Распад сложных органических веществ происходит. Разложение органических веществ
Процесс разрушения сложных органических соединений происходит в определенной последовательности и в присутствии катализаторов этих реакций - ферментов, которые выделяются клетками бактерий. Ферменты - сложные белковые соединения (молекулярная масса достигает сотен тысяч н миллионов), ускоряющие биохимические реакции. Ферменты бывают одно- и двухкомпонентные. Двухкомпонентные ферменты состоят из белковой (апофермент) и небелковой (кофермент) части. Каталитической активностью обладает кофермент, а белковый носитель увеличивает его активность.
Различают ферменты, вырабатываемые бактериями для внеклеточного расщепления веществ - экзоферменты и внутренние пищеварительные ферменты - эндоферменты.
143
Особенность ферментов состоит в том, что каждый из них катализирует только одно из многих превращений. Существуют шесть основных ферментных классов: оксиредуктазы; трансферазы; гидралазы; лиозы; изомеразы; лигазы.
Для разрушений сложной смеси органических веществ необходимо 80-100 различных ферментов, каждый из них имеет свою оптимальную температуру, выше которой скорость реакции падает.
Процесс биологического окисления состоит из множества ступеней и начинается с расщепления органического вещества с выделением активного водорода. В этом процессе особую роль играют ферменты класса оксиредуктазы: дегидрогеназы (отнимающие водород от субстрата), каталазы (расщепляющие перекись водорода) и пероксидазы (использующие активированную перекись для окисления других органических соединений).
Существуют вещества, которые повышают активность ферментов - активаторы (витамины, катионы Са, Mg , Mn), и ингибиторы, оказывающие противоположное действие (например, соли тяжелых металлов, антибиотики).
Ферменты, которые постоянно присутствуют в клетках, независимо от субстрата, называются конститутивными. Ферменты, которые синтезируются клетками в ответ на изменение внешней среды, называются адаптивными. Срок адаптации составляет от нескольких часов до сотен дней.
Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях можно схематично представить в следующем виде:
где CxHyOzN - все органические вещества сточных вод; АН - энергия; C5H7N02 - условная формула клеточного вещества бактерий.
Реакция (I) показывает характер окисления вещества для удовлетворения энергетических потребностей клетки (катаболический процесс), реакция (II) - для синтеза клеточного вещества (анаболический процесс). Затраты кислорода на эти реакции составляют БПКполн сточной во-
ды. Реакции (III) и (IV) характеризуют превращение клеточного вещества в условиях недостатка питательных веществ. Общий расход кислорода на все 4 реакции приблизительно вдвое больше, чем на (I) и (II).
Большое количество биохимических реакций происходит с помощью кофермента А (или КоА, КоА-SH кофермент ацилирования). Ко- фермент А является производным ^-меркаптоэтиламида пантотеновой кислоты и нуклеотида - аденозин-3,5-дифосфата (C21H36Ol67P3S) с молекулярной массой 767,56. КоА активирует карбоновые кислоты, образуя с ними ацилпроизводные КоА.
Легко окисляются бензойная кислота, этиловый и амиловый спирты, гликоли, глицерин, анилин, сложные эфиры и др. Плохо окисляются нитросоединения, «жесткие» ПАВ, трехатомные спирты и др. Наличие функциональных групп увеличивает способность к биологическому разрушению соединений в такой последовательности:
Диссимиляция - это комплекс химических реакций, в которых происходит постепенный распад сложных органических веществ до более простых. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии, значительная часть которой используется в синтезе АТФ.
Диссимиляция в биологии
Диссимиляция является процессом, противоположным ассимиляции. В качестве исходных веществ, подлежащих распаду, выступают нуклеиновые кислоты, белки, жиры и углеводы. А конечные продукты - это вода, углекислый газ и аммиак. В организме животных продукты распада по мере постепенного накопления выводятся наружу. А у растений углекислый газ выделяется частично, а аммиак в полном объеме применяется в процессе ассимиляции, служа исходным материалом для биосинтеза органических соединений.
Взаимосвязь диссимиляции и ассимиляции позволяет тканям организма постоянно обновляться. Например, в течение 10 дней в человеческой крови обновляется половина клеток альбумина, а за 4 месяца перерождаются все эритроциты. Соотношение интенсивности двух противоположных процессов обмена веществ зависит от многих факторов. Это и стадия развития организма, и возраст, и физиологическое состояние. В ходе роста и развития в организме преобладает ассимиляция, в результате образовываются новые клетки, ткани и органы, происходит их дифференциация, то есть масса тела увеличивается. В случае наличия патологий и при голодании процесс диссимиляции преобладает над ассимиляцией, и тело уменьшается в весе.
Классификация организмов по характеру диссимиляции
Все организмы можно поделить на две группы, в зависимости от условий, в которых протекает диссимиляция. Это аэробы и анаэробы. Первым для жизнедеятельности требуется свободный кислород, вторые не испытывают необходимости в нем. У анаэробов диссимиляция протекает путем брожения, которое представляет собой бескислородное ферментативное расщепление органических веществ до более простых. Например, молочнокислое или спиртовое брожение.
Этапы диссимиляции у аэробных организмов: подготовительный этап
Расщепление органических веществ у аэробов осуществляется в три шага. При этом на каждом из них происходит несколько определенных ферментативных реакций.
Первый этап - подготовительный. Основная роль на этой стадии принадлежит у многоклеточных организмов пищеварительным ферментам, находящимся в желудочно-кишечном тракте. У одноклеточных - ферментам лизосом. В ходе первого этапа белки распадаются на аминокислоты, жиры образуют глицерин и жирные кислоты, полисахариды расщепляются на моносахариды, нуклеиновые кислоты на нуклеотиды.
Гликолиз
Второй этап диссимиляции - гликолиз. Он протекает без кислорода. Биологическая сущность гликолиза состоит в том, что он представляет собой начало расщепления и окисления глюкозы, в результате чего накапливается свободная энергия в виде 2 молекул АТФ. Это происходит в ходе нескольких последовательно идущих реакций, конечным итогом которых становится образование из одной молекулы глюкозы двух молекул пирувата и такого же количества АТФ. Именно в виде аденозинтрифосфорной кислоты запасается часть энергии, которая выделилась в результате гликолиза, Остальная часть подлежит рассеиванию в виде тепла. Химическая реакция гликолиза: С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ.
В условиях недостатка кислорода в растительных клетках и в клетках дрожжей пирувират расщепляется на два вещества: этиловый спирт и углекислый газ. Это и есть спиртовое брожение.
Количество энергии, высвобождаемой при гликолизе, недостаточно для тех организмов, которые дышат кислородом. Именно поэтому в организме животных и человека при больших физических нагрузках в мышцах синтезируется служащая резервным источником энергии и накапливающаяся в виде лактата. Характерным признаком данного процесса является появление боли в мышцах.
Кислородный этап
Диссимиляция - это очень сложный процесс, и третий кислородный этап также представляет собой две последовательно идущих реакции. Речь идет о цикле Кребса и окислительном фосфорилировании.
В ходе кислородного дыхания происходит окисление пирувирата до окончательных продуктов, которыми являются СО2 и Н2О. При этом выделяется энергия, запасаемая в виде 36 молекул АТФ. Затем эта же энергия обеспечивает синтез органических веществ в пластическом объеме. Эволюционно возникновение данного этапа связано с накоплением в атмосфере молекулярного кислорода и появлением аэробных организмов.
Местом осуществления (клеточного дыхания) являются внутренние мембраны митохондрий, внутри которых имеются молекулы-переносчики, осуществляющие транспорт электронов к молекулярному кислороду. Энергия, образуемая на этой стадии, частично расссеивается в виде тепла, остальная же идет на образование АТФ.
Диссимиляция в биологии - это реакция которого выглядит так: С6Н12O6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2O + 38АТФ.
Таким образом, диссимиляция - это совокупность реакций, происходящих за счет органических веществ, которые были ранее синтезированы клеткой, и свободного кислорода, который поступил из внешней среды в процессе дыхания.
Данное издание представляет собой ответы на вопросы экзамена по биологии в 9-м классе средней школы. Эти вопросы предлагаются Министерством образования РФ и опубликованы в «Вестнике образования», официальном издании министерства.
Вопросы в билетах объединены таким образом, что правильный развернутый ответ на оба вопроса любого из билетов позволяет оценить знания биологии в целом, а не какого-то одного из ее разделов. Большое внимание уделено таким общим биологическим проблемам, как эволюционный процесс, размножение животных и растительных организмов, роли разных групп живых организмов в биоценозах, проблема приспособления к условиям обитания и т.д.
В школьных учебниках, безусловно, можно найти ответы на все предлагаемые в билетах вопросы. Одной из стоявших перед авторами задач было облегчение этих поисков, объединение знаний, представленных в разных учебниках. Ответы на вопросы содержат материал, несколько выходящий за рамки школьной учебной программы, что позволит использовать их в средних учебных заведениях с существенно отличающимися друг от друга программами преподавания биологии. Кроме того, это позволит использовать их в дальнейшем для подготовки к выпускным экзаменам в школе и к вступительному экзамену по биологии в вузы.
Билет № 1
1. Обмен веществ и превращение энергии. Значение обмена веществ в жизни человека
Обмен веществ заключается в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, усвоении и изменении этих веществ и в выделении образовавшихся продуктов распада. При осуществлении всех этих процессов наблюдается множество химических, механических, термических и электрических явлений, непрерывно происходит превращение энергии: химическая энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается и превращается в тепловую, механическую, электрическую энергию. В организме освобождается преимущественно тепловая и механическая энергия. Электрической энергии освобождается очень мало, но она имеет важнейшее значение для функционирования нервной и мышечной систем. За счет освобождающейся энергии поддерживается постоянная температура тела у теплокровных животных и совершается внешняя работа. Освобождение энергии необходимо также для поддержания структур клеток и для синтеза сложных органических соединений.
Обмен веществ и превращения энергии неотделимы друг от друга. Процессы обмена веществ и энергии в живом организме протекают согласно единому закону – закону сохранения материи и энергии . В живом организме материя и энергия не создаются и не исчезают, происходит лишь их изменение, поглощение и выделение.
Обмен веществ в организме состоит из процессов ассимиляции (образования сложных веществ из простых) и диссимиляции (распада веществ). В процессе ассимиляции (или пластического обмена) образуются сложные органические вещества, которые входят в состав различных структур организма. В процессе диссимиляции (или энергетического обмена) происходит распад сложных органических веществ, превращение их в более простые. При этом выделяется энергия, необходимая для нормальной жизнедеятельности организма.
Обмен веществ в организме – это единый процесс, связывающий превращения различных веществ: так, например, белки могут превращаться в жиры и углеводы, а жиры – в углеводы.
Белки поступают в организм человека с пищей, в пищеварительном канале под воздействием ферментов расщепляются до аминокислот, которые в тонком кишечнике всасываются в кровь. Затем в клетках из аминокислот синтезируются собственные белки, свойственные данному организму. Однако часть аминокислот подвергается распаду, при этом выделяется энергия (при распаде 1 г белка выделяется 17,6 кДж, или 4,1 кКал, энергии).
Конечные продукты распада белков – это вода, углекислый газ, аммиак, мочевина и некоторые другие. Аммиак (в виде сульфата аммония) и мочевина выводятся из организма через мочевыделительную систему. Если функции почек нарушены, то эти азотсодержащие вещества будут накапливаться в крови и отравлять организм. Белки в организме не откладываются, «белковых депо» в организме нет. У взрослых людей синтез и распад белков уравновешены, а в детском возрасте преобладает синтез.
Функции белков в организме очень разнообразны: пластическая (в составе клеток примерно 50% белков), регуляторная (многие гормоны – белки), ферментативная (ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, они значительно увеличивают скорость биохимических реакций), энергетическая (белки представляют собой энергетический резерв в организме, который используется при нехватке углеводов и жиров), транспортная (гемоглобин транспортирует кислород), сократительная (актин и миозин в мышечной ткани). Суточная потребность человека в белках составляет примерно 100–118 г.
Основной источник энергии в организме – это углеводы . При распаде 1 г глюкозы выделяется столько же энергии, сколько при распаде 1 г белков (17,6 кДж, или 4,1 кКал), однако процессы окисления углеводов происходят гораздо легче и быстрее, чем окисление белков. Полисахариды, поступившие в пищеварительный тракт с пищей, расщепляются до мономеров (глюкозы). Глюкоза всасывается в кровь. В крови концентрация глюкозы поддерживается на постоянном уровне 0,08–0,12% благодаря гормонам поджелудочной железы – инсулину и глюкагону. Инсулин превращает избыток глюкозы в гликоген («животный крахмал»), который откладывается в печени и мышцах. Глюкагон, наоборот, переводит гликоген в глюкозу, если ее содержание в крови уменьшается. При недостатке инсулина развивается тяжелая болезнь – диабет. Конечные продукты распада углеводов – вода и углекислый газ. Суточная потребность человека в углеводах составляет примерно 500 г.
Значение жиров для организма заключается в том, что они являются одним из важнейших источников энергии (при распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж, или 9,3 кКал, энергии). Кроме того, жиры выполняют в организме защитную, амортизационную, пластическую функции, являются источником воды. Жиры откладываются про запас (в основном – в подкожной клетчатке). В пищеварительном тракте жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот. Всасываются жиры в лимфу. При диссимиляции окисляются до воды и углекислого газа. Суточная потребность человека в жирах составляет примерно 100 г.
Важную роль в организме играет и обмен воды и минеральных солей . Вода – это универсальный растворитель, все реакции в клетках идут в водной среде. За сутки человек теряет примерно 2,5 л воды (с мочой, потом, при дыхании), поэтому и суточная норма потребления воды равна 2,5–3 л. Минеральные соли необходимы для нормального функционирования всех систем организма. Они входят в состав всех тканей, участвуют в процессах пластического обмена, необходимы для синтеза гемоглобина, желудочного сока, для развития костно-мышечной и нервной систем и т.д. Наиболее велика потребность организма в фосфоре, кальции, натрии, хлоре, калии, однако в небольших количествах необходимы и многие другие элементы (медь, магний, железо, цинк, бром и т.д.).
Обмен веществ невозможен без участия витаминов . Это органические вещества, которые требуются организму в очень малых количествах (иногда – сотые доли миллиграмма в сутки). Витамины часто входят в состав ферментов как коферменты, способствуют действию гормонов, повышают сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям среды. К наиболее важным витаминам относятся витамины С, А, Д, и группы В. При недостатке того или иного витамина развивается гиповитаминоз, при избытке – гипервитаминоз.
Пластический и энергетический обмены взаимосвязаны. В процессе обмена веществ непрерывно образуется энергия, которая так же непрерывно расходуется на совершение работы, обеспечение нервной деятельности, синтез веществ. Источник энергии для человека – это питательные вещества, поэтому важно, чтобы в пище были все необходимые для нормального обмена веществ органические и неорганические соединения. Образующиеся конечные продукты обмена выводятся из организма через легкие, кишечник, кожу и почки. Главная роль в выведении из организма продуктов распада принадлежит почкам, через которые удаляются мочевина, мочевая кислота, соли аммония, выводится избыток воды, солей.
Нормальный обмен веществ – основа здоровья. Нарушения обмена приводят к тяжелым заболеваниям (диабет, подагра, ожирение или, наоборот, потеря веса и т.д.).
2. Причины эволюции. Усложнение растений в процессе эволюции
В 1859 г. Ч.Дарвин в своем гениальном труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» писал, что основной движущей силой эволюции является естественный отбор на основе наследственной изменчивости.
К факторам естественного отбора в природе относятся интенсивность размножения (чем она выше, тем больше шансов у вида сохраниться и расширить границы обитания) и борьба за существование . Борьба за существование может быть внутривидовой – это наиболее напряженная форма борьбы, которая, однако, редко характеризуется проявлениями жестокости, – и межвидовой, которая может быть жестокой. Еще одна форма борьбы за существование – это борьба с неблагоприятными условиями среды. Дарвин писал, что естественный отбор – это переживание наиболее приспособленных видов. Через естественный отбор достигается приспособление.
В процессе эволюции растений происходили следующие события. В архейской эре (примерно 3,5 млрд лет назад) появились синезеленые водоросли, которые относят к цианобактериям: это были одноклеточные и многоклеточные прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Появление синезеленых водорослей привело к обогащению атмосферы Земли кислородом, необходимым для всех аэробных организмов.
В протерозойской эре (примерно 2,6 млрд лет назад) господствовали зеленые и красные водоросли. Водоросли – это низшие растения, тело которых не расчленено на отделы и не имеет специализированных тканей (такое тело называют талломом). Водоросли продолжали господствовать и в палеозое (возраст палеозоя примерно 570 млн лет), однако в силурийском периоде палеозоя появляются древнейшие высшие растения – риниофиты (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни. В девонском периоде палеозоя появляются моховидные и папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), а господствуют на Земле риниофиты и водоросли. В девоне же появляется и новое царство – высшие споровые растения* – это грибы, моховидные и папоротникообразные. У мхов появляются стебли и листья (выросты стебля), однако корней еще нет; функцию корней выполняют ризоиды – нитевидные выросты на стебле. В цикле развития мхов преобладает гаплоидное поколение (гаметофит) – это листостебельное растение мха. Диплоидное поколение (спорофит) у них не способно к самостоятельному существованию и питается за счет гаметофита. У папоротникообразных появляются корни; в цикле их развития преобладает спорофит (листостебельное растение), а гаметофит представлен заростком – это маленькая сердцевидная пластинка у папоротников или клубенек у плаунов и хвощей. В древности это были огромные древовидные растения. Размножение у высших споровых невозможно без воды, т.к. оплодотворение яйцеклетки у них происходит в капельках воды, в которых подвижные мужские гаметы – сперматозоиды – движутся к яйцеклеткам. Именно поэтому вода для высших споровых – ограничивающий фактор: если не будет капельной воды, размножение этих растений станет невозможным.
В карбоне (каменноугольном периоде) появляются семенные папоротники, от которых в дальнейшем, как полагают ученые, произошли голосеменные растения. Господствуют на планете гигантские древовидные папоротникообразные (именно они и образовали залежи каменного угля), а риниофиты в этом периоде полностью вымирают.
В пермском периоде палеозоя появляются древние голосеменные растения. Господствуют в этом периоде семенные и травянистые папоротники, а древовидные папоротникообразные вымирают. Голосеменные растения относятся к семенным растениям. Размножаются они семенами, которые не защищены стенками плода (цветков и плодов у голосеменных растений нет). Появление этих растений было связано с поднятием суши и колебаниями температуры и влажности. Размножение этих растений уже не зависит от воды.
В мезозое (возраст мезозоя примерно 240 млн лет) различают три периода – триасовый, юрский и меловой. В мезозое появляются современные голосеменные (в триасе) и первые покрытосеменные (в юрском периоде). Господствующие растения – голосеменные. Древние голосеменные растения и папоротники в эту эру вымирают.
Появление покрытосеменных растений было связано с целым рядом ароморфозов. У этих растений появляется цветок – видоизмененный укороченный побег, приспособленный для образования спор и гамет. В цветке осуществляется опыление, оплодотворение, формируются зародыш и плод. Семена покрытосеменных растений защищены околоплодником – это способствует их сохранению и распространению. При половом размножении у этих растений происходит двойное оплодотворение: один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй спермий – центральную клетку зародышевого мешка, в результате чего образуются зародыш и триплоидный эндосперм – питательная ткань зародыша. Оплодотворение происходит в зародышевом мешке, который развивается в семяпочке, защищенной стенками завязи.
Среди покрытосеменных растений есть и травы, и кустарники, и деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Эволюция покрытосеменных растений шла очень быстро. Для них характерна высокая эволюционная пластичность. Большую роль в их эволюции и расселении сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные – единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий.
В кайнозойской эре (ее возраст примерно 67 млн лет) на Земле господствуют современные покрытосеменные и голосеменные растения, а высшие споровые растения подвергаются биологическому регрессу.
Билет № 2
1. Газообмен в легких и тканях
Между организмом и окружающей средой постоянно происходит газообмен: кислород, необходимый для диссимиляции, поступает в организм, а образующийся в результате окисления органических веществ углекислый газ выводится из организма. Поступление кислорода и выведение углекислого газа обеспечивается органами дыхания. Воздухоносные пути – это носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи. Главный орган дыхания – легкие. Именно в альвеолах легких и совершается газообмен между атмосферным воздухом и кровью.
Альвеолы – это легочные пузырьки, стенки которых состоят из одного слоя эпителиальных клеток. Они густо оплетены капиллярами. Концентрация углекислого газа в крови выше, чем в воздухе, а концентрация кислорода – ниже, поэтому углекислый газ переходит из крови в альвеолы, а кислород – из альвеол в кровь. Процесс идет до тех пор, пока не наступит равновесие.
В крови кислород соединяется с гемоглобином эритроцитов – образуется оксигемоглобин. Кровь становится артериальной. Клетки организма непрерывно потребляют кислород. Поэтому кислород из крови переходит в клетки ткани, а оксигемоглобин превращается снова в гемоглобин. В митохондриях с использованием кислорода происходит окисление органических веществ (основной источник энергии в организме – это углеводы), выделяется энергия, которая идет на синтез АТФ – универсального аккумулятора энергии в клетках.
Углекислый газ из клеток поступает в кровь. Таким образом в тканях органов артериальная кровь превращается в венозную. Часть углекислого газа реагирует с гемоглобином с образованием карбгемоглобина, однако большая часть углекислого газа (примерно 2/3) реагирует с водой плазмы. Эта реакция катализируется ферментом карбоангидразой. В зависимости от содержания углекислого газа в крови этот фермент может ускорять или замедлять реакцию. При соединении углекислого газа с водой образуется угольная кислота, которая диссоциирует с образованием катиона Н+ и аниона НСО3–. Этот анион с кровью поступает к легким, где и происходит выделение углекислого газа.
При реакции с угарным газом (СО) гемоглобин образует карбоксигемоглобин, а при взаимодействии с окислом азота или некоторыми лекарственными препаратами – метгемоглобин; эти формы гемоглобина не могут связывать кислород, поэтому может наступить смерть. Содержание гемоглобина в крови у мужчин составляет 130–160 г/л, а у женщин – 120–140 г/л. При снижении содержания гемоглобина наступает анемия – состояние, при котором ткани не получают достаточного количества кислорода.
В норме во вдыхаемом воздухе содержание кислорода, углекислого газа и азота составляет соответственно 20,94%, 0,03% и 79,03%. В выдыхаемом воздухе содержание кислорода уменьшается до 16,3%, а углекислого газа – увеличивается до 4%. Содержание азота изменяется меньше (увеличивается до 79,7%).
Прохождение воздуха через легкие обеспечивается за счет вдоха и выдоха. Вдох – это следствие сокращения наружных межреберных мышц, в результате чего ребра приподнимаются. При вдохе мышечные волокна диафрагмы сокращаются, купол диафрагмы становится более плоским и опускается. Объем грудной полости увеличивается за счет изменения ее размеров, особенно в вертикальном направлении. Легкие следуют за движениями грудной клетки. Объясняется это тем, что легкие отделены от стенок грудной полости плевральной полостью – щелевидным пространством между пристеночной плеврой (она выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки) и висцеральной плеврой (она покрывает наружную поверхность легких). Плевральная полость заполнена плевральной жидкостью. При вдохе давление в плевральной полости уменьшается, объем легких увеличивается, давление в них понижается и воздух поступает в легкие. При выдохе дыхательные мышцы расслабляются, объем грудной полости уменьшается, давление в плевральной полости немного увеличивается, растянутая легочная ткань сжимается, давление повышается и воздух выходит из легких. Таким образом, изменение объема легких происходит пассивно, и причиной его являются изменения объема грудной полости и давления в плевральной щели и внутри легких.
Количество воздуха, которое поступает в легкие при спокойном вдохе и выдыхается при спокойном выдохе, называют дыхательным объемом (примерно 500 см3). Объем воздуха, который можно выдохнуть после самого глубокого вдоха, называют жизненной емкостью легких (примерно 3000–4500 см3). Жизненная емкость легких – важный показатель здоровья человека.
2. Одноклеточные растения и животные. Особенности среды обитания, строения и жизнедеятельности. Роль в природе и жизни человека
Одноклеточные организмы – это организмы, тело которых состоит из одной клетки. Они могут быть прокариотами (бактерии и синезеленые водоросли, или цианобактерии), т.е. не иметь оформленного ядра (функцию ядра у них выполняет нуклеоид – молекула ДНК, свернутая в кольцо), но могут быть и эукариотами, т.е. иметь оформленное ядро.
К одноклеточным эукариотическим организмам относятся многие зеленые и некоторые другие водоросли, а также все представители типа Простейшие. Общий план строения и набор органоидов у одноклеточных эукариотов сходны с клетками многоклеточных организмов, но функциональные отличия очень существенные.
Одноклеточные организмы сочетают в себе свойства и клетки, и самостоятельного организма. Многие одноклеточные образуют колонии. От одноклеточных в процессе эволюции произошли многоклеточные организмы.
Наиболее просто устроены одноклеточные синезеленые водоросли. В их клетках нет ядра и пластид, они похожи на бактериальные клетки. На этом основании их относят к цианобактериям. Пигменты (хлорофилл, каротин) растворены у них во внешнем слое цитоплазмы – хроматоплазме. Эти водоросли появились еще в архее и были первыми организмами на Земле, у которых в процессе фотосинтеза образовывался кислород. Синезеленые водоросли могут образовывать и многоклеточную форму – нити.
Среди зеленых водорослей к одноклеточным формам относятся хламидомонада, хлорелла, плеврококк. Одноклеточные водоросли могут образовывать колонии (например, вольвокс).
Диатомовые водоросли – это тоже микроскопические одноклеточные водоросли, которые могут образовывать колонии.
Живут одноклеточные водоросли чаще всего в воде (хламидомонада в пресных водоемах, а хлорелла – и в пресной, и в морской воде), но могут жить и в почве (например, хлорелла, диатомовые водоросли), могут обитать на коре деревьев (плеврококк). Некоторые водоросли живут даже на поверхности льда, снега (некоторые хламидомонады, например, хламидомонада снежная). В Антарктике диатомовые водоросли образуют плотный коричневый налет на нижней стороне льдов.
Одноклеточные простейшие образуют подцарство животных. У большинства в клетке одно ядро, но есть и многоядерные формы. Поверх мембраны у многих простейших есть оболочка или раковина. Передвигаются они с помощью органоидов движения – жгутиков, ресничек, могут образовывать псевдоподии (ложноножки).
Большинство простейших – гетеротрофы. Частицы пищи перевариваются в пищеварительных вакуолях. Осмотическое давление в клетке регулируется с помощью сократительных вакуолей: через них удаляется избыток воды. Такие вакуоли характерны для пресноводных простейших. Вместе с водой из тела простейших выводятся продукты обмена веществ. Однако основная функция выделения осуществляется через всю поверхность клетки.
У простейших есть и бесполое, и половое размножение.
Эти одноклеточные организмы реагируют на воздействия внешней среды: им присущи положительные и отрицательные таксисы (например, у инфузории-туфельки – отрицательный хемотаксис – она движется в сторону от кристаллика соли, помещенного в воду).
Многие простейшие способны к инцистированию. Инцистирование позволяет переживать неблагоприятные условия и способствует расселению простейших.
Значение одноклеточных водорослей в природе прямо связано с их образом жизни. Эти организмы синтезируют органику, выделяют в атмосферу кислород, поглощают углекислый газ, являются звеном в общей цепи питания, участвуют в почвообразовании, очистке водоемов, могут вступать в симбиоз с другими организмами (например, хлорелла – это фикобионт лишайников). Отмершие диатомовые одноклеточные водоросли образовали мощные отложения горной породы – диатомита, а на дне морей – диатомовые илы. Одноклеточные синезеленые и зеленые водоросли могут вызывать «цветение» воды.
Человек широко использует одноклеточные водоросли и продукты их жизнедеятельности. Так, способность одноклеточных зеленых водорослей поглощать органические вещества всей поверхностью клетки используется для очистки водоемов; способность хлореллы синтезировать большое количество белков, жирных масел и витаминов используется в промышленном производстве кормов; способность той же хлореллы выделять при фотосинтезе много кислорода используется для регенерации воздуха в замкнутых помещениях (например, в космических кораблях, подводных лодках). Некоторые синезеленые водоросли используют как удобрения, т.к. они способны фиксировать азот, а такие водоросли, как спирулина, применяют в качестве добавки к пище.
Значение простейших отчасти сходно со значением одноклеточных водорослей. Простейшие также участвуют в почвообразовании, служат для очистки водоемов, т.к. питаются бактериями и гниющими веществами. Многие простейшие – индикаторы чистоты воды. Раковинами простейших (морские саркодовые) образованы залежи известняков; они служат также индикаторами при разведке нефти и других полезных ископаемых. Простейшие, как и одноклеточные водоросли, – важное звено круговорота веществ.
Простейшие и одноклеточные водоросли – важные объекты научных исследований. Их используют при цитологических, генетических, биофизических, физиологических и др. исследованиях.
Продолжение следует
* Здесь автор допустил несколько
неточностей.
1. Высшие споровые растения – не царство, а
сборная группа растений, не имеющая
таксономического ранга (такая же, как например тетраподы
(четвероногие), т.е. все позвоночные, имеющие
четыре пятипалых конечности.
2. Грибы не относятся с царству растений, их
выделяют в отдельное царство.
3. В конце девона появляются все ныне известные
отделы растений, кроме покрытосеменных (т.е.
Мохообразные, Плауновидные, Хвощеобразные,
Папоротникообразные, Голосеменные). Прим. ред.
| на тему: «Метаболизм» I вариант | Контрольная работа по биологии 9 класс на тему: «Метаболизм» II вариант |
|||
| Выберите один правильный ответ из четырех возможных 1.Распад сложных органических веществ происходит в процессе: а) анаболизма; в) фотосинтеза б) катаболизма; г) симбиоза 2. Расходование энергии происходит в процессе: а) гликолиза в) фотолиза б) катаболизма; г) анаболизма; 3. Фотосинтез осуществляется: а) в рибосомах; в) в митохондриях б) в хлоропластах; г) в цитоплазме 4. В ходе фотосинтеза образуются а) белки в) углеводы 5. Исходным материалом для фотосинтеза служит: а) вода и кислород в) углеводы 6. Анаэробным гликолизом называется: а) совокупность всех реакций энергетического обмена б)бескислородное расщепление глюкозы в)окислительное фосфолирирование г)расщепление АТФ 7. Белки образуются в ходе процесса а) фотосинтеза в) гликолиза
Процесс Вид обмена веществ а) синтез сложных веществ из простых 1.энергетический | ||||
9. Дайте определение понятиям : гетеротрофы, фотолиз,метаболизм
10.
В чем заключается значение фотосинтеза?
I . Выберите один правильный ответ из четырех возможных
1.Синтез сложных веществ из простых происходит в процессе:
а) анаболизма; в) катаболизма;
б) метаболизма г) симбиоза
2.Освобождение энергии происходит в процессе:
а) гидролиза в) метаболизма
б)анаболизма; г) катаболизма;
3. Процесс фотосинтеза проходит
а) в ядре в) в митохондриях
б) в цитоплазме г) в хлоропластах
4. Углеводы образуются в процессе
а) биосинтеза; в) фотосинтеза
б) энергетического обмена; г) брожжения
5. Конечным основным продуктом фотосинтеза является:
а) углеводы в)вода и кислород
б) жиры г) вода и углекислый газ
6. Конечные продукты кислородного расщепления органических веществ – это:
а) АТФ и вода в)вода и кислород
б) жиры г) вода и углекислый газ
7. В ходе биосинтеза образуются
а) белки в) углеводы
б) жиры г) нуклеиновые кислоты
8
.
Установите соответствие между биологическим процессом и видом обмена, к которому он относится
. Заполните таблицу ответов
Вид обмена веществ Процесс 1.энергетический а) расщепление углеводов до углекислого газа
2.пластический б) синтез сложных веществ из простых
в) синтез белков из аминокислот
г)расщепление сложных веществ до простых
д) синтез углеводов из углекислого газа
9. Дайте определение понятиям : автотрофы, гликолиз, обмен веществ
10. Дайте полный развернутый ответ на вопрос
В чем заключается роль автотрофов в природе?
1 вариант
1. К биополимерам относятся:
А) белки; б) жиры; в) нуклеиновые кислоты; г) минеральные соли
2. Мономерами белков являются: а) нуклеотиды; б) глюкоза; в) аминокислоты
3. Форма двойной спирали характерна для молекулы:
А) белка; б) ДНК; в) РНК; г) крахмала
4. Ферментативная функция характерна для: а) белка; б) ДНК; в) РНК; г) АТФ
5. Синтез сложных органических веществ происходит в процессе:
А) анаболизма; б) катаболизма; в) пищеварения
6. Освобождение энергии происходит в процессе:
А) анаболизма; б) катаболизма; в) трансляции
7. Процесс транскрипции при биосинтезе белка происходит:
8. Создание полимерной цепочки из аминокислот называется:
9. Фотосинтез осуществляется:
А) в рибосомах; б) в хлоропластах; в) в митохондриях
10. Темповая фаза фотосинтеза происходит:
11. Бескислородная стадия энергетического обмена называется:
12. Кислородное окисление происходит:
А) в митохондриях; б) в цитоплазме; в) в рибосомах
13. Образование глюкозы из углекислого газа и воды происходит при:
А) гликолизе; б) дыхании; в) фотосинтезе
14. При фотосинтезе используется энергия:
15. Процесс репликации характерен для: а) РНК; б) ДНК; в) белка
2 вариант
1. В клетку входят органические вещества:
А) белки; б) жиры; в) нуклеиновые кислоты; г) вода
2. Мономерами нуклеиновых кислот являются:
А) нуклеотиды; б) глюкоза; в) аминокислоты
3. Последовательность аминокислот в белке определяет его:
А) первичную структуру; б) вторичную структуру; в) третичную структуру
4. Универсальный источник энергии в клетке: а) белок; б) ДНК; в) РНК; г) АТФ
5. Распад сложных органических веществ происходит в процессе:
А) анаболизма; б) катаболизма; в) фотосинтеза
6. Расходование энергии происходит в процессе:
А) анаболизма; б) катаболизма; в) гликолиза
7. Процесс трансляции при биосинтезе белка происходит:
А) в рибосомах; б) в митохондриях; в) в ядре
8. Образование и - РНК путем «списывания» генетической информации называется:
А) транскрипцией; б) трансляцией; в) редупликацией
9. Для осуществления фотосинтеза необходимо присутствие:
А) ДНК; б) РНК; в) хлорофилла
10. Световая фаза фотосинтеза происходит:
А) только на свету; б) только в темноте; в) на свету и в темноте
11. Кислородная стадия энергетического обмена называется:
А) дыхание; б) транскрипция; в) гликолиз
12. Гликолиз происходит: а) в митохондриях; б) в цитоплазме; в) в рибосомах
13. При фотосинтезе выделяется побочный продукт:
А) глюкоза; б) вода; в) кислород
14. При энергетическом обмене используется энергия:
А) солнечная; б) химическая; в) тепловая
15. Процесс транскрипции происходит при:
А) фотосинтезе; б) катаболизме; в) анаболизме
И. А. Никитина, МБОУ лицей №6, г. Химки, Московская область
