Метаболизъм и енергия. Разграждане на органични вещества Протича разлагане на сложни органични вещества

9. Дефинирайте термините : хетеротрофи, фотолиза, метаболизъм

10.

Какво е значението на фотосинтезата?

аз . Изберете един верен отговор от четири възможни

1. Синтезът на сложни вещества от прости възниква в процеса:

а) анаболизъм; в) катаболизъм;

б) метаболизъм г) симбиоза

2. Освобождаването на енергия става в процеса:

а) хидролиза в) метаболизъм

б) анаболизъм; г) катаболизъм;

3. Протича процесът фотосинтеза

а) в ядрото в) в митохондриите
б) в цитоплазмата г) в хлоропластите
4. В процеса се образуват въглехидрати

а) биосинтеза; в) фотосинтеза

б) енергиен метаболизъм; г) ферментация

5. Крайният основен продукт на фотосинтезата е:

а) въглехидрати в) вода и кислород
б) мазнини г) вода и въглероден двуокис

6. Крайните продукти на кислородното разграждане на органичните вещества са:

а) АТФ и вода в) вода и кислород
б) мазнини г) вода и въглероден диоксид

7. По време на биосинтеза,

а) протеини в) въглехидрати
б) мазнини г) нуклеинови киселини

8 . Съвпадение между биологичен процеси вида на обмена, за който се отнася . Попълнете таблицата с отговори

Тип метаболизъм Процес1.енергия а) разграждане на въглехидратите до въглероден диоксид

2. пластични б) синтез на сложни вещества от прости

в) протеинов синтез от аминокиселини

г) разграждането на сложните вещества до прости

д) синтез на въглехидрати от въглероден диоксид

9. Дефинирайте термините : автотрофи, гликолиза, метаболизъм

10. Дайте пълен подробен отговор на въпроса

Каква е ролята на автотрофите в природата?

1 вариант

1. Възниква транскрипция по време на биосинтеза на протеини в клетката

1. В основата
2. върху рибозомите
3. На канали на гладка ER
4. На мембраните на цистерните на комплекса Голджи

2. По време на транслацията шаблонът за сглобяване на полипептидната верига на протеина е (при)

1. Две вериги на ДНК молекула
2. Една от веригите на ДНК молекулата
3. иРНК молекула
4. или ДНК молекула, или иРНК

3. Обменът на енергия се различава от обмена на пластмаса по това, че по време на обмена на енергия,

1. разход на енергия, съхранявана в АТФ
2. съхранение на енергия в макроергичните връзки на АТФ
3. синтез на въглехидрати и липиди
4. протеинов синтез и нуклеинова киселина

4. Участието на органичните вещества в енергийния метаболизъм при изчерпването им става в организма в следната последователност:

1. Въглехидрати - мазнини - протеини
2. Мазнини - въглехидрати - протеини
3. Протеини мазнини въглехидрати
4. Въглехидрати - протеини - мазнини

5. Молекулите играят най-важната роля в осигуряването на клетката с енергия

1. NADP

6. Ако нуклеотидният състав на ДНК е ATG-GCH-TAT, тогава нуклеотидният състав на иРНК ще бъде

1. TAA-CGTs-UTA
2. TAA-GCG-UTU
3. UAC-CHC-AUA
4. UAA-CHC-ATA

а) дишане

б) транскрипция;

в) гликолиза

а) в митохондриите;

б) в цитоплазмата;

в) в рибозомите

а) гликолиза;

б) дишане;

в) фотосинтеза

а) слънчево;

б) химически;

в) топлинна

11. Транскрипция възниква, когато:

а) фотосинтеза;

Б) катаболизъм;

в) анаболизъм

Тест на тема: "Метаболизъм"

Вариант 2

1. Универсален източник на енергия в клетката:

а) протеин;

б) ДНК;

в) РНК;

г) АТФ

1. Разграждането на сложни органични вещества става в процеса:

а) анаболизъм;

б) катаболизъм;

в) фотосинтеза

1. Консумацията на енергия възниква в процеса:

а) анаболизъм;

б) катаболизъм;

в) гликолиза

1. Процесът на транслация по време на протеиновия синтез протича:

а) в рибозомите;

б) в митохондриите;

Б) в ядрото

1. Образуване на i - РНК чрез "отписване" генетична информацияНаречен:

А) транскрипция;

Б) излъчване;

Б) редупликация

1. Фотосинтезата изисква наличието на:

а) ДНК;

б) РНК;

в) хлорофил

1. Светлинната фаза на фотосинтезата настъпва:

а) само на светло;

Б) само на тъмно;

В) светло и тъмно

1. Кислородният етап на енергийния метаболизъм се нарича:

а) дишане

Б) транскрипция;

Б) гликолиза

1. Гликолизата възниква:

а) в митохондриите;

б) в цитоплазмата;

в) в рибозомите

1. Фотосинтезата освобождава страничен продукт:

А) глюкоза;

Б) вода;

Б) кислород

1. Обменът на енергия използва енергия:

А) слънчево

Б) химически;

Б) термична

3 вариант

1. Синтезът на сложни органични вещества възниква в процеса:

а) анаболизъм;

б) катаболизъм;

в) храносмилане

2. Освобождаването на енергия става в процеса:

а) анаболизъм;

б) катаболизъм;

в) предавания

3. Процесът на транскрипция по време на биосинтеза на протеини се случва:

а) в рибозомите;

б) в митохондриите;

в) в ядрото

4. Създаването на полимерна верига от аминокиселини се нарича:

а) транскрипция;

б) излъчване;

Б) редупликация

5. Фотосинтезата се извършва:

а) в рибозомите;

б) в хлоропластите;

Б) в митохондриите

6. Тъмната фаза на фотосинтезата настъпва:

а) само на светло;

б) само на тъмно;

В) светло и тъмно

7. Безкислородният етап на енергийния метаболизъм се нарича:

а) дишане

б) транскрипция;

в) гликолиза

8. Настъпва окисление на кислород:

а) в митохондриите;

б) в цитоплазмата;

в) в рибозомите

9. Образуването на глюкоза от въглероден диоксид и вода става, когато:

а) гликолиза;

б) дишане;

в) фотосинтеза

10. Фотосинтезата използва енергия:

а) слънчево;

б) химически;

в) топлинна

11. Процесът на репликация е типичен за:

а) РНК;

Б) ДНК;

Б) протеин

Тест на тема: "Метаболизъм".

4 вариант

1. Синтезът на АТФ не включва такава клетъчна структура като:

А - цитоплазма

B - ядро

B - митохондрии

G - хлоропласти

2. Анаеробната гликолиза се нарича:

B - окислително фосфорилиране

G - разделяне на АТФ

3. Крайните продукти на кислородното окисление на органичните вещества са:

А - АТФ и вода

B - вода и въглероден диоксид

D - АТФ и кислород

4. Енергията на окислението на глюкозата отива за:

А - образуването на кислород

Б – разпад на молекули – носители на водород

B - синтез на АТФ, след което се използва от тялото

G - синтез на въглехидрати

5. В процеса на енергиен метаболизъм не се образува:

А е гликоген.

Б - вода

B - въглероден диоксид

G - ATP

6. Аеробната гликолиза протича:

А - в цитоплазмата

B - в митохондриите

G - върху рибозомите

7. Изходният материал за фотосинтезата е:

А - кислород и въглероден диоксид

B - вода и кислород

B - въглероден диоксид и вода

G - въглехидрати

8. Енергията на възбудените електрони в светлинния стадий на фотосинтезата се използва за:

А - синтез на АТФ

B - синтез на глюкоза

B - протеинов синтез

G - разграждане на въглехидрати

9. Образуването на глюкоза от въглероден диоксид и вода става, когато:

а) гликолиза;

б) дишане;

в) фотосинтеза

10. Фотосинтезата използва енергия:

а) слънчево;

б) химически;

в) топлинна

Тест на тема: "Метаболизъм".

5 опция

1. Фотолизата на водата е реакцията:

A - 4H + + e + O 2 \u003d 2H 2 O

B - 6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6

B - 2H 2 O \u003d 4H + + 4e + O 2

G - C 6 H 12 O 6 \u003d CO 2 + H 2 O

2. В светлинната фаза на фотосинтезата не се случва:

А - образуването на глюкоза

B - фотолиза на вода

B - синтез на АТФ

G - образувания на NADP*N

3. В резултат на фотосинтезата в хлоропластите се образуват:

А - въглероден диоксид и кислород

B - глюкоза, АТФ, кислород

B - хлорофил, вода, кислород

D - въглероден диоксид, АТФ, кислород

4. Транскрипцията е процес:

А - синтез на иРНК върху една от веригите на ДНК

B - Дублиране на ДНК

B - четене на информация от i-RNA

D - прикрепване на t-RNA към аминокиселина

5. Синтезът на протеини върху рибозомите се извършва в:

А - всички съществуващи организми

B - всички с изключение на гъбите

B - всички с изключение на прокариотите

G - растения и животни

6. Основното събитие на интерфазата е:

А - мутационен процес

B - удвояване наследствен материал

B - делене на клетъчното ядро

G - намаляване на наследствения материал наполовина

7. От клетките, изброени по-долу, митозата не се дели:

А - оплодени яйца

Б - спорове

B - сперматозоиди

B - епителни клетки

8. Кислородът в процеса на дишане се усвоява от:

А - животни

Б - растения

B - анаеробни бактерии

G - A+B

9. Пластмасовият обмен включва:

А - анаеробна гликолиза

B - биосинтеза на протеини

B - биосинтеза на мазнини

G – B+V

10. Тъмната фаза на фотосинтезата настъпва:

а) само на светло;

б) само на тъмно;

В) светло и тъмно

Тест на тема: "Метаболизъм".

6 вариант

1. Синтезът на АТФ включва такава клетъчна структура като:

А е рибозома

B - ядро

B - митохондрии

G - лизозома

2. Аеробната гликолиза се нарича:

А - съвкупността от всички реакции на енергийния метаболизъм

B - аноксичен разпад на глюкозата

B - кислородно разграждане на глюкозата

G - разделяне на АТФ

3. Крайният продукт на безкислородното окисление на органичните вещества е:

А - АТФ и вода

B - кислород и въглероден диоксид

B - вода и въглероден диоксид

G - пирогроздена киселина

4. В процеса на анаеробна гликолиза,

А - 2 АТФ молекули

B - 4 ATP молекули

B - 36 ATP молекули

D - 38 ATP молекули

5. Кислородът се отделя в:

А - тъмна фаза на фотосинтезата

B - светлинна фаза на фотосинтезата

B - анаеробна гликолиза

G - аеробна гликолиза

6. Анаеробната гликолиза протича:

А - в цитоплазмата

B - в митохондриите

Б – в храносмилателната система

G - върху рибозомите

7. В процеса на енергиен метаболизъм не се образува:

А е гликоген.

Б - вода

B - въглероден диоксид

G - ATP

8. Реакциите на фотосинтезата, за които светлината наистина е необходима, са:

А - абсорбция на въглероден диоксид

B - синтез на глюкоза

Б - синтез на АТФ и НАДФ*Н

G - образуването на нишесте

9. Фотолизата на водата се извършва:

А - в светлинната фаза на фотосинтезата

B - в тъмната фаза на фотосинтезата

B - с анаеробна гликолиза

D - с аеробна гликолиза

10. Последователността на аминокиселините в молекулите на хемоглобина на крави и хора:

А - не се различават

B - има разлики

B - фундаментално различна структура

G - различни аминокиселини

Тази публикация е отговорите на въпросите от изпита по биология в 9. клас гимназия. Тези въпроси са предложени от Министерството на образованието на Руската федерация и са публикувани в бюлетина на образованието, официалното издание на министерството.

Въпросите в билетите са комбинирани по такъв начин, че правилният подробен отговор и на двата въпроса на всеки от билетите ви позволява да оцените знанията по биология като цяло, а не само по един от нейните раздели. Много внимание се отделя на такива общобиологични проблеми като еволюционния процес, възпроизводството на животински и растителни организми, ролята на различни групи живи организми в биоценозите, проблема с адаптирането към условията на живот и др.

IN училищни учебници, разбира се, можете да намерите отговори на всички въпроси, предложени в билетите. Една от задачите пред авторите е да улеснят тези търсения, да комбинират знанията, представени в различни учебници. Отговорите на въпросите съдържат материал, който донякъде е извън обхвата на училището учебна програма, което ще им позволи да се използват в средни училища със значително различни учебни програми по биология. Освен това това ще позволи в бъдеще да се използват за подготовка за матурите в училище и за приемния изпит по биология във ВУЗ.

Билет номер 1

1. Метаболизъм и преобразуване на енергия. Стойността на метаболизма в човешкия живот

Метаболизмът се състои в приемането на различни вещества от външната среда в тялото, асимилацията и промяната на тези вещества и освобождаването на образуваните разпадни продукти. При осъществяването на всички тези процеси се наблюдават много химични, механични, топлинни и електрически явления, енергията непрекъснато се преобразува: химическата енергия на комплекса органични съединениякогато се разделят, тя се освобождава и се превръща в топлинна, механична, електрическа енергия. Тялото отделя основно топлинна и механична енергия. Отделя се много малко електрическа енергия, но има съществено значениеза функционирането на нервната и мускулната системи. Благодарение на освободената енергия при топлокръвните животни се поддържа постоянна телесна температура и се извършва външна работа. Освобождаването на енергия също е необходимо за поддържане на клетъчните структури и за синтеза на сложни органични съединения.

Метаболизмът и енергийната трансформация са неразделни едно от друго. Процесите на метаболизма и енергията в живия организъм протичат по един единствен закон - законът за запазване на материята и енергията. В живия организъм материята и енергията не се създават и не изчезват, а само тяхното изменение, усвояване и освобождаване.

Метаболизмът в организма се състои от процеси асимилация(образуването на сложни вещества от прости) и дисимилация(разпадане на вещества). В процеса на асимилация (или пластичен обмен) се образуват сложни органични вещества, които влизат в състава на различните структури на тялото. В процеса на дисимилация (или енергиен метаболизъм) сложните органични вещества се разпадат, превръщайки ги в по-прости. В този случай се освобождава енергията, необходима за нормалното функциониране на тялото.

Метаболизмът в тялото е единен процес, който свързва трансформацията на различни вещества: например протеините могат да се превърнат в мазнини и въглехидрати, а мазнините във въглехидрати.

Протеините влизат в човешкото тяло с храната, в храносмилателния канал, под въздействието на ензими, те се разграждат до аминокиселини, които се абсорбират в кръвта в тънките черва. След това в клетките от аминокиселини се синтезират собствени протеини, които са характерни за този организъм. Някои от аминокиселините обаче се разпадат и се освобождава енергия (разграждането на 1 g протеин освобождава 17,6 kJ или 4,1 kcal енергия).

Крайните продукти на разграждането на протеините са вода, въглероден диоксид, амоняк, урея и някои други. Амонякът (като амониев сулфат) и уреята се отделят от тялото чрез пикочната система. Ако бъбречната функция е нарушена, тогава тези азотни веществаще се натрупат в кръвта и ще отровят тялото. Протеините не се отлагат в тялото, няма "протеинови депа" в тялото. При възрастните синтезът и разграждането на протеините са балансирани, а в детската възраст синтезът преобладава.

Функции протеинив тялото са много разнообразни: пластмасови (приблизително 50% от протеините в клетките), регулаторни (много хормони са протеини), ензимни (ензимите са биологични катализатори от протеинова природа, те значително увеличават скоростта на биохимичните реакции), енергийни (протеини са енергиен резерв в организма, който се използва при недостиг на въглехидрати и мазнини), транспортен (хемоглобинът пренася кислород), контрактилен (актин и миозин в мускулната тъкан). Дневната нужда на човека от протеини е приблизително 100-118 g.

Основният източник на енергия в тялото е въглехидрати. При разграждането на 1 g глюкоза се отделя същото количество енергия, както при разграждането на 1 g протеини (17,6 kJ или 4,1 kcal), но процесите на окисление на въглехидратите протичат много по-лесно и по-бързо от окисляването на протеините. Полизахаридите, които влизат в храносмилателния тракт с храната, се разграждат до мономери (глюкоза). Глюкозата се абсорбира в кръвта. В кръвта концентрацията на глюкоза се поддържа на постоянно ниво от 0,08-0,12% благодарение на хормоните на панкреаса - инсулин и глюкагон. Инсулинът превръща излишната глюкоза в гликоген ("животински нишесте"), който се съхранява в черния дроб и мускулите. Глюкагонът, напротив, превръща гликогена в глюкоза, ако съдържанието му в кръвта намалее. При липса на инсулин се развива сериозно заболяване - диабет. Крайните продукти на разграждането на въглехидратите са вода и въглероден диоксид. Дневната нужда на човек от въглехидрати е около 500 g.

Значение дебелза тялото се крие във факта, че те са един от най-важните източници на енергия (разграждането на 1 g мазнини освобождава 38,9 kJ или 9,3 kcal енергия). Освен това мазнините изпълняват защита на тялото, амортизация, пластични функции, са източник на вода. Мазнините се съхраняват в резерв (главно в подкожната тъкан). В храносмилателния тракт мазнините се разграждат до глицерол и мастни киселини. Мазнините се абсорбират в лимфата. По време на дисимилацията те се окисляват до вода и въглероден диоксид. Дневната нужда на човека от мазнини е приблизително 100 g.

Метаболизмът също играе важна роля в организма. водаИ минерални соли. Водата е универсален разтворител, към който протичат всички реакции в клетките водна среда. През деня човек губи около 2,5 литра вода (с урина, пот, дишане), следователно дневната норма на консумация на вода е 2,5–3 литра. Минералните соли са необходими за нормалното функциониране на всички системи на тялото. Те са част от всички тъкани, участват в процесите на пластичния метаболизъм, необходими са за синтеза на хемоглобин, стомашен сок, за развитието на опорно-двигателния апарат и нервната система и др. Най-големи са нуждите на организма от фосфор, калций, натрий, хлор и калий, но в малки количества са необходими и много други елементи (мед, магнезий, желязо, цинк, бром и др.).

Метаболизмът е невъзможен без участие витамини. Това са органични вещества, които се изискват от организма в много малки количества (понякога - стотни от милиграма на ден). Витамините често се включват в състава на ензимите като коензими, насърчават действието на хормоните, повишават устойчивостта на организма към неблагоприятни условия на околната среда. Най-важните витамини включват витамините С, А, D и групата В. При липса на един или друг витамин се развива хиповитаминоза, при излишък - хипервитаминоза.

Пластмасовият и енергийният обмен са взаимосвързани. В процеса на метаболизма непрекъснато се генерира енергия, която непрекъснато се изразходва за извършване на работа, осигуряване на нервна дейност и синтезиране на вещества. Източникът на енергия за човек са хранителните вещества, така че е важно храната да съдържа всички органични и неорганични съединения, необходими за нормалния метаболизъм. Получените метаболитни крайни продукти се изхвърлят от тялото през белите дробове, червата, кожата и бъбреците. Основната роля в отделянето на продуктите от гниене от тялото принадлежи на бъбреците, чрез които се отстраняват уреята, пикочната киселина, амониеви соли, отделя се излишната вода и соли.

Нормалният метаболизъм е в основата на здравето. Метаболитните нарушения водят до сериозни заболявания (диабет, подагра, затлъстяване или, обратно, загуба на тегло и др.).

2. Причини за еволюцията. Усложняването на растенията в процеса на еволюция

През 1859 г. Чарлз Дарвин в своя брилянтен труд „Произходът на видовете чрез естествен подбор или запазването на предпочитаните породи в борбата за живот“ пише, че основната движеща сила на еволюцията е естествен подборвъз основа на генетична вариация.

Факторите на естествения подбор в природата са интензивност на размножаване(колкото по-високо е, толкова повече шансове има видът да оцелее и да разшири границите на местообитанието) и борба за съществуване. Борбата за съществуване може да бъде вътрешновидова, най-интензивната форма на борба, която обаче рядко се характеризира с прояви на жестокост, и междувидова, която може да бъде ожесточена. Друга форма на борба за съществуване е борбата с неблагоприятните условия на околната среда. Дарвин пише, че естественият подбор е оцеляването на най-приспособения вид. Адаптацията се постига чрез естествен подбор.

По време на еволюцията на растенията се случиха следните събития. IN архейска ера(преди около 3,5 милиарда години) се появяват синьо-зелени водорасли, които се класифицират като цианобактерии: те са едноклетъчни и многоклетъчни прокариотни организми, способни на фотосинтеза с освобождаване на кислород. Появата на синьо-зелени водорасли доведе до обогатяване на земната атмосфера с кислород, който е необходим за всички аеробни организми.

IN Протерозойска ера(преди около 2,6 милиарда години), доминиран от зелени и червени водорасли. Водораслите са нисши растения, чието тяло не е разделено на части и няма специализирани тъкани (такова тяло се нарича талус). Водораслите продължиха да доминират палеозойска(възрастта на палеозоя е приблизително 570 милиона години), но в силурския период на палеозоя, най-древният висши растения- ринофити (или псилофити). Тези растения вече имаха издънки, но все още нямаха листа и корени. Те се възпроизвеждат чрез спори и водят наземен или полуводен начин на живот. В девонския период на палеозоя се появяват бриофити и папрати (мъхове, хвощове, папрати), а ринофитите и водораслите доминират на Земята. През девона се появява и ново царство - висшите спорови растения * - това са гъбите, мъховете и папратите. Мъховете имат стъбла и листа (израстъци на стъблото), но все още нямат корени; функцията на корените се изпълнява от ризоиди - нишковидни израстъци на стъблото. В цикъла на развитие на мъховете преобладава хаплоидното поколение (гаметофит) - това е листно растение мъх. Диплоидното поколение (спорофит) при тях не е способно на самостоятелно съществуване и се храни с гаметофита. Папратите развиват корени; в цикъла на тяхното развитие преобладава спорофитът (листно растение), а гаметофитът е представен от израстък - това е малка сърцевидна плоча в папрати или възел в клубни мъхове и хвощове. В древни времена това са били огромни дървета, подобни на растения. Възпроизвеждането при висши спори е невъзможно без вода, т.к. оплождането на яйцеклетката в тях става в капчици вода, в които мобилните мъжки гамети - сперматозоидите - се движат към яйцата. Ето защо водата за висшите спори е ограничаващ фактор: ако няма капкова вода, размножаването на тези растения ще стане невъзможно.

В карбона (карбона) се появяват семенни папрати, от които по-късно, както смятат учените, произлизат голосеменните. Гигантските дървовидни папрати доминират на планетата (именно те са образували находищата на въглища), а ринофитите в този период напълно изчезват.

В пермския период на палеозоя се появяват древни голосеменни растения. В този период преобладават семенните и тревистите папрати, а дървесните измират. Голосеменните са семенни растения. Размножават се със семена, които не са защитени от стените на плода (голосеменните нямат цветове и плодове). Появата на тези растения е свързана с издигането на земята и колебанията в температурата и влажността. Размножаването на тези растения вече не зависи от водата.

IN мезозоя(възрастта на мезозоя е приблизително 240 милиона години) има три периода - триас, юра и креда. През мезозоя се появяват съвременните голосеменни (в триаса) и първите покритосеменни (в юрата). Доминиращите растения са голосеменни. Древните голосеменни растения и папрати измират през тази епоха.

Появата на покритосеменни растения е свързана с редица ароморфози. Тези растения имат цвете - модифициран скъсен издънка, пригоден за образуване на спори и гамети. В цвета се образуват опрашването, оплождането, зародишът и плодът. Семената на покритосеменните са защитени от перикарпа - това допринася за тяхното запазване и разпространение. По време на половото размножаване при тези растения се случва двойно оплождане: единият сперматозоид опложда яйцеклетката, а вторият сперматозоид опложда централната клетка на ембрионалната торбичка, което води до образуването на ембриона и триплоидния ендосперм, хранителната тъкан на ембриона. Оплождането става в ембрионалния сак, който се развива в яйцеклетката, защитена от стените на яйчника.

Сред покритосеменните има треви, храсти и дървета. Вегетативните органи (корен, стъбло, лист) имат много модификации. Еволюцията на покритосеменните е много бърза. Характеризират се с висока еволюционна пластичност. Насекомите опрашители изиграха голяма роля в тяхната еволюция и разпространение. Покритосеменните са единствената група растения, които образуват сложни многопластови съобщества. Това допринася за по-интензивното използване на околната среда и успешното завладяване на нови територии.

IN кайнозойскиера (възрастта му е около 67 милиона години), съвременните покритосеменни и голосеменни растения доминират на Земята, а висшите спорови растения претърпяват биологична регресия.

Билет номер 2

1. Газообмен в белите дробове и тъканите

между тялото и заобикаляща среданепрекъснато се извършва газообмен: кислородът, необходим за дисимилация, навлиза в тялото, а въглеродният диоксид, образуван в резултат на окисляването на органичните вещества, се екскретира от тялото. Приемът на кислород и отстраняването на въглероден диоксид се осигуряват от дихателните органи. Дихателните пътища са носната кухина, назофаринкса, ларинкса, трахеята, бронхите. Основният дихателен орган са белите дробове. Именно в алвеолите на белите дробове се извършва обменът на газ между атмосферен въздухи кръв.

Алвеолите са белодробни везикули, чиито стени се състоят от един слой епителни клетки. Те са плътно обвити с капиляри. Концентрацията на въглероден диоксид в кръвта е по-висока, отколкото във въздуха, а концентрацията на кислород е по-ниска, така че въглеродният диоксид се движи от кръвта към алвеолите, а кислородът от алвеолите към кръвта. Процесът продължава до достигане на равновесие.

В кръвта кислородът се свързва с хемоглобина в червените кръвни клетки, за да образува оксихемоглобин. Кръвта става артериална. Клетките на тялото непрекъснато консумират кислород. Следователно кислородът от кръвта преминава в тъканните клетки и оксихемоглобинът се превръща обратно в хемоглобин. В митохондриите, използвайки кислород, органичните вещества се окисляват (основният източник на енергия в тялото са въглехидратите), освобождава се енергия, която отива за синтеза на АТФ, универсален енергиен акумулатор в клетките.

Въглеродният диоксид от клетките навлиза в кръвта. Така в тъканите на органите артериалната кръв се превръща във венозна. Част от въглеродния диоксид реагира с хемоглобина, за да образува карбхемоглобин, но по-голямата част от въглеродния диоксид (около 2/3) реагира с плазмената вода. Тази реакция се катализира от ензима карбоанхидраза. В зависимост от количеството въглероден диоксид в кръвта, този ензим може да ускори или забави реакцията. Когато въглеродният диоксид се комбинира с вода, той се образува карбонова киселина, който се дисоциира, за да образува H+ катион и HCO3– анион. Този анион навлиза в белите дробове с кръвта, където се освобождава въглероден диоксид.

Когато реагира с въглероден оксид (CO), хемоглобинът образува карбоксихемоглобин, а когато взаимодейства с азотен оксид или някои лекарства, метхемоглобин; тези форми на хемоглобин не могат да свързват кислорода, така че може да настъпи смърт. Съдържанието на хемоглобин в кръвта при мъжете е 130-160 g / l, а при жените - 120-140 g / l. При намаляване на съдържанието на хемоглобина възниква анемия - състояние, при което тъканите не получават достатъчно кислород.

Обикновено съдържанието на кислород, въглероден диоксид и азот във вдишания въздух е съответно 20,94%, 0,03% и 79,03%. В издишания въздух съдържанието на кислород намалява до 16,3%, а въглеродният диоксид се увеличава до 4%. Съдържанието на азот се променя по-малко (увеличава се до 79,7%).

Преминаването на въздух през белите дробове се осигурява чрез вдишване и издишване. Вдишването е следствие от свиването на външните междуребрени мускули, в резултат на което ребрата се издигат. Когато вдишвате, мускулните влакна на диафрагмата се свиват, куполът на диафрагмата става по-плосък и се спуска. Обемът на гръдната кухина се увеличава поради промени в нейния размер, особено във вертикална посока. Белите дробове следват движенията на гръдния кош. Това се обяснява с факта, че белите дробове са отделени от стените на гръдната кухина от плевралната кухина - подобно на цепка пространство между париеталната плевра (покрива вътрешната повърхност на гръдния кош) и висцералната плевра (покрива външната повърхност на белите дробове). Плевралната кухина е пълна с плеврална течност. При вдишване налягането в плевралната кухина намалява, обемът на белите дробове се увеличава, налягането в тях намалява и въздухът навлиза в белите дробове. При издишване дихателните мускули се отпускат, обемът на гръдната кухина намалява, налягането в плевралната кухина леко се повишава, разтегнатата белодробна тъкан се свива, налягането се повишава и въздухът напуска белите дробове. По този начин промяната в обема на белите дробове възниква пасивно и се причинява от промени в обема на гръдната кухина и налягането в плевралното пространство и вътре в белите дробове.

Количеството въздух, което навлиза в белите дробове при тихо вдишване и се издишва при тихо издишване, се нарича дихателен обем (приблизително 500 cm3). Обемът въздух, който може да се издиша след най-дълбокото вдишване, се нарича жизнен капацитетбели дробове (приблизително 3000–4500 cm3). Жизненият капацитет на белите дробове е важен показател за човешкото здраве.

2. Едноклетъчни растения и животни. Характеристики на местообитанието, структурата и живота. Роля в природата и човешкия живот

Едноклетъчните са организми, чието тяло се състои от една клетка. Те могат да бъдат прокариоти (бактерии и синьо-зелени водорасли, или цианобактерии), т.е. нямат формализирано ядро ​​(функцията на ядрото се изпълнява от нуклеоид - нагъната в пръстен ДНК молекула), но могат да бъдат и еукариоти, т.е. имат добре оформена сърцевина.

Едноклетъчните еукариотни организми включват много зелени и някои други водорасли, както и всички представители на вида Protozoa. Общият план на структурата и наборът от органели в едноклетъчните еукариоти са подобни на клетките многоклетъчни организми, но функционалните разлики са много съществени.

Едноклетъчните организми съчетават свойствата на двете клетки и независим организъм. Много едноклетъчни организми образуват колонии. Многоклетъчните организми са се развили от едноклетъчни в процеса на еволюция.

Най-простите са едноклетъчните синьо-зелени водорасли. Техните клетки нямат ядро ​​и пластиди, те изглеждат така бактериални клетки. На тази основа те се класифицират като цианобактерии. Пигменти (хлорофил, каротин) са разтворени в тях във външния слой на цитоплазмата - хроматоплазма. Тези водорасли се появяват през архея и са първите организми на Земята, които произвеждат кислород по време на фотосинтеза. Синьо-зелените водорасли могат да образуват и многоклетъчна форма - нишки.

Сред зелените водорасли едноклетъчните форми включват хламидомонас, хлорела, плеврокок. Едноклетъчните водорасли могат да образуват колонии (например волвокс).

Диатомеите също са микроскопични едноклетъчни водорасли, които могат да образуват колонии.

Едноклетъчните водорасли най-често живеят във вода (хламидомонас в прясна вода и хлорела както в прясна, така и в морска вода), но могат да живеят и в почвата (например хлорела, диатомеи), могат да живеят на кората на дърветата (плеврокок). Някои водорасли дори живеят на повърхността на лед, сняг (някои хламидомонади, например снежна хламидомонада). В Антарктида диатомеите образуват плътно кафяво покритие от долната страна на леда.

Едноклетъчните протозои образуват подцарство животни. Повечето клетки имат едно ядро, но има и многоядрени форми. На върха на мембраната много протозои имат черупка или черупка. Те се движат с помощта на органели на движение - флагели, реснички, могат да образуват псевдоподии (псевдоподии).

Повечето протозои са хетеротрофи. Хранителните частици се усвояват в храносмилателни вакуоли. Осмотичното налягане в клетката се регулира от контрактилни вакуоли: излишната вода се отстранява през тях. Такива вакуоли са характерни за сладководните протозои. Заедно с водата метаболитните продукти се екскретират от тялото на протозоите. Основната функция на отделяне обаче е през цялата повърхност на клетката.

Протозоите имат както безполово, така и сексуално размножаване.

Тези едноклетъчни организмиреагират на влиянията на околната среда: имат положителни и отрицателни такси (например инфузорията има отрицателен хемотаксис - отдалечава се от солен кристал, поставен във вода).

Много протозои са способни да енцистират. Encystation ви позволява да изпитате неблагоприятни условияи насърчава заселването на протозои.

Значението на едноклетъчните водорасли в природата е пряко свързано с начина им на живот. Тези организми синтезират органична материя, отделят кислород в атмосферата, абсорбират въглероден диоксид, са връзка в общата хранителна верига, участват в образуването на почвата, пречистването на водните тела и могат да влизат в симбиоза с други организми (например хлорела е лишей фикобионт). Мъртвите едноклетъчни диатомеи образуват дебели отлагания от скали - диатомит, а на дъното на моретата - диатомови тини. Едноклетъчните синьо-зелени и зелени водорасли могат да причинят "цъфтеж" на водата.

Човекът широко използва едноклетъчните водорасли и техните метаболитни продукти. По този начин способността на едноклетъчните зелени водорасли да абсорбират органична материя с цялата повърхност на клетката се използва за почистване на водни тела; способността на хлорела да синтезира голямо количество протеини, мастни масла и витамини се използва в промишленото производство на фуражи; способността на същата хлорела да отделя много кислород по време на фотосинтеза се използва за регенериране на въздуха в затворени пространства (например в космически кораби, подводници). Някои синьо-зелени водорасли се използват като тор, т.к. те са способни да фиксират азот, а водорасли като спирулина се използват като хранителна добавка.

Стойността на протозоите е донякъде подобна на стойността на едноклетъчните водорасли. Протозоите също участват в образуването на почвата, служат за почистване на водни тела, т.к. хранят се с бактерии и разлагаща се материя. Много от най-простите са индикатори за чистота на водата. Черупките на протозои (морски саркоди) образуват варовикови отлагания; те също служат като индикатори при проучването на нефт и други минерали. Протозоите, подобно на едноклетъчните водорасли, са важна връзка в кръговрата на веществата.

Протозоите и едноклетъчните водорасли са важни обекти научно изследване. Използват се в цитологични, генетични, биофизични, физиологични и други изследвания.

Следва продължение

* Тук авторът е допуснал няколко неточности.
1. Висшите спорови растения не са царство, а комбинирана група растения, която няма таксономичен ранг (същия като напр. четириноги(четириногите), т.е. всички гръбначни животни с четири петопръсти крайника.
2. Гъбите не принадлежат към растителното царство, те са изолирани в отделно царство.
3. В края на девон се появяват всички известни понастоящем отдели растения, с изключение на покритосеменните (т.е. Bryophytes, Lycosformes, Horsetails, Ferns, Gymnosperms). Забележка. изд.

Метаболизъм и енергия, или метаболизъм, - набор от химически и физически трансформации на вещества и енергия, които се случват в живия организъм и осигуряват неговата жизнена дейност. Обменът на материя и енергия е едно цяло и се подчинява на закона за запазване на материята и енергията.

Метаболизмът се състои от процеси на асимилация и дисимилация. Асимилация (анаболизъм)- процесът на усвояване на вещества от тялото, при който се изразходва енергия. Дисимилация (катаболизъм)- процесът на разлагане на сложни органични съединения, протичащ с освобождаване на енергия.

Единственият източник на енергия за човешкото тяло е окисляването на органичните вещества, които идват с храната. Когато хранителните продукти се разграждат на крайни елементи - въглероден диоксид и вода - се освобождава енергия, част от която отива в механична работаизпълнявана от мускулите, другата част се използва за синтеза на по-сложни съединения или се натрупва в специални високоенергийни съединения.

Макроергични съединениявещества се наричат ​​вещества, чието разцепване е придружено от освобождаване на голямо количество енергия. В човешкото тяло ролята на макроергични съединения се изпълнява от аденозинтрифосфорна киселина (АТФ) и креатин фосфат (КП).

МЕТАБОЛИЗЪМ НА БЕЛТЪЦИ.

протеини(протеини) са високомолекулни съединения, изградени от аминокиселини. Функции:

Структурна или пластична функция е, че протеините са основните интегрална частвсички клетки и междуклетъчни структури. каталитичен или ензимен Функцията на протеините е способността им да ускоряват биохимичните реакции в тялото.

Защитна функция протеини се проявява в образуването на имунни тела (антитела), когато чужд протеин (например бактерии) навлезе в тялото. В допълнение, протеините свързват токсините и отровите, които влизат в тялото и осигуряват съсирването на кръвта и спират кървенето в рани.

транспортна функция е преносът на много вещества. Най-важната функция на протеините е предаването наследствени свойства в които водеща роля имат нуклеопротеините. Има два основни вида нуклеинови киселини: рибонуклеинови киселини (РНК) и дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК).

Регулаторна функция протеини е насочен към поддържане на биологични константи в тялото.

Енергийна роля протеините е да осигуряват енергия за всички жизнени процеси в тялото на животните и хората. При окисляване на 1 g протеин средно се отделя енергия, равна на 16,7 kJ (4,0 kcal).

Нужда от протеини.Тялото непрекъснато разгражда и синтезира протеини. Хранителните протеини са единственият източник на нов протеинов синтез. В храносмилателния тракт протеините се разграждат от ензими до аминокиселини и се абсорбират в тънките черва. От аминокиселини и най-прости пептиди клетките синтезират собствен протеин, който е характерен само за даден организъм. Протеините не могат да бъдат заменени с други хранителни вещества, тъй като техният синтез в тялото е възможен само от аминокиселини. В същото време протеинът може да замени мазнините и въглехидратите, т.е. да се използва за синтеза на тези съединения.

Биологичната стойност на протеините.Някои аминокиселини не могат да се синтезират в човешкото тяло и трябва да се доставят с храната в готов вид. Тези аминокиселини се наричат незаменимили жизненоважни. Те включват: валин, метионин, треонин, левцин, изолевцин, фенилаланин, триптофан и лизин, а при децата също аргинин и хистидин. Липсата на незаменими киселини в храната води до нарушения на протеиновия метаболизъм в организма. Неесенциалните аминокиселини се синтезират главно в тялото.

Наричат ​​се протеини, съдържащи целия необходим набор от аминокиселини биологично завършен. Най-високата биологична стойност на протеините в млякото, яйцата, рибата, месото. Биологично дефектните протеини са протеини, на които липсва поне една аминокиселина, която не може да се синтезира в тялото. Непълните протеини са протеини от царевица, пшеница, ечемик.

азотен баланс.Азотният баланс е разликата между количеството азот, съдържащо се в човешката храна, и нивото му в екскретите.

Азотния баланс- състояние, при което количеството отделен азот е равно на количеството, което постъпва в организма. Азотният баланс се наблюдава при здрав възрастен.

положителен азотен баланс- състояние, при което количеството азот в екскретите на тялото е много по-малко от съдържанието му в храната, тоест се наблюдава задържане на азот в тялото. Положителен азотен баланс се отбелязва при деца поради повишен растеж, при жени по време на бременност, с повишено спортно обучение, което води до увеличаване на мускулната тъкан, с излекуване на масивни рани или възстановяване от сериозни заболявания.

азотен дефицит(отрицателен азотен баланс) се отбелязва, когато количеството освободен азот е по-голямо от съдържанието му в храната, постъпваща в тялото. Отрицателен азотбалансът се наблюдава при протеиново гладуване, трескави състояния, нарушения на невроендокринната регулация на протеиновия метаболизъм.

Разграждане на протеини и синтез на урея. Най-важните азотни разпадни продукти на протеините, които се екскретират в урината и потта, са урея, пикочна киселина и амоняк.

МЕТАБОЛИЗЪМ НА МАЗНИНИТЕ.

Мазнините се разделят На прости липиди(неутрални мазнини, восъци), сложни липиди(фосфолипиди,гликолипиди, сулфолипиди) и стероиди(холестерол ии т.н.). По-голямата част от липидите в човешкото тяло са представени от неутрални мазнини. Неутрални мазнини човешката храна е важен източник на енергия. При окисляване на 1 g мазнина се освобождават 37,7 kJ (9,0 kcal) енергия.

Дневната нужда на възрастен в неутрална мазнина е 70-80 g, деца 3-10 години - 26-30 g.

Енергийно неутралните мазнини могат да бъдат заменени с въглехидрати. Има обаче ненаситени мастни киселини - линолова, линоленова и арахидонова, които трябва да се съдържат в храната на човека, те се наричат Не есенциални мазнини киселини.

Неутралните мазнини, които са част от човешката храна и тъкани, са представени главно от триглицериди, съдържащи мастни киселини - палмитинова,стеаринова, олеинова, линолова и линоленова.

Черният дроб играе важна роля в метаболизма на мазнините. Черният дроб е основният орган, в който се образуват кетонни тела (бета-хидроксимаслена, ацетооцетна киселина, ацетон). Кетонните тела се използват като източник на енергия.

Фосфо- и гликолипидите са част от всички клетки, но главно в състава на нервните клетки. Черният дроб е практически единственият орган, който поддържа нивото на фосфолипидите в кръвта. Холестеролът и други стероиди могат да бъдат погълнати или синтезирани в тялото. Основното място за синтез на холестерол е черният дроб.

В мастната тъкан неутралните мазнини се отлагат под формата на триглицериди.

Образуване на мазнини от въглехидрати. Прекомерната консумация на въглехидрати с храна води до отлагане на мазнини в тялото. Обикновено при хората 25-30% от въглехидратите в храната се превръщат в мазнини.

Образуване на мазнини от протеини. Протеините са пластичен материал. Само при екстремни обстоятелства протеините се използват за енергийни цели. Превръщането на протеина в мастни киселини става най-вероятно чрез образуването на въглехидрати.

ВЪГЛЕХИДРАТЕН МЕТАБОЛИЗЪМ.

Биологичната роля на въглехидратите за човешкия организъм се определя преди всичко от тяхната енергийна функция. Енергийната стойност на 1 g въглехидрати е 16,7 kJ (4,0 kcal).Въглехидратите са пряк източник на енергия за всички клетки на тялото, изпълняват пластични и поддържащи функции.

Дневната нужда от въглехидрати на възрастен е около 0,5 кг. Основната част от тях (около 70%) се окислява в тъканите до вода и въглероден диоксид. Около 25-28% от приетата с храната глюкоза се превръща в мазнини и само 2-5% се синтезират в гликоген – резервен въглехидрат на тялото.

Монозахаридите са единствената форма на въглехидрати, която може да се абсорбира. Те се абсорбират главно в тънките черва и се транспортират чрез кръвния поток до черния дроб и тъканите. Гликогенът се синтезира от глюкоза в черния дроб. Този процес се нарича гликогенеза. Гликогенът може да се разгради до глюкоза. Това явление се нарича гликогенолиза. В черния дроб е възможно да се образуват нови въглехидрати от продуктите им на разпадане (пирогроздена или млечна киселина), както и от продуктите на разпадане на мазнини и протеини (кетокиселини), което се означава като глюконеогенеза. Гликогенезата, гликогенолизата и гликогенезата са тясно свързани процеси, протичащи в черния дроб, които осигуряват оптимални нива на кръвната захар.

в мускулите, както ив черния дроб се синтезира гликоген. Разграждането на гликогена е един от източниците на енергия за мускулната контракция. С разграждането на мускулния гликоген процесът преминава към образуването на пирогроздена и млечна киселина. Този процес се нарича гликолиза. Във фазата на покой гликогенът се ресинтезира от млечна киселина в мускулната тъкан.

мозъксъдържа малки запаси от въглехидрати и се нуждае от постоянно снабдяване с глюкоза. Глюкозата в мозъчната тъкан е предимно окислена, отколкото повечето оття се превръща в млечна киселина. Енергийните разходи на мозъка се покриват изключително от въглехидрати. Намаляването на приема на глюкоза в мозъка е придружено от промяна в метаболитните процеси в нервната тъкан и нарушение на мозъчните функции.

Образуване на въглехидрати от протеини и мазнини (гликонеогенеза).В резултат на превръщането на аминокиселините се образува пирогроздена киселина, докато при окислението на мастните киселини се получава ацетилкоензим А, който може да се превърне в пирогроздена киселина, прекурсор на глюкозата. Това е най-важният общ път за биосинтеза на въглехидрати.

Между двата основни източника на енергия - въглехидрати и мазнини - съществува тясна физиологична връзка. Увеличаването на кръвната захар повишава биосинтезата на триглицеридите и намалява разграждането на мазнините в мастната тъкан. По-малко свободни мастни киселини навлизат в кръвта. Ако възникне хипогликемия, процесът на синтез на триглицериди се инхибира, разграждането на мазнините и в кръвта се ускорява. в големи количествавлизат свободни мастни киселини.

ВОДНО-СОЛЕВ МЕТАБОЛИЗЪМ.

Всички химични и физико-химични процеси, протичащи в организма, се извършват във водната среда. Водата изпълнява следните важни функции в тялото функции: 1) служи като разтворител за храна и метаболизъм; 2) пренася разтворените в него вещества; 3) отслабва триенето между контактните повърхности в човешкото тяло; 4) участва в регулирането на телесната температура поради високата топлопроводимост, високата топлина на изпарение.

Общото съдържание на вода в тялото на възрастен е 50 —60% от масата си, тоест достига 40—45 л.

Прието е водата да се разделя на вътреклетъчна, вътреклетъчна (72%) и извънклетъчна, извънклетъчна (28%). Извънклетъчната вода се намира вътре в съдовото русло (в състава на кръвта, лимфата, цереброспиналната течност) и в междуклетъчното пространство.

Водата навлиза в тялото през храносмилателния тракт под формата на течност или вода, съдържаща се в плътностхранителни продукти. Част от водата се образува в самия организъм в процеса на метаболизма.

При излишък на вода в организма има обща хиперхидратация(водно отравяне), с липса на вода, метаболизмът е нарушен. Загубата на 10% вода води до състоянието дехидратация(дехидратация), при загуба на 20% вода настъпва смърт.

Заедно с водата в организма постъпват и минерални вещества (соли). Близо до 4% сухата маса на храната трябва да бъде минерални съединения.

Важна функция на електролитите е участието им в ензимни реакции.

Натрийосигурява постоянството на осмотичното налягане на извънклетъчната течност, участва в създаването на биоелектрически мембранен потенциал, в регулирането на киселинно-алкалното състояние.

калийосигурява осмотично налягане на вътреклетъчната течност, стимулира образуването на ацетилхолин. Липсата на калиеви йони потиска анаболните процеси в организма.

хлоре и най-важният анион на извънклетъчната течност, осигуряващ постоянството на осмотичното налягане.

калций и фосфорнамират се предимно в костната тъкан (над 90%). Съдържанието на калций в плазмата и кръвта е една от биологичните константи, тъй като дори леки промени в нивото на този йон могат да доведат до тежки последици за организма. Намаляването на нивата на калций в кръвта причинява неволни мускулни контракции, конвулсии и настъпва смърт поради спиране на дишането. Увеличаването на съдържанието на калций в кръвта е придружено от намаляване на възбудимостта на нервната и мускулната тъкан, появата на пареза, парализа и образуването на камъни в бъбреците. Калцият е необходим за изграждането на костите, така че трябва да се доставя в достатъчно количество в организма с храната.

Фосфоручаства в метаболизма на много вещества, тъй като е част от високоенергийни съединения (например АТФ). Голямо значениеима отлагане на фосфор в костите.

Желязое част от хемоглобина, миоглобина, отговорен за тъканното дишане, както и в състава на ензимите, участващи в окислително-възстановителните реакции. При недостатъчен прием на желязо в организма се нарушава синтеза на хемоглобин. Намаляването на синтеза на хемоглобин води до анемия (анемия). Дневната нужда от желязо за възрастен е 10-30 мкг.

йодв тялото се съдържа в малко количество. Значението му обаче е голямо. Това се дължи на факта, че йодът е част от хормоните на щитовидната жлеза, които имат подчертан ефект върху всички метаболитни процеси, растежаи развитието на тялото.

Образование и консумация на енергия.

Енергията, отделена при разграждането на органичните вещества, се натрупва под формата на АТФ, чието количество в тъканите на тялото се поддържа при високо ниво. АТФ се намира във всяка клетка в тялото. Най-големият бройнамира се в скелетните мускули - 0,2-0,5%. Всяка активност на клетката винаги точно съвпада във времето с разграждането на АТФ.

Унищожените АТФ молекули трябва да бъдат възстановени. Това се дължи на енергията, която се отделя при разграждането на въглехидрати и други вещества.

Количеството енергия, изразходвано от тялото, може да се съди по количеството топлина, което то отдава на външната среда.

Методи за измерване на енергийните разходи (директна и индиректна калориметрия).

дихателна честота.

Директна калориметриясе основава на прякото определяне на топлината, отделена по време на живота на организма. Човек се поставя в специална калориметрична камера, която отчита цялото количество топлина, отделена от човешкото тяло. Генерираната от тялото топлина се абсорбира от водата, протичаща през система от тръби, положени между стените на камерата. Методът е много тромав, прилагането му е възможно в специални научни институции.В резултат на това той се използва широко в практическата медицина. индиректен метод калориметрия.Същността на този метод се състои в това, че първо се определя обемът на белодробната вентилация, а след това - количеството абсорбиран кислород и отделеният въглероден диоксид. Съотношението на обема на отделения въглероден диоксид към обема на абсорбирания кислород се нарича респираторен коефициент . По стойността на дихателния коефициент може да се прецени естеството на окислените вещества в организма.

При окисление въглехидратният респираторен коефициент е 1защото за пълно окисляване на 1 молекулаглюкоза въглеродният диоксид и водата изискват 6 молекули кислород, докато се отделят 6 молекули въглероден диоксид:

C 6 H12O 6 +60 2 \u003d 6C0 2 + 6H 2 0

Дихателният коефициент за окисление на протеини е 0,8, за окисление на мазнини - 0,7.

Определяне на потреблението на енергия чрез газообмен.Количествотоплина, отделена в тялото при консумация на 1 литър кислород - калориен еквивалент на кислород - зависи от окислението на кои вещества се използва кислород. Калориен еквиваленткислород по време на окисляването на въглехидратите е 21,13 kJ (5,05 kcal), протеини— 20,1 kJ (4,8 kcal), мазнини - 19,62 kJ (4,686 kcal).

Консумация на енергия човек е решен по следния начин. Човек диша в продължение на 5 минути през мундщук (мундщук), взет в устата. Мундщукът, свързан с торбичка от гумирана тъкан, има клапани. Те подредени така Какво човекът диша свободно атмосферен въздух и издишва въздух в торбата. С помощта на газ часа измерване на издишания обем въздух. Според индикаторите на газовия анализатор се определя процентното съдържание на кислород и въглероден диоксид във въздуха, вдишван и издишван от човек. След това се изчислява количеството на абсорбирания кислород и отделения въглероден диоксид, както и дихателния коефициент. С помощта на съответната таблица калорийният еквивалент на кислорода се определя от стойността на дихателния коефициент и се определя консумацията на енергия.

Основен метаболизъм и неговото значение.

BX — минимално количествоенергия, необходима за поддържане на нормалното функциониране на тялото в състояние на пълна почивка, с изключване на всички вътрешни и външни влияния, които биха могли да повишат нивото на метаболитните процеси. Основният метаболизъм се определя сутрин на празен стомах (12-14 часа след последното хранене), в легнало положение, с пълна релаксация на мускулите, в условия на температурен комфорт (18-20 ° C). Изразява се основният обмен на количеството енергия, освободено от тялото (kJ / ден).

В състояние на пълен физически и психически покой тялото изразходва енергиявърху: 1) постоянно протичащи химични процеси; 2) механична работа, извършвана от отделни органи (сърце, дихателни мускули, кръвоносни съдове, черва и др.); 3) постоянната активност на секреторния апарат на жлезите.

Основният метаболизъм зависи от възрастта, ръста, телесното тегло, пола. Най-интензивен основен метаболизъм на 1 kg телесно тегло се наблюдава при децата. С увеличаване на телесното тегло се увеличава основният метаболизъм. Средната основна скорост на метаболизма при здрав човек е приблизително 4,2 kJ (1 kcal) за 1 час на 1 kg тегло тяло.

По отношение на консумацията на енергия в покой телесните тъкани са разнородни. По-активно използвайте енергия вътрешни органипо-малко активна - мускулна тъкан.

Интензивността на основния метаболизъм в мастната тъкан е 3 пъти по-ниска, отколкото в останалата клетъчна маса на тялото. Слабите хора произвеждат повече топлина на 1 кгтелесно тегло от пълното.

Жените имат по-нисък основен метаболизъм от мъжете. Това се дължи на факта, че жените имат по-малко маса и телесна повърхност. Според правилото на Rubner основният метаболизъм е приблизително пропорционален на телесната повърхност.

Отбелязани са сезонни колебания в базалния метаболизъм - неговото повишаване през пролетта и намаляване през зимата. Мускулната активност предизвиква повишаване на метаболизма пропорционално на тежестта на извършената работа.

Нарушенията на функциите на органите и системите на тялото водят до значителни промени в основния метаболизъм. При повишена функция на щитовидната жлеза, малария, коремен тиф, туберкулоза, придружени с треска, основната обмяна се повишава.

Разход на енергия по време на тренировка.

По време на мускулна работа енергийните разходи на тялото се увеличават значително. Това увеличение на енергийните разходи е увеличение на работата, което е толкова по-голямо, колкото по-интензивна е работата.

В сравнение със съня, бавното ходене увеличава разхода на енергия 3 пъти, а при бягане на къси разстояния по време на състезания - повече от 40 пъти.

При краткотрайни натоварвания енергията се изразходва поради окисляването на въглехидратите. При продължителни мускулни натоварвания в тялото се разграждат предимно мазнини (80% от цялата необходима енергия). При тренираните спортисти енергията на мускулните контракции се осигурява единствено от окисляването на мазнините. За човек, който се занимава с физически труд, разходите за енергия нарастват пропорционално на интензивността на труда.

ХРАНЕНЕ.

Попълването на енергийните разходи на тялото се дължи на хранителни вещества. Храната трябва да съдържа протеини, въглехидрати, мазнини, минерални соли и витамини в малки количества и в правилно съотношение. смилаемостхранителните вещества зависят отот индивидуални особеностии състоянието на организма, върху количеството и качеството на храната, съотношението на различните й компоненти, начина на приготвяне. Растителните храни са по-малко смилаеми от животинските, защото съдържат повече фибри.

Протеиновата диета допринася за осъществяването на процесите на усвояване и смилаемост на хранителните вещества. С преобладаването на въглехидратите в храната, усвояването на протеини и мазнини намалява. Замяната на растителни продукти с продукти от животински произход засилва метаболитните процеси в организма. Ако вместо растителни протеини се дават месо или млечни продукти и пшеничен вместо ръжен хляб, тогава смилаемостта на хранителните продукти се увеличава значително.

По този начин, за да се осигури правилното хранене на човека, е необходимо да се вземе предвид степента на усвояване на продуктите от тялото. Освен това храната трябва задължително да съдържа всички основни (задължителни) хранителни вещества: протеини и незаменими аминокиселини, витамини,силно ненаситени мастни киселини, минерали и вода.

По-голямата част от храната (75-80%) са въглехидрати и мазнини.

Диета- количеството и състава на хранителните продукти, необходими на човек на ден. Той трябва да попълва дневните енергийни разходи на тялото и да включва всички хранителни вещества в достатъчни количества.

За да съставите диети, е необходимо да знаете съдържанието на протеини, мазнини и въглехидрати в храните и тяхната енергийна стойност. С тези данни е възможно да се състави научно обоснована диета за хора от различни възрасти, пол и професии.

Диета и нейното физиологично значение. Необходимо е да се спазва определена диета, да се организира правилно: постоянни часове на хранене, подходящи интервали между тях, разпределение на дневната дажба през деня. Храненето винаги трябва да е в определено време поне 3 пъти на ден: закуска, обяд и вечеря. Закуската по отношение на енергийната стойност трябва да бъде около 30% от общата диета, обядът - 40-50%, а вечерята - 20-25%. Препоръчително е да вечеряте 3 часа преди лягане.

Правилното хранене осигурява нормално физическо развитие и умствена дейност, повишава работоспособността, реактивността и устойчивостта на организма към въздействията на околната среда.

Според учението на И. П. Павлов за условните рефлекси, човешкото тяло се адаптира към определено време на хранене: появява се апетит и започват да се отделят храносмилателни сокове. Правилните интервали между храненията осигуряват усещане за ситост през това време.

Три хранения на ден като цяло са физиологични. За предпочитане е обаче да има четири хранения на ден, което увеличава усвояването на хранителни вещества, по-специално протеини, не чувства глад в интервалите между отделните хранения и поддържа добър апетит. В този случай енергийната стойност на закуската е 20%, обядът - 35%, следобедният чай - 15%, вечерята - 25%.

Балансирана диета.Храненето се счита за рационално, ако нуждата от храна в количествено и качествено отношение е напълно задоволена, всички енергийни разходи са възстановени. Съдейства за правилния растеж и развитие на организма, повишава устойчивостта му към вредните въздействия на външната среда, допринася за развитието на функционалните възможности на организма и повишава интензивността на раждането. Рационалното хранене включва разработването на хранителни дажби и диети по отношение на различни контингенти от населението и условията на живот.

Както вече споменахме, храненето на здрав човек се основава на дневните хранителни дажби. Диетата и диетата на пациента се нарича диета. всеки диетаима определени компоненти на диетата и се характеризира със следните характеристики: 1) енергийна стойност; 2) химичен състав; 3) физични свойства(обем, температура, консистенция); 4) режим на мощност.

Регулиране на метаболизма и енергията.

Условнорефлекторни промени в обмяната на веществата и енергията се наблюдават при хора в предстартови и предработни състояния. Спортистите преди началото на състезанието, а работникът преди работа, има повишаване на метаболизма, телесната температура, консумацията на кислород се увеличава и се отделя въглероден диоксид. Можете да предизвикате условни рефлексни промени в метаболизма,енергия и топлинни процесихора на словесен стимул.

Влияние на нервната системи за обмен и енергияпроцеси в тялото извършва по няколко начина:

Незабавно въздействие нервна система(чрез хипоталамуса, еферентните нерви) към тъканите и органите;

Непряко влияние на нервната система чрезхипофизна жлеза (соматотропин);

опосредствановлияние на нервната система чрез тропхормони хипофизата и периферните жлези на вътрешниясекрети;

Пряко влияние нервен система (хипоталамуса) върху дейността на жлезите с вътрешна секреция и чрез тях върху метаболитните процеси в тъканите и органите.

Основният отдел на централната нервна система, който регулира всички видове метаболитни и енергийни процеси, е хипоталамус.Изразен ефект върху метаболитните процеси и топлоотделянето оказват вътрешна жлезасекрети. Хормоните на надбъбречната кора и щитовидната жлеза в големи количества увеличават катаболизма, т.е. разграждането на протеините.

В организма ясно се проявява тясно взаимосвързаното влияние на нервната и ендокринната система върху метаболитните и енергийните процеси. По този начин възбуждането на симпатиковата нервна система има не само директен стимулиращ ефект върху метаболитните процеси, но също така повишава секрецията на тиреоидни и надбъбречни хормони (тироксин и адреналин). Благодарение на това метаболизмът и енергийният метаболизъм се засилват допълнително. Освен това самите тези хормони повишават тонуса на симпатиковия отдел на нервната система. Значителни промени в метаболизмаИ топлообменът възниква, когато в тялото има дефицит на хормони на жлезите с вътрешна секреция. Например, липсата на тироксин води до намаляване на основния метаболизъм. Това се дължи на намаляване на консумацията на кислород от тъканите и отслабване на генерирането на топлина. В резултат на това телесната температура спада.

Хормоните на ендокринните жлези участват в регулацията на метаболизмаИ енергия чрез промяна на пропускливостта клетъчни мембрани(инсулин), активиране на ензимните системи на организма (адреналин, глюкагон и др.) ивлияещи върху техния биосинтез (глюкокортикоиди).

По този начин регулирането на метаболизма и енергията се извършва от нервната и ендокринната система, които осигуряват адаптирането на тялото към променящите се условия на неговото местообитание.

Вторият клон на биологичния цикъл е цикъл на разрушаване, състоящ се от процеси на разрушаване на органични съединения и преход на химични елементи от сложни органични съединения към прости минерални, придружени от освобождаване на енергия.

Процесите на разлагане започват в повечето живи организми и протичат успоредно с фотосинтезата. Това са процеси на дишане, в резултат на които част от синтезираната органична материя се разлага на първични продукти - въглероден диоксид и вода. Но в растенията синтезът на органични вещества далеч надвишава тяхното разграждане и като цяло растенията натрупват тези вещества. Останалата част от синтезираното вещество - първичната продукция - се окислява постепенно, преминавайки от едно трофично ниво на друго. Животните, за които растенията са единственият основен източник на химическа енергия, разлагат много интензивно органичните вещества. крайни продуктиТова окисление също се обслужва от въглероден диоксид и вода.

Но основните процеси на разлагане са свързани с трансформацията на мъртви растителни и животински останки. В разграждането им участва определена група организми - разградители - гъби, актиномицети, бактерии. На последния етап мъртвите органични остатъци се разграждат от микроорганизми (в по-малка степен това се случва чрез абиотично окисление). Използвайки химическата енергия, съдържаща се в органичните съединения, микроорганизмите превръщат протеините, мазнините и въглехидратите в прости минерални съединения, които се връщат в атмосферата (въглероден диоксид, вода и амоняк) и в почвата (пепелни елементи). Въпреки че това разлагане води до образуването на нови форми на жива материя под формата на тела на микроорганизми, общото количество органична материя намалява, тъй като основната част от нея е минерализирана.

Съвкупността от процеси на разлагане на органични вещества, при които химичните елементи се отделят от състава на сложни, богати на енергия органични съединения и отново образуват по-прости и по-бедни на енергия минерални съединения, се нарича минерализация на органичните вещества.

Скоростта на разрушаване на органичните съединения се подчинява на законите на географското зониране и се увеличава с увеличаване на притока слънчева енергия. При липса на топлина и излишък на влага годишната растителна постеля няма време да се срути и излишната морска маса се натрупва в ландшафта, образуват се гъсти отпадъци и торфени отлагания. При сухи условия с техния висок енергиен потенциал скоростта на унищожаване далеч надвишава производството и не настъпва натрупване на мъртва органична материя. Процесите на производство и разрушаване са най-балансирани при условия на оптимална топлина и влага.

В зависимост от климатичните условия скоростта на разлагане на органичните съединения е значително различна. Натрупва се неразложената и полуразложената част от растителни и животински останки. М. А. Глазовская нарече този процес детритогенеза. Количествените му характеристики са от голямо геохимично значение и се характеризират със следните показатели:

O1 - годишна растителна постеля, O2 - зелена част на постеля, O3 - горска постеля или филц, съотношението на O3 и O2 (OPI индекс на постеля), предложено от L.E. Rodin и N.I. Базилевич.

OPI \u003d O3 / O2 * 100%

Тези показатели варират значително в зависимост от естествената зона. Например O1 е 1 центнер/ха в такирите, 10 центнера/ха в арктическата тундра, 250 центнера/ха в тропическите гори и 15 центнера/ха в сухите степи, 20 центнера/ха в тропическите дъждовни гори, храстовата тундра - 835 q/ha. Индексът на постеля характеризира интензивността на процесите на разлагане и възлиза на 2000–5000% в храстовата тундра, 100% в сухите степи и 10% във влажните тропически гори.

По време на разлагането част от органичните остатъци преминават в почвения хумус, неговият дял е особено голям при условия на достатъчно топлина и лек дефицит на влага, т.е. в степни условия, където запасите от хумус достигат 600-1000 t/ha. В почвите на широколистните гори запасите от хумус са 300 t/ha, в тайгата - 100 t/ha, в тундрата - 70 t/ha. Стойностите на неразградените растителни остатъци са обратни - в степите 4-10 t/ha, тайгата - 40-50 t/ha, широколистните гори - 10-15 t/ha. Запасите от мъртва органична материя и запасите от биомаса в органите на растенията са важен резерв от хранителни вещества, който осигурява стабилността на биотата към колебанията на околната среда при условия на интензивно абиогенно отстраняване на пепел и азотни хранителни елементи.

В горските ландшафти (при условия на прекомерна влага и интензивен отток и загуба на хранителни вещества), доставката на пепелни елементи в живата материя и постелята, която здраво държи необходимите елементи, осигурява известна автономия ( висока степенизолация) на биологичния цикъл. В степите, където растителността не е в състояние да натрупа запаси от жива фитомаса и постелята бързо се унищожава, запасите от хумус са резервът на минерално хранене. За тези ландшафти хумусните запаси осигуряват известна автономност и стабилност. Гаранция за стабилност за ландшафтите на влажни екваториални гори, които нямат нито мощни отпадъци, нито хумусни запаси, е голямата изолация на биологичния цикъл и висока скоростразграждане на органични съединения.

Така процесът на минерализация обогатява ландшафта с безплатна енергия, която се носи от естествените води. Те стават по-активни и изпълняват огромни химическа работа. Наличност безплатна енергияправи пейзажа неравновесна система, но въпреки това, той запазва дълго времевашия външен вид. Това се обяснява не с термодинамичното равновесие, а със стационарността на процесите, протичащи в ландшафта. Стабилността на ландшафта се дължи на факта, че изразходваната излишна енергия непрекъснато се попълва от околната среда в количество, което компенсира намаляването й в ландшафта. По този начин, биогенен ландшафт - саморазвиваща се саморегулираща се неравновесна стационарна (устойчива) система(А. И. Перелман, Н. С. Касимов, 1999 г.) .

Цикълът на унищожаване има редица специфични характеристики:

1. Минерализацията е насочена към намаляване на сложността и разнообразието на системата, намаляване на количеството сложна биологична информация чрез увеличаване на неорганичната информация.

2. Разграждането на органичните съединения се характеризира, за разлика от процесите на тяхното образуване, с повторение във времето и пространството. Например, блатни води с високо съдържание на разтворени органични съединения и интензивна миграция на желязо и манган са типични за влажните тропически условия на настоящата и предишни епохи (палеозой и мезозой). Живата материя на тези епохи е различна. Едновременно в една епоха в различни природни зонихимическият състав на естествените води, определен от процесите на разлагане на органични съединения, е същият (слабо минерализирани и богати на разтворени органични вещества води на влажни ландшафти и слабо алкални кислородни класове на води на полусухи ландшафти). По този начин процесите на разлагане и свързаната с тях миграция на водата са по-равномерни от процесите на образуване на живата материя. Колкото и разнообразни да са живите организми, след смъртта им останките им се превръщат в едни и същи прости минерални съединения - въглероден диоксид и вода, както и вещества от хумусния тип.

Процесите на минерализация играят важна роля при формирането на геохимичните характеристики на ландшафта. В резултат на минерализация биогенно преразпределение на химични елементи, образуване на специфични биогенни минерали, промяна химичен съставландшафтни води.

Основната маса на живата материя е концентрирана над почвата или в горния хумусен хоризонт, като тук се извършва и минерализацията на мъртвите остатъци. Следователно, след минерализация, в горната част на почвения профил се натрупват биофилни елементи, чийто коефициент на биологично усвояване е по-голям от 1. Усвояването на елементи от корените на растенията става от цялата почва. Така растенията играят ролята на помпа, която преразпределя химичните елементи, като извлича биофилни елементи от целия почвен слой и ги натрупва в горния хоризонт. Този механизъм е отрицателна биоинертна обратна връзка в ландшафта, която допринася за стабилизирането както на почвата, така и на целия ландшафт като цяло.

Минерализацията се съпровожда от образуването на две групи биогенни минерали. Минералите от първата група са част от клетъчните секрети, скелета, черупките, черупките и др. Тези минерали имат органоморфна структура, т.е. запазват формата на клетките, в които са възникнали. Тези минерали се наричат ​​"биолити". След смъртта на живия организъм биолитите навлизат в тините, почвите, където губят органоморфната си структура и придобиват земен вид. Например черупките на сладководни мекотели се запазват в горните слоеве на алувиалните отлагания, докато в долните слоеве се превръщат в натрупвания на прахообразен варов карбонат, частично запазвайки формата на черупките. Тъканите на много растения съдържат калцитни кристали (дървесина, земни секрети по повърхността на листата, варовиков материал в клетъчната тъкан), които, когато се разлагат, обогатяват почвата с калций. Растенията и диатомеите на степите и планинските ливади се характеризират с натрупване на опалови (Si2 nH2O) тела - фитолитарии. След разграждането на растителните остатъци опалът губи вода, органоморфна структура, превръща се в халцедон, повторно се утаява и обогатява почвата със силициев диоксид (вторичен кварц).

Друга група биогенни минерали възникват извън телата на организмите от продуктите на тяхната жизнена дейност. Многобройни изследвания (Полинов B.B., M.A. Glazovskaya) както на примитивните почви на високите планини, така и на добре развитите почвени профили доказват, че фино диспергираната (глинеста) част на почвите се е образувала до голяма степен поради разлагането на останките от организми, т.е. Глинестите минерали в почвите са от биогенен произход. Това вероятно обяснява единството на глинестите минерали в почвите, образувани върху различни скали.

По този начин, в процеса на разлагане и по-нататъшна минерализация, има синтез на специфични органични съединения - хумус, специфични минерални съединения - глинести минерали, както и освобождаване на най-простите неорганични съединения. Тези процеси водят до преразпределение на химичните елементи в литогенната основа на ландшафта. Усвояването на химични елементи от почвите става от целия почвен профил. Разграждането на органичните съединения е главно в горния хоризонт.Тук след минерализация се натрупват онези химични елементи,които

Разграждането на органичните вещества до голяма степен определя формирането на химичния състав на подпочвените води. Подземните води получават въглероден диоксид, отделен по време на дишането на подземни части на растения и подземна фауна, органични киселини и техните соли, както и органоминерални комплекси и минерални съединения на азот, фосфор и сяра, образувани от продуктите на разпадане. Съставът на катионите в подземните води отразява тяхната биофилност. Например в повечето ландшафти (в техните води) калцият преобладава над магнезия, тъй като коефициентът на биологично усвояване на калция е по-голям от този на магнезия и има повече от него в продуктите за минерализация, следователно повече от него навлиза в подземните води. Като цяло, в ландшафти със силно натрупване на органично вещество, съставът на речните води слабо зависи от вместителните скали. Има един вид осредняване на химичния състав на водите, стават по-еднородни, напр. Във всички ландшафти на влажен климат те са свежи бикарбонатно-калциеви. Напротив, в бедните на живот ландшафти (пустини, сухи степи) съставът на водите зависи от състава на вместителните скали и тяхната разтворимост. Тук може да има сулфатни, на места и хлоридни води, а сред катионите нараства ролята на магнезия и натрия.

По този начин в различни ландшафти във формирането на химичния състав на водите участват както биохимични, така и физикохимични процеси, които протичат едновременно. Тези процеси са взаимосвързани и взаимозависими. В първия случай, химичен елементпреди да попадне в ландшафтните води, той преминава през тялото на организма и навлиза във водата от жива или мъртва органична материя, а във втория случай протича разтваряне на минерали, йонообмен и други реакции, при които организмите действат само като фактор, влияещ върху способността за разтваряне на водата. И двете категории процеси са развити във всички ландшафти. Но при едни водеща стойност е първото, при други – второто.

Индикатори за интензивността на процесите на разлагане.

Съотношението на постеля (O3) към зелената част на постеля (O2) дава добра представа за интензивността на разлагането на органичните вещества.