Билет 15. 1) Клетка как открытая система

1) Клетка как открытая система

А)Обмен веществ- метаболизм – процесс превращения веществ и энергии.включающий савокупность всех проткающих в клетке химических реакций,в резуьтате которых осуществляется связь ее с внешней средой. Он протекает в точном соответствии с первым законом термодинамики, согласно которому энергия не возникает и не уничтожается, она лишь переходит из одной формы в другую. анаболизм- ассимиляция –реакции синтеза сложных органических веществ из простых, протекающий с затратой энергии АТФ. катаболизм – распад и окмсление органических в-в на более простые.

фотосинтез- образование органических в-в при участии света. протекает в хлоропластах зеленых растений.имеет два этапа светофая фаза и темновая. световая фаза: свет падает на молекулу хлорофилла и возбуждает электроны которые сходят со своих орбит и с помощю спецпереносчиков в-в выходят за пределы мембраны тилакоидов.создавая отрицательно заряженное электрополе. Вместо этих электронов занимают электр. Воды,обр при разложении воды под действием света.при этом образуется О2.катионы водорода не проходят через мембрану и образуют положительно заряженные электрическое поле.при достижении критической разности потенциалов протоны водорода устремляются по протонному каналу в ферменте атф наружуюна выходе из канала создается высокий уровень енергии кот.идет на синтез АТФ.

АДФ+ Фнеорг. +Е=АТФ АТФ переходит в строму, где участвует в темновых фазах.она идет на тилакоидах гран,в строме есть углевод рибулезодифосфат-пентозаС5

1)к С5 присоединяется СО2,образуется С6,которое расщепляется на две молекулы триоз (2С3)-фосфоглицериновая кислота.2)каждая из С3 принимает по одной группе Н3РО4 от двух атф обогащая молекулы энергией.3)каждая из С3 принимает по одному атому водорода от 2 молекул НАДФ*Н 4)после этого одни триозы обьединяются,образуя угдеводы: 2С3 =С6=С6Н12О6 5)другие С3 образуют пентозы, которые вновь идут в цикл фиксации углерода(цикл кальвина)

В)энергетический обмен-катаболизм- этапы: 1этап-подготовительный.протекает в пищеварительной системе в клетках.под действием ферментов полимеры расщепляются на мономеры. 2 этап- (бескислородный, неполное окисление, гликолиз)неполное ферментативное расщепление С6Н12О6.глюкоза преврщается в 2 молекулы ПВК(пировиноградной кислоты)образуется НАД*Н и 2 молекулы АТФ.

С6Н1206+2АДФ+2 Н3РО4+2НАД=2ПВК(С3Н4О3)+2АТФ+2Н2О +4НАД*Н

Судьба пвк и над*н разная,у анаэробных брожение.в клетках растений при недостатке О2 молочная кислота.

3 этап кислородный,полное окисление.аэробное дыхание,

Пвк из цитоплазмы поступает в матрикс митохондрий, окисляясь,она направляется в АК(ацетил Кофермент А)

Цикл кребса АК встепает в реакцию с щавелевой кислотой из 2пвк=6со2+2 атф +4 над*н электронно – транспортная цепь, цепь переноса электронов происходит на внутренней мембране крист митохондрий. образуется 34 атф и 42 Н2О

Суммарно С6Н12О6 + 6О2 + 38 АДФ +38 Н3РО4 = 6СО2+42 Н2О +

Г)Пассивным транспортом назы­вается перенос веществ через мемб­рану по градиенту их концентрации, без затраты энергии. Такой транс­порт осуществляется посредством двух основных механизмов: простой диффузии и облегченной диффузии. Путем простой диффузии транспортируются малые гид­рофобные молекулы, для которых плазматическая мембрана проница­ема. Гидрофильные молекулы и ионы, не способные самостоятельно проходить через мембрану, транс­портируются с помощью специфиче­ских белков-переносчиков. Поэтому такой механизм транспорта получил название облегченной диффузии.

Активным транспортом называ­ется перенос веществ через мембрану против их градиентов концентрации. Он осуществляется с помощью бел­ков-переносчиков и требует затрат энергии, основным источником которой служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Благодаря высокой эффективности и универсальности, активный транспорт играет основ­ную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой.

Примером активного транспорта, исполь­зующего энергию гидролиза АТФ для пере­качки ионов Na⁺ и К⁺ через мембрану клетки, служит работа натриево-калиевого насоса, обеспечивающего создание мембранного по­тенциала на плазматической мембране клеток животных Насос образован встроен­ными в биологические мембраны специфиче­скими белками-ферментами аденозинтрифос-фатазами, катализирующими отщепление остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ. В состав АТФаз входят: ферментный центр, ионный канал и структурные элемен­ты, препятствующие обратной утечке ионов в процессе работы насоса. На работу натрие­во-калиевого насоса расходуется более 1/3 АТФ, потребляемой животной клеткой. Цикл работы натриево-калиевого насоса включает следующие стадии:

— связывание Na⁺ белком-переносчиком на внутренней поверхности мембраны;

— фосфорилирование белка за счет пере­хода АТФ в АДФ и образование внутри его спи­ральной аминокислотной цепи ионного кана­ла, достаточного для прохождения Na⁺, но слишком узкого для К⁺;

— перенос по ионному каналу Na⁺ через мембрану;

— присоединение к белку К⁺ и дефосфори-лирование белка;

— закрытие натриевого и открытие более широкого калиевого ионного канала;

— перенос К⁺ по ионному каналу на внут­реннюю поверхность мембраны;

— возврат системы в исходное положение.

В процессе работы натриево-калиевого на­соса на каждые два поглощенных иона калия из клетки выводится три иона натрия. В ре­зультате этого между двумя сторонами мемб­раны возникает разность потенциалов от 20 до 100 мВ, которая необходима для поддержания жизнедеятельности клетки: сохранения отно­сительного постоянства ее внутренней среды, осморегуляции и др.

Транспортные белки, которые генерируют разность потенциалов на мембране, называют­ся электрогенными насосами. Натриево-кали-евый насос служит главной электрогенной помпой животных клеток. В клетках бактерий грибов и растений такой помпой является про­тонный насос, который активно выкачивает ионы водорода (протоны) из клетки в окружа­ющую среду.

Транспорт в мембранной упаков­ке, в зависимости от того, в каком на­правлении переносятся вещества (в клетку или из нее), подразделяет­ся на эндоцитоз и экзоцитоз.

Эндоцитозом называется процесс поглощения макромолекул и более крупных час­тиц (вирусов, бактерий, фрагментов клеток) клеткой. Эндоцитоз осуще­ствляется путем фагоцитоза и пино-цитоза

Фагоцитоз — процесс активного захвата и поглощения клеткой микроскопи­ческих живых объектов (микробов, фрагментов клеток) и других твер­дых микрочастиц. В ходе фагоцитоза клетка с помощью рецепторов распо­знает специфические молекулярные группировки фагоцитируемой части­цы. Затем в месте прикосновения час­тицы к мембране клетки образуются выросты плазмалеммы — псевдопо­дии, которые обволакивают микро­частицу со всех сторон. В результате слияния псевдоподий такая частица оказывается заключенной внутри пу­зырька, окруженного мембраной, ко­торый называется фагосомой. Фаго-сома, погружаясь в цитоплазму, мо­жет сливаться с первичной лизосо-мой, вследствие чего поглощенная клеткой органическая микрочасти­ца, например бактериальная клетка, переваривается. Путем фагоцитоза питаются амебы и ряд других про­стейших. У многоклеточных живот­ных и человека к фагоцитозу способ-

ны только немногие клетки (напри­мер, макрофаги соединительной тка­ни и лейкоциты крови). Эти клетки поглощают бактерии, а также разно­образные твердые частицы, случайно попавшие в организм и, тем самым, защищают его от болезнетворных микроорганизмов и посторонних час­тиц.

Пиноцитоз — захват клеточной поверхностью и по­глощение клеткой жидкости (в виде истинных и коллоидных растворов). Механизм этого процесса в общих чертах сходен с фагоцитозом: капля жидкости погружается в образовав­шееся углубление клеточной мемб­раны, окружается ею и оказывается в цитоплазме в виде пузырька диа­метром 0,07—2 мкм. При слиянии пузырька с лизосомой, содержащие ся в нем вещества, перевариваются до простейших органических соеди­нений.

В процессе пиноцитоза большое по площади количество мембран изыма­ется с поверхности клетки. Напри­мер, в течение часа может быть по­глощена мембрана, площадь которой вдвое превышает всю поверхность клетки. Однако компенсаторные ме­ханизмы непрерывно пополняют эту убыль, благодаря чему общая пло­щадь пдазмалеммы остается относи­тельно постоянной. Пиноцитоз — основной способ транспорта в клетку макромолекул белков, липидов и гликопротеинов. О его интенсивно­сти свидетельствует способность клетки поглощать за сутки количест­во жидкости, равное объему самой клетки.

Механизм пиноцитоза весьма сложен. Этот процесс осуществляется в специализиро­ванных областях поверхностного аппарата клетки, называемых окаймленными ямками. Они представляют собой небольшие впячива-ния плазмалеммы, под которыми находится большое количество белка клатрина. В облас­ти окаймленных ямок на поверхности клеток располагаются также многочисленные рецеп­торы, способные специфически распознавать и связывать транспортируемые молекулы. Та­кие молекулы называются лигандами. Пиноци-тоз, благодаря высокой концентрации рецеп­торов в окаймленных ямках, обеспечивает из­бирательность и эффективность транспорта специфических молекул..

Экзоцитоз — процесс выведения веществ из клетки. Вещества, подлежащие выведению из клетки, заключаются в транспортные пузырьки, кото­рые обычно образуются в комплексе Гольджи и в эндоплазматической сети и направляются к клеточной мембране. Мембрана пузырьков встраивается в нее, а содержимое их изливается за пределы клетки, либо, сохраняя связь с плазмалем-мой, включается в гликокалликс.

Существуют два типа экзоцитоза: конститутивный (основной) и регу­лируемый.

Конститутивный экзоцитоз непрерывно протека­ет во всех клетках организма. Он служит основным механизмом выведения из клетки продуктов метаболизма и постоянного восста­новления клеточной мембраны.

Регулируемый экзоцитоз осуществляется лишь в специальных клетках, выполняющих

секреторную функцию.

2) Эволюционное учение.

а) Эффективный размер популяции, его эволюционное значение.

Экологическая популяция характеризуется величиной, оцениваемой по занимаемой территории (ареалу), численности особей, возрастному и половому составу. Размеры ареала зависят от радиусов индивидуальной активности организмов данного вида и особенностей природных условий на соответствующей территории. Численность особей в популяциях организмов разных видов различается. Так, количество стрекоз Leucorrhinia albifrons в популяции на одном из подмосковных озер достигало 30 000, тогда как численность земляной улитки Cepaea nemoralis оценивалась в 1 000 экземпляров. Существуют минимальные значения численности, при которых популяция способна поддерживать себя во времени. Сокращение численности ниже этого минимума приводит к вымиранию популяции.

Величина популяции постоянно колеблется, что зависит от изменения экологической ситуации. Так, осенью благоприятного по кормовым условиям года популяция диких кроликов на одном из островов у юго-западного побережья Англии состояла из 10 000особей. После холодной малокормной зимы число особей снизилось до 100.

Межпопуляционные миграции особей, сколь бы незначительными они ни были, препятствуют углублений различий и объединяют популяции в единую систему вида. Однако в случае длительной изоляции некоторых популяций от остальной части вида первоначально минимальные различия нарастают. В конечном итоге это приводит к генетической (репродуктивной) изоляции, что и означает появление нового вида. В эволюционный процесс непосредственно включены отдельные популяции, а завершается он образованием вида.

Таким образом, популяция является элементарной эволюционной единицей, тогда как вид – качественным этапом эволюции, закрепляющим её существенный результат.

б) Популяционные волны, их роль в эволюционном процессе.

Популяционными волнами или волнами жизни называют периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Это явление распространяется на все виды животных и растений, а также на микроорганизмы. Причины колебаний часто имеют экологическую природу. Так размеры популяций «жертвы» (зайца) растут при снижении давления на них со стороны популяций «хищника» (рыси, лисицы, волка). Отмечаемое в этом случае увеличение кормовых ресурсов способствует росту численности хищников, что, в свою очередь, интенсифицирует истребление жертвы.

Вспышки численности организмов некоторых видов, наблюдавшиеся в ряде регионов мира, были обусловлены деятельностью человека. В XIX-XX вв. это относится к популяциям кроликов в Австралии, домовых воробьев в Северной Америки, канадской элодеи в Евразии.

В настоящее время существенно возросли размеры популяций домовой мухи, находящей прекрасную кормовую базу в виде разлагающихся пищевых отбросов вблизи поселений человека. Напротив, численность популяций домовых воробьев в городах падает вследствие прекращения широкого использования лошадей. Масштабы колебаний численности организмов разных видов варьируют. Для одной из зауральских популяций майских жуков отмечены изменения количества особей в 10⁶ раз.

Изменение генофондов популяций происходит. Как на подъеме, так и на спаде популяционной волны. При росте численности организмов наблюдается слияние ранее разобщенных популяций и объединение их генофондов. Так как популяции по своему генетическому составу уникальны, в результате такого слияния возникают новые генофонды с измененными по сравнению с исходными частотами аллелей. В условиях возросшей численности интенсифицируются межпопуляционные миграции особей. Что также способствует перераспределению аллелей. Рост количества организмов обычно сопровождается расширением занимаемой территории.

На гребне популяционной волны некоторые группы особей выселяются за пределы ареала вида и оказываются в необычных условиях существования. В таком случае они испытывают действие новых факторов естественного отбора. Повышение концентрации особей в связи с ростом их численности усиливает внутривидовую борьбу за существование.

При спаде численности наблюдается распад крупных популяций. Возникающие малочисленные популяции характеризуются измененными генофондами. В условиях массовой гибели организмов редкие мутантные аллели могут быть генофондом потеряны. При сохранении редкого аллеля его концентрация в генофонде малочисленной популяции автоматически возрастает. На спаде волны жизни часть популяций, как правило, небольших по размерам, остается за пределами обычного ареала вида. Чаще они, испытывая действие необычных условий жизни, вымирают. Реже, при благоприятном генетическом составе, такие популяции переживают период спада численности. Будучи изолированными от основной массы вида, существуя в необычной среде, они нередко являются родоначальниками новых видов.

Популяционные волны – это эффективный фактор преодоления генетической инертности природных популяций. Вместе с тем их действие на генофонды не является направленным. В силу этого они, так же как и мутационный процесс, подготавливают эволюционный материал к действию других элементарных эволюционных факторов.

в) Формы естественного отбора и их характеристика.

В зависимости от результата различают стабилизирующую, движущую и дизруптивную формы естественного отбора. Стабилизирующий отбор сохраняет в популяции средний вариант фенотипа или признака. Он устраняет из репродуктивного процесса фенотипы, уклоняющиеся от сложившейся адаптивной «нормы», приводит к преимущественному размножению типичных организмов. Так, сотрудник одного из университетов США подобрал после снегопада и сильного ветра 136 оглушенных воробьев Passer domesticus. Из них 72 выживших воробья имели крылья средней длины, тогда как 64 погибшие птицы были либо длиннокрылыми, либо короткокрылыми. Стабилизирующая форма соответствует консервативной роли естественного отбора. При относительном постоянстве условий среды благодаря этой форме сохраняются результаты предшествующих этапов эволюции.

Движущий (направленный) отбор обусловливает последовательное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления. При смене условий обитания благодаря этой форме отбора в популяции закрепляется фенотип, более соответствующий среде. После того как новое значение признака придет в оптимальное соответствие условиям среды, движущая форма отбора сменяется стабилизирующей. Примером такого отбора является замещение в популяции гавани Плимут (Англия) крабов Carcinus maenasс широким головогрудным щитком животными с узким щитком в связи с увеличением количества ила.

Направленный отбор составляет основу искусственного отбора. Так, в одном эксперименте на протяжении ряда поколений из популяции шестинедельных мышей отбирали для скрещивания наиболее тяжелых и наиболее легких животных. Избирательное воспроизведение по признаку массы тела привело к образованию двух самостоятельных популяций, соответственно с возрастающей и убывающей массой тела. По окончании опыта, занявшего 11 поколений, ни одна из этих популяций не вернулась к первоначальной массе.

Дизруптивный (разрывающий) отбор сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Он действует против особей со средним или промежуточным значением признаков. Так, в зависимости от преобладающего цвета почвы улитки Cepaea nemoralis имеют раковины коричневой, желтой, розовой окраски. Дизруптивная форма отбора «разрывает» популяцию по определенному признаку на несколько групп. Она поддерживает в популяции состояние генетического полиморфизма.

г) Творческая роль естественного отбора.

Естественный отбор нельзя рассматривать как «сито», сортирующее генотипы по приспособленности. В эволюции ему принадлежит творческая роль. Исключая из размножения генотипы с малой приспособительной ценностью, сохраняя благоприятные генные комбинации разного масштаба, он преобразует картину генотипической изменчивости, складывающуюся первоначально под действием случайных факторов, в биологически целесообразном направлении. Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях – пути специализации (аллогенез).

д) Диалектико-материалистическое обоснование биологической целесообразности.

В зависимости от формы отбор сокращает масштабы изменчивости, создает новую или сохраняет прежнюю картину разнообразия. Как и другие элементарные эволюционные факторы, естественный отбор вызывает изменения в соотношении аллелей в генофондах популяций. Особенность его действия состоит в том, что эти изменения направлены. Отбор приводит генофонды в соответствие с критерием приспособленности. Он осуществляет обратную связь между изменениями генофонда и условиями обитания, накладывает на эти изменения печать биологической целесообразности (полезности). Естественный отбор действует совместно с другими эволюционными факторами. Поддерживая генотипическое разнообразие особей в ряду поколений, мутационный процесс, а также популяционные волны, комбинативная изменчивость создают для него необходимый материал.

3) СОСАЛЬЩИК ПЕЧЕНОЧНЫЙ – Fasciola hepatica- возбудитель фасциолеза - антропозооноза природно-очагового заболевания.

Географическое распространение -повсеместно.

Локализация -желчные протоки печени.

Морфологическая характеристика. Листовидной формы, 3 - 5 см в длину, на переднем конце расположены две присоски: ротовая - терминально и брюшная - чуть ниже. Кожно-мускульный мешок представлен тегументом и тремя мышечными слоями. В пищеварительной системе представлены рот, глотка и два главных канала кишечника, имеющих многочисленные разветвления. Кишечник заканчивается слепо. Выделительная система протонеф-ридиального типа, имеется центральный выделительный канал, заканчивающийся выделительной порой. Половая система гермафродитная. Семенники сильно раз­ветвлены, расположены в средней части тела, яичник также разветвлен. Матка ро-зетковидная, лежит позади брюшной при­соски.

Цикл развития. Биогельминт. Окончательные хозяева -травоядные животные, свиньи и человек. Промежуточный хозяин - пресноводный моллюск, малый прудовик – Limnea truncatula, в теле которого происходит партеногенетическое размножение личинок. В результате из одного мирацидия, попавшего в моллюска, выходят в воду 160 церкариев.

Водная среда: яйцо, мирацидий.

Промежуточный хозяин – моллюск: спороцисты, редии, церкарии.

Водная среда: адолескарий.

Окончательный хозяин: половозрелая особь.

Инвазионная форма для человека и других окончательных хозяев - адолескарий, прикреплен­ный к водным растениям.

Патогенное действие. Вызывает задержку оттока желчи, воспалительный процесс в поражен­ном органе, очень редко приводит к развитию цирроза. Имеет место общее токсическое действие на организм больного.

Источник заражения. Очаг возникает при наличии прудовиков в водоеме и высокой заболева­емости среди рогатого скота, фекалии которых могут попадать в водоем.

Диагностика. Обнаружение яиц в фекалиях больного, а также при дуоденальном зондирова­нии в содержимом двенадцатиперстной кишки. Яйца крупные, 130 - 150 мкм в длину, правильной овальной формы, желтоватой окраски, на одном полюсе имеется крышечка. Возможно выявление "транзитных яиц" в фекалиях здорового человека. Во избежание ошибок за несколько дней до по­вторного обследования следует исключить печень из рациона больного.

Профилактика: а) общественная - санитарно-просветительная работа; борьба с моллюсками; ветеринарные мероприятия, связанные с оздоровлением домашних животных; б) личная - не упо­треблять для питья сырую воду из стоячих водоемов, тщательно мыть зелень и овощи.

Дата добавления: 2015-04-24