к новым условиям служат условные рефлексы. Они образуются при наличии определенных условий и обеспечивают наилучшую ответную реакцию. Примером условного рефлекса является прилет птиц к знакомой кормушке, распознавание съедобного и несъедобного (поначалу птенец клюет все подряд), обучение собаки командам.

Рефлекторная дуга безусловного коленного рефлекса включает:

1. рецептор – окончание чувствительного нейрона,
2. нервные пути, по которым сигнал передается в центральную нервную систему – чувствительный нейрон, который передает сигнал в спинной мозг,
3. исполнительный нейрон в передних корешках спинного мозга, передающий ответную команду,
4. орган, производящий ответную реакцию, — мышца.

Большинство дуг других рефлексов включают дополнительно вставочные нейроны.

www.ronl.ru

Гетеротрофные и автотрофные организмы - Биология

1. АВТОТРОФНЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами. Автотрофные организмы образуют так называемую первичную продукцию - биомассу органического вещества, которая в дальнейшем утилизируется другими организмами. К автотрофам относятся некоторые бактерии и все без исключения виды зеленых растений. Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое «тело» из неорганических соединений. Каскад биохимических реакций, конечным продуктом которых являются белки и другие органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, требует значительных затрат энергии. По способу получения энергии автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофные бактерии используют энергию солнечных лучей при синтезе органических веществ из двуокиси углерода по типу фотосинтеза у растений. Важным компонентом уитоплазмы таких микробов являются пигменты: бактериопурпурин, бактериохлорин и др. Основная функция пигментов - поглощение и аккумуляция энергии солнечного света. Наиболее типичными представителями группы фотоавтотрофов являются цианобактерии, пурпурные и зеленые серные бактерии. Явление хемосинтеза у бактерий было открыто в 1888 г. выдающимся русским микробиологом С. Н. Виноградским (1856-1953), показавшим, что в клетках нитрофицирующих бактерий одновременно могут протекать процессы окисления аммиака в азотную кислоту и двуокиси углерода в различные органические соединения. Такие микроорганизмы стали называть хемоавтотрофами, т. е. получающими энергию в результате химических реакций. Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Единственным источником углерода для хемоавтотрофов служит углекислый газ. К группе хемоавтотрофов относятся бесцветные серные бактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др. Все автотрофные микроорганизмы являются свободноживущими формами и не патогенны для животных и человека. Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО2 воздуха, но и из органических соединений. Такие бактерии получили название миксотрофы (от лат. mixi - смесь, т. е. смешанный тип питания). В зависимости от способа поглощения азота, микроорганизмы могут подразделяться на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавторофы синтезируют белок из минеральных соединений и из воздуха, это в основном почвенные бактерии. У зеленых растений в основе автотрофного типа питания лежит процесс фотосинтеза. Фотосинтез характерен как для высших растений, так и для водорослей, и, как уже упоминалось, фотосинтезирующих бактерий. Но наибольшего совершенства фотосинтез достиг все-таки у зеленых растений. Что же такое фотосинтез? Под фотосинтезом понимают процесс образования необходимых для жизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и всех других организмов, сложных органических соединений из простых веществ за счет энергии света, поглощаемой хлорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами. Начало исследованию фотосинтеза положили работы Дж. Пристли, Ж. Сенебье, Я. Ингенхауза. Дж. Пристли (1733-1804) в 1771 г. показал, что воздух, «испорченный» горением или дыханием, вновь становится пригодным для дыхания под воздействием зеленых растений. Таким образом, было установлено, что зеленые растения способны поглощать углекислый газ (СО2) и выделять кислород (О2). Ж. Сенебье (1742-1809) доказал, что источником углерода для зеленых растений является углекислый газ (СО2), который усваивается ими под влиянием света. Ю. Майер (1814-1878) выдвинул гипотезу, в которой утверждалось, что единственным на Земле аккумулятором солнечной энергии являются растения. Суммарно процесс фотосинтеза логично выразить таким образом:

свет 6СО2 + 6Н2O - C6h22O6 + 6О2

Во второй половине XIX в. великий русский биолог К. А. Тимирязев открыл, что светопоглощающим элементом растительной клетки является хлорофилл. Хлорофилл входит в структуру хлоропластов. В одной растительной клетке содержится от 20 до 100 хлоропластов. Хлоропласты окружены мембраной, которая содержит большое количество мешочков - так называемых тилакоидов. В тилакоидах содержатся фотохимические центры и компоненты, участвующие в транспорте электронов и образовании аденозии трифосфорной кислоты (АТФ). Тимирязевым была также доказана прямая зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза. В 1905 г. появилась гипотеза о том, что фотосинтез может проходить и в темноте. Таким образом, процесс фотосинтеза составляют световая и теневая фазы. Однако биохимические доказательства этого предположения были получены лишь в 1937 г. английским исследователем Хиллом. Изучением световых и теневых реакций подробно занимались немецкий физиолог и биохимик Варбург. Главным итогом данного периода в изучении фотосинтеза является то, что было положено начало представлению о фотосинтезе как об окислительно-восстановительном процессе, где восстановление углекислого газа осуществляется при одновременном окислении донора водорода. В 1941 г. советские ученые А. П. Виноградов установил, что источником выделяющегося при фотосинтезе кислорода является не углекислый газ, а вода. С середины XX в. изучению фотосинтеза способствовало создание новых методов исследования (изотопная технология, спектроскопия, электронная микроскопия и др.), позволивших вскрыть тонкие механизмы этого процесса. Наиболее значимыми в этот период являются работы отечественных ученых А. Н. Теренина, А. А. Красновского. Схематично механизм фотосинтеза растений, водорослей, бактерий можно выразить следующим образом:

образование углеводов:

донор Н2 и источник О2 - вода акцептор Н2 и источник С - СО2

образование аминокислот, белков, пигментов и других соединений:

акцептор Н2 и источник N2 - NO2-4 источник С - SO4-2

Значение фотосинтеза очень огромно. В результате фотосинтеза растительность Земли ежедневно образует более 100 млрд. т органических веществ (около половины приходится на долю растений морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т СО2, и выделяет во внешнюю среду около 145 млрд. т свободного кислорода.

2. ГЕТЕРОТРОФНЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными. К гетеротрофным организмам относятся все животные и человек, а также некоторые паразитические растения и бактерии. Разделение организмов по типу питания на автотрофные и гетеротрофные весьма условно. Некоторые автотрофы - фотосинтезирующие зеленые растения - могут усваивать небольшое количество органических соединений. Некоторые растения-хищники (росянка, пузырчатка) используют органические соединения для азотного питания, а углеродное питание осуществляется посредством фотосинтеза. Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах. В 1933 г. с помощью изотопного метода американские ученые подтвердили, что ярко выраженные гетеротрофы (грибы и бактерии) способны усваивать углерод, поглощая СО2. Для гетеротрофных бактерий источником углерода служат готовые органические соединения: сахара, спирты, молочная, лимонная и уксусная кислоты, а также воск, клетчатка и крахмал. Из микроорганизмов гетеротрофами являются возбудители брожения (спиртового, пропионово - кислого, молочно - кислого и маслянично - кислого), гнилостные и болезнетворные бактерии. В зависимости от используемого субстрата, гетеротрофные микроорганизмы подразделяются на две обширные группы: мета- и паратрофы. Метатрофы используют органические соединения мертвых субстратов. В эту группу входят в основном гнилостные бактерии. Паратрофы используют органические соединения живых организмов. Именно эти микроорганизмы обычно вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений. Гетеротрофы в качестве источника азота используют готовые аминокислоты: такой путь питания называют аминогетеротрофным. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Для них характерен голозойный тип питания. Поступление питательных веществ путем диффузии сменяется образованием органов для принятия пищи. Например, у простейших, наряду с так называемым сопрозойным способом питания (всасыванием пищи всей поверхностью клетки), имеется и анимальный способ, т. е. заглатывание питательных веществ псевдоподиями (выпячивание цитоплазмы), ресничками или жгутиками. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система. Одним из начальных отделов пищеварительной системы является ротовой аппарат. Строение и функция ротового аппарата у животных разнообразно и зависит от вида корма; в основном различают грызущий, перетирающий, сосущий типы ротового аппарата. Животных условно подразделяют на фитофагов (растительноядные) и зоофагов (плотоядные). Однако имеются и промежуточные, или смешанные формы. Применительно к животным, целесообразнее употреблять термин «пищеварение». Пищеварение - это начальный этап обмена веществ в организме, состоящий в том, что сложные питательные вещества, входящие в состав пищи, распадаются на элементарные частицы, способные к участию в дальнейших этапах обмена веществ. Например, жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, углеводы - до моносахаридов. Для расщепления сложных веществ в организме животных и человека имеются разнообразные литические ферменты, часть органических веществ расщепляется симбиотическими микроорганизмами (в рубце жвачных и слепой кишке человека). Различают пищеварение в ротовой полости, желудочное и кишечное. В организации процесса переваривания корма у животных и пищи у человека важную роль играют нервная система и железы внутренней секреции. Таким образом осуществляется нервная и гуморальная регуляции пищеварительных процессов. В ротовой полости пища подвергается механической обработке и действию ряда ферментов, в основном, амипазы и мальтазы. В желудке же пища претерпевает значительное химическое превращение. Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание. Автотрофные и гетеротрофные организмы, входящие в состав биогенезов, взаимно связаны между собой так называемыми трофическими связями. Значение трофических связей в структуре экологических сообществ очень велико. Благодаря им осуществляется круговорот веществ на Земле. Автотрофные организмы, ассимилируя неорганические вещества, используя энергию солнечного света или химических реакций, способствуют образованию так называемой первичной продукции - первичной биомассы или органического вещества. Первичная продукция утилизируется гетеротрофными организмами, и значительная роль в этом принадлежит фитофагам, о которых мы упоминали чуть ранее. Фитофаги, в свою очередь, становятся жертвами хищников - зоофагов. Отмершие останки животных и растений вновь превращаются в неорганические вещества, благодаря воздействию абиотических факторов внешней среды, а также организмов-редуцентов и гнилостной микрофлоры.

Ключевые слова страницы: как, скачать, бесплатно, без, регистрации, смс, реферат, диплом, курсовая, сочинение, ЕГЭ, ГИА, ГДЗ