Kõik elusorganismid, välja arvatud viirused, koosnevad rakkudest. Need tagavad kõik taime või looma eluks vajalikud protsessid. Rakk ise võib olla eraldiseisev organism. Ja kuidas saab nii keeruline struktuur ilma energiata elada? Muidugi mitte. Kuidas siis rakud energiat saavad? See põhineb protsessidel, mida me allpool käsitleme.

Rakkude varustamine energiaga: kuidas see juhtub?

Vähesed rakud saavad energiat väljast, nad toodavad seda ise. neil on ainulaadsed "jaamad". Ja energiaallikaks rakus on mitokondrid, organell, mis seda toodab. Selles toimub rakulise hingamise protsess. Tänu sellele on rakud varustatud energiaga. Neid leidub aga ainult taimedes, loomades ja seentes. Bakterirakkudel ei ole mitokondreid. Seetõttu varustatakse nende rakke energiaga peamiselt fermentatsiooniprotsesside, mitte hingamise kaudu.

Mitokondrite struktuur

See on topeltmembraaniline organell, mis tekkis eukarüootsesse rakku evolutsiooni käigus väiksema raku neeldumise tulemusena. See võib seletada tõsiasja, et mitokondrid sisaldavad oma DNA-d ja RNA-d, aga ka mitokondriaalseid ribosoome, mis toodavad. organellide jaoks vajalikud valgud.

Sisemembraanil on väljaulatuvad osad, mida nimetatakse cristae'iks või ribideks. Rakulise hingamise protsess toimub kristallidel.

Seda, mis on kahe membraani sees, nimetatakse maatriksiks. See sisaldab valke, keemiliste reaktsioonide kiirendamiseks vajalikke ensüüme, samuti RNA-d, DNA-d ja ribosoome.

Rakuhingamine on elu alus

See toimub kolmes etapis. Vaatame igaüks neist üksikasjalikumalt.

Esimene etapp on ettevalmistav

Selles etapis jagatakse keerulised orgaanilised ühendid lihtsamateks. Seega lagunevad valgud aminohapeteks, rasvad karboksüülhapeteks ja glütserooliks, nukleiinhapped nukleotiidideks ning süsivesikud glükoosiks.

Glükolüüs

See on hapnikuvaba etapp. See seisneb selles, et esimese etapi käigus saadud aineid lagundatakse edasi. Peamised energiaallikad, mida rakk selles etapis kasutab, on glükoosi molekulid. Igaüks neist laguneb glükolüüsi käigus kaheks püruvaadi molekuliks. See toimub kümne järjestikuse keemilise reaktsiooni käigus. Esimese viie tulemusena glükoos fosforüülitakse ja seejärel jaguneb kaheks fosfotrioosiks. Järgmised viis reaktsiooni toodavad kaks molekuli ja kaks PVA (püroviinamarihape) molekuli. Raku energia salvestatakse ATP kujul.

Kogu glükolüüsi protsessi saab lihtsustada järgmiselt:

2NAD+ 2ADP + 2H3PO4 + C6H12O6 → 2H20 + 2NAD. H2 + 2C3H4O3 + 2ATP

Seega, kasutades ühte glükoosi molekuli, kahte ADP molekuli ja kahte fosforhapet, saab rakk kaks ATP (energia) molekuli ja kaks püroviinamarihappe molekuli, mida ta kasutab järgmises etapis.

Kolmas etapp on oksüdatsioon

See etapp toimub ainult hapniku juuresolekul. Selle etapi keemilised reaktsioonid toimuvad mitokondrites. See on põhiosa, mille käigus vabaneb kõige rohkem energiat. Selles etapis laguneb see hapnikuga reageerides veeks ja süsinikdioksiidiks. Lisaks moodustub 36 ATP molekuli. Seega võime järeldada, et raku peamised energiaallikad on glükoos ja püroviinamarihape.

Kõiki keemilisi reaktsioone kokku võttes ja üksikasjad välja jättes saame väljendada kogu rakuhingamise protsessi ühe lihtsustatud võrrandiga:

6O2 + C6H12O6 + 38ADP + 38H3PO4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

Seega saab rakk hingamise ajal ühest glükoosimolekulist, kuuest hapnikumolekulist, kolmekümne kaheksast ADP molekulist ja samast kogusest fosforhappest 38 molekuli ATP-d, mille kujul talletatakse energiat.

Mitokondriaalsete ensüümide mitmekesisus

Energiat elutegevuseks saab rakk läbi hingamise – glükoosi ja seejärel püroviinamarihappe oksüdatsiooni. Kõik need keemilised reaktsioonid ei saaks toimuda ilma ensüümideta – bioloogiliste katalüsaatoriteta. Vaatame neid, mis asuvad mitokondrites, rakuhingamise eest vastutavates organellides. Neid kõiki nimetatakse oksüdoreduktaasideks, kuna neid on vaja redoksreaktsioonide toimumise tagamiseks.

Kõik oksidoreduktaasid võib jagada kahte rühma:

• oksüdaasid;
• dehüdrogenaas;

Dehüdrogenaasid jagunevad omakorda aeroobseteks ja anaeroobseteks. Aeroobsed sisaldavad koensüümi riboflaviini, mida organism saab B2-vitamiinist. Aeroobsed dehüdrogenaasid sisaldavad koensüümidena NAD- ja NADP-molekule.

Oksidaasid on mitmekesisemad. Esiteks jagatakse need kahte rühma:

• vaske sisaldavad;
• need, mis sisaldavad rauda.

Esimeste hulka kuuluvad polüfenooloksidaasid ja askorbaatoksüdaas, teised katalaas, peroksidaas ja tsütokroomid. Viimased omakorda jagunevad nelja rühma:

• tsütokroomid a;
• tsütokroomid b;
• tsütokroomid c;
• tsütokroomid d.

Tsütokroomid a sisaldavad raud-formüülporfüriini, tsütokroomid b - raudprotoporfüriini, c - asendatud raua mesoporfüriini, d - rauddihüdroporfüriini.

Kas on muid võimalusi energia saamiseks?

Kuigi enamik rakke omandab selle rakuhingamise kaudu, on ka anaeroobseid baktereid, mis ei vaja eksisteerimiseks hapnikku. Nad toodavad vajalikku energiat kääritamise teel. See on protsess, mille käigus ensüümide abil lagundatakse süsivesikuid ilma hapniku osaluseta, mille tulemusena saab rakk energiat. Sõltuvalt keemiliste reaktsioonide lõppsaadusest on mitut tüüpi kääritamist. See võib olla piimhape, alkohol, võihape, atsetoon-butaan, sidrunhape.

Näiteks võib seda väljendada järgmise võrrandiga:

C6H12O6 → C2H5OH + 2CO2

See tähendab, et bakter lagundab ühe glükoosi molekuli üheks etüülalkoholi molekuliks ja kaheks süsinikoksiidi (IV) molekuliks.

Ainevahetus (ainevahetus)- see on kõigi kehas toimuvate keemiliste reaktsioonide kogum. Kõik need reaktsioonid on jagatud 2 rühma

1. Plastivahetus(assimilatsioon, anabolism, biosüntees) - see on siis, kui lihtsatest energiatarbimisega ainetest moodustuvad (sünteesivad) keerulisem. Näide:

• Fotosünteesi käigus sünteesitakse süsinikdioksiidist ja veest glükoos.

2. Energia ainevahetus(dissimilatsioon, katabolism, hingamine) - see on siis, kui kompleksained lagunema (oksüdeerima) lihtsamatele ja samal ajal energia vabaneb, eluks vajalik. Näide:

• Mitokondrites oksüdeeritakse glükoos, aminohapped ja rasvhapped hapniku toimel süsinikdioksiidiks ja veeks, mis toodab energiat (rakuhingamine)

Plasti ja energia metabolismi seos

• Plastiline ainevahetus varustab rakku komplekssete orgaaniliste ainetega (valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped), sealhulgas ensüümvalgud energia metabolismiks.
• Energia ainevahetus varustab rakku energiaga. Töö tegemisel (vaimne, lihaseline jne) kiireneb energiavahetus.

ATP– raku universaalne energiaaine (universaalne energiaakumulaator). See moodustub energia metabolismi (orgaaniliste ainete oksüdatsiooni) protsessis.

• Energia metabolismi käigus lagunevad kõik ained, sünteesitakse ATP. Sel juhul muudetakse lagunenud kompleksainete keemiliste sidemete energia ATP energiaks, energia salvestatakse ATP-s.
• Plastilise ainevahetuse käigus sünteesitakse kõik ained ja ATP laguneb. Kus ATP energia kulub ära(ATP energia muundatakse keeruliste ainete keemiliste sidemete energiaks ja talletatakse neisse ainetesse).

Valige üks, kõige õigem variant. Plastivahetuse käigus
1) keerukamad süsivesikud sünteesitakse vähem keerukatest
2) rasvad muudetakse glütserooliks ja rasvhapeteks
3) valgud oksüdeeritakse süsinikdioksiidiks, veeks ja lämmastikku sisaldavateks aineteks
4) vabaneb energia ja sünteesitakse ATP

Vastus

Valige kolm võimalust. Mille poolest erineb plastiline ainevahetus energia metabolismist?
1) energia salvestub ATP molekulides
2) kulub ära ATP molekulidesse salvestatud energia
3) sünteesitakse orgaanilisi aineid
4) lagundatakse orgaanilisi aineid
5) ainevahetuse lõpp-produktid - süsihappegaas ja vesi
6) vahetusreaktsioonide tulemusena tekivad valgud

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Plastilise ainevahetuse käigus sünteesitakse rakkudes molekule
1) valgud
2) vesi
3) ATP
4) anorgaanilised ained

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Milline on seos plasti ja energia metabolismi vahel?
1) plastiline ainevahetus varustab energiat orgaaniliste ainetega
2) energia ainevahetus varustab plasti hapnikuga
3) plastiline ainevahetus varustab mineraalidega energiat
4) plastiline ainevahetus varustab ATP molekule energiaga

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Energia metabolismi protsessis on erinevalt plastist
1) ATP molekulides sisalduva energia tarbimine
2) energia salvestamine ATP molekulide suure energiaga sidemetes
3) rakkude varustamine valkude ja lipiididega
4) rakkude varustamine süsivesikute ja nukleiinhapetega

Vastus

1. Loo vastavus vahetuse omaduste ja selle tüübi vahel: 1) plastiline, 2) energiline. Kirjutage numbrid 1 ja 2 õiges järjekorras.
A) orgaaniliste ainete oksüdatsioon
B) polümeeride moodustumine monomeeridest
B) ATP lagunemine
D) energia salvestamine rakus
D) DNA replikatsioon
E) oksüdatiivne fosforüülimine

Vastus

2. Luua vastavus raku ainevahetuse tunnuste ja selle tüübi vahel: 1) energia, 2) plastiline. Kirjutage numbrid 1 ja 2 tähtedele vastavas järjekorras.
A) toimub glükoosi hapnikuvaba lagunemine
B) esineb ribosoomidel, kloroplastides
B) ainevahetuse lõpp-produktid – süsihappegaas ja vesi
D) sünteesitakse orgaanilisi aineid
D) kasutatakse ATP molekulides sisalduvat energiat
E) energia vabaneb ja salvestatakse ATP molekulides

Vastus

3. Loo vastavus inimese ainevahetuse tunnuste ja selle tüüpide vahel: 1) plastiline ainevahetus, 2) energiavahetus. Kirjutage numbrid 1 ja 2 õiges järjekorras.
A) ained oksüdeeritakse
B) sünteesitakse aineid
B) energia salvestub ATP molekulides
D) energiat kulub
D) protsessis osalevad ribosoomid
E) protsessis osalevad mitokondrid

Vastus

4. Loo seos ainevahetuse tunnuste ja selle tüübi vahel: 1) energiline, 2) plastiline. Kirjutage numbrid 1 ja 2 tähtedele vastavas järjekorras.
A) DNA replikatsioon
B) valkude biosüntees
B) orgaaniliste ainete oksüdatsioon
D) transkriptsioon
D) ATP süntees
E) kemosüntees

Vastus

5. Loo vastavus vahetuse omaduste ja liikide vahel: 1) plastik, 2) energia. Kirjutage numbrid 1 ja 2 tähtedele vastavas järjekorras.
A) energia salvestub ATP molekulides
B) sünteesitakse biopolümeere
B) tekib süsihappegaas ja vesi
D) toimub oksüdatiivne fosforüülimine
D) Toimub DNA replikatsioon

Vastus

Valige kolm energia metabolismiga seotud protsessi.
1) hapniku vabanemine atmosfääri
2) süsihappegaasi, vee, uurea teke
3) oksüdatiivne fosforüülimine
4) glükoosi süntees
5) glükolüüs
6) vee fotolüüs

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Lihaste kokkutõmbumiseks vajalik energia vabaneb, kui
1) orgaaniliste ainete lagunemine seedeorganites
2) lihase ärritus närviimpulsside poolt
3) orgaaniliste ainete oksüdatsioon lihastes
4) ATP süntees

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Millise protsessi tulemusena sünteesitakse rakus lipiidid?
1) dissimilatsioon
2) bioloogiline oksüdatsioon
3) plastivahetus
4) glükolüüs

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Plastilise ainevahetuse tähendus on keha varustamine
1) mineraalsoolad
2) hapnik
3) biopolümeerid
4) energia

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Orgaaniliste ainete oksüdatsioon inimkehas toimub aastal
1) kopsumullid hingamise ajal
2) keharakud plastilise ainevahetuse protsessis
3) toidu seedimise protsess seedetraktis
4) keharakud energiavahetuse protsessis

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Milliste metaboolsete reaktsioonidega rakus kaasneb energiakulu?
1) energia metabolismi ettevalmistav etapp
2) piimhape kääritamine
3) orgaaniliste ainete oksüdatsioon
4) plastivahetus

Vastus

1. Loo vastavus ainevahetuse protsesside ja komponentide vahel: 1) anabolism (assimilatsioon), 2) katabolism (dissimilatsioon). Kirjutage numbrid 1 ja 2 õiges järjekorras.
A) kääritamine
B) glükolüüs
B) hingamine
D) valkude süntees
D) fotosüntees
E) kemosüntees

Vastus

2. Looge vastavus omaduste ja ainevahetusprotsesside vahel: 1) assimilatsioon (anabolism), 2) dissimilatsioon (katabolism). Kirjutage numbrid 1 ja 2 tähtedele vastavas järjekorras.
A) orgaaniliste ainete süntees organismis
B) hõlmab ettevalmistavat etappi, glükolüüsi ja oksüdatiivset fosforüülimist
C) vabanenud energia salvestatakse ATP-sse
D) tekib vesi ja süsihappegaas
D) nõuab energiakulu
E) esineb kloroplastides ja ribosoomides

Vastus

Valige viiest kaks õiget vastust ja kirjutage üles numbrid, mille all need on märgitud. Ainevahetus on elussüsteemide üks peamisi omadusi, seda iseloomustab see, mis toimub
1) selektiivne reageerimine väliskeskkonna mõjudele
2) füsioloogiliste protsesside ja funktsioonide intensiivsuse muutused erinevate võnkeperioodidega
3) tunnuste ja omaduste ülekandmine põlvest põlve
4) vajalike ainete omastamine ja jääkainete eraldumine
5) sisekeskkonna suhteliselt püsiva füüsikalise ja keemilise koostise hoidmine

Vastus

1. Kõiki peale kahe järgnevatest terminitest kasutatakse plastivahetuse kirjeldamiseks. Määrake üldloendist kaks terminit, mis "välja langevad", ja kirjutage üles numbrid, mille all need on märgitud.
1) replikatsioon
2) dubleerimine
3) saade
4) translokatsioon
5) transkriptsioon

Vastus

2. Kõiki allpool loetletud mõisteid, välja arvatud kaks, kasutatakse plastilise ainevahetuse kirjeldamiseks rakus. Määrake kaks mõistet, mis üldnimekirjast "välja kukuvad", ja kirjutage üles numbrid, mille all need on märgitud.
1) assimilatsioon
2) dissimilatsioon
3) glükolüüs
4) transkriptsioon
5) saade

Vastus

3. Plastivahetuse iseloomustamiseks kasutatakse allpool loetletud termineid, välja arvatud kaks. Määrake kaks terminit, mis üldloendist puuduvad, ja kirjutage üles numbrid, mille all need on märgitud.
1) poolitamine
2) oksüdatsioon
3) replikatsioon
4) transkriptsioon
5) kemosüntees

Vastus

Valige üks, kõige õigem variant. Kompositsioonis sisalduvad lämmastikalused adeniin, riboos ja kolm fosforhappe jääki
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) orav

Vastus

Kõiki alltoodud märke, välja arvatud kaks, saab kasutada energia metabolismi iseloomustamiseks rakus. Määrake kaks tunnust, mis üldnimekirjast "välja langevad", ja kirjutage üles numbrid, mille all need on teie vastuses märgitud.
1) kaasas energia neeldumine
2) lõpeb mitokondrites
3) lõpeb ribosoomides
4) millega kaasneb ATP molekulide süntees
5) lõpeb süsihappegaasi tekkega

Vastus

Leia antud tekstist kolm viga. Märkige nende ettepanekute numbrid, milles need on tehtud.(1) Ainevahetus ehk ainevahetus on raku- ja kehaainete sünteesi- ja lagunemisreaktsioonide kogum, mis on seotud energia vabanemise või neeldumisega. (2) Reaktsioonide kogumit suure molekulmassiga orgaaniliste ühendite sünteesimiseks madala molekulmassiga ühenditest nimetatakse plastiliseks vahetuseks. (3) ATP molekulid sünteesitakse plastiliste vahetusreaktsioonide käigus. (4) Fotosüntees liigitatakse energia metabolismiks. (5) Kemosünteesi tulemusena sünteesitakse Päikese energiat kasutades anorgaanilistest orgaanilisi aineid.

Vastus

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Iga elusorganismi olemasolu on seotud pideva materjali-, energia- ja teabevahetusega keskkonnaga. Süsteemi sisenev energia kulutatakse bioenergeetiliste ühendite sünteesiks, et säilitada keemiline, astma ja elektriline potentsiaal ning nende gradientid. Eluprotsessis toimub pidev teatud tüüpi energia teisenemine teisteks. Termodünaamikat on vaja kasutada teadusena, mis uurib erinevat tüüpi energiate muundamise kõige üldisemaid mustreid.

Termodünaamiline süsteem nimetatakse teatud kestaga piiratud materiaalse sisuga ruumiosaks. Süsteemi olekut iseloomustavad parameetrid.

Laialdased valikud sõltuvad aine kogusisaldusest (süsteemi massist või mahust).

Intensiivsed parameetrid ei sõltu aine kogusest süsteemis ja kipuvad ühtlustuma (temperatuur, rõhk).

Võimalikud on 3 tüüpi termodünaamilised süsteemid: isoleeritud, suletud ja avatud.

Isoleeritud ei suuda energiat ega ainet keskkonnaga vahetada. Aja jooksul jõuab selline süsteem tasakaaluolekusse, kus kõik parameetrid on sama väärtusega. See olek vastab väikseim väärtus termodünaamilised potentsiaalid ja maksimaalne entroopia väärtus.

Suletud süsteem saab vahetada ainet ja teavet keskkonnaga.

Avatud süsteemis toimub aine, energia ja informatsiooni vahetus keskkonnaga. Ta võib olla paigal. Nimetatakse statsionaarseks määrake, millised süsteemi parameetrid

saab vastu võtta erinevatest süsteemi punktidest erinevaid tähendusi, mis aja jooksul ei muutu. Mis tahes parameetri muutmine toob kaasa muutuse süsteemi olekus. Üleminek ühest olekust teise on protsess. Protsessi nimetatakse pöörduvaks , kui süsteem naaseb algsesse olekusse samade olekute kaudu nagu edasisuunas. Protsessi nimetatakse vajalikuks , mis voolab ainult ühes suunas. Süsteemi olekut iseloomustavad termodünaamilised potentsiaalid. Siseenergia võrdub süsteemi moodustavate osakeste kõigi energiatüüpide summaga, välja arvatud süsteemi kui terviku kineetiline ja potentsiaalne energia. Siseenergia on oleku funktsioon ja selle määravad süsteemi parameetrid.

Vaatleme süsteemi vastasmõju keskkonnaga. Energiavahetus võib toimuda tänu soojushulgale ja süsteemi töö paranemisele. Soojuse kogus - soojusvahetus.

Energia muutmise protsess sõltub protsesside tüübist, töö tegemise või soojuse ülekandmise viisist. Töö tegemiseks on järgmised viisid:

1. Mehaaniline töö kehade teisaldamisel.

2. Mehaaniline töö gaasi paisumisel.

3. Töö elektrilaengu ülekandmisel.

4. Töö keemiliste reaktsioonidega.

Kokkuvõttes:

Kui süsteemile mõjub mitu jõudu, siis vastavalt termodünaamika 1. seadusele:

Töö hõlmab erinevate energialiikide muundamist. Mitut tüüpi energiat jaotatakse vastavalt nende võimele muunduda teisteks tüüpideks:

1. A - maksimaalne efektiivne energia. Nende hulka kuuluvad: gravitatsioon, valgus, tuuma.

2. B - keemilist energiat saab muundada soojus- ja elektrienergiaks.

3. C - soojusenergia. Kõrgemate energiavormide lagunemine madalamateks on isoleeritud süsteemide peamine evolutsiooniline omadus.

Soojusenergia - see on madalama kvaliteediga energia eriliik, mida ei saa ilma kadudeta muundada muudeks energialiikideks, sest soojusenergiat seostatakse molekulide kaootilise liikumisega. Elusorganismid ei ole uue energia allikas. Elusorganismi sisenevate ainete oksüdeerumine toob kaasa keemilise vormi või mõne muu energiatüübiga seotud samaväärse energia ringluse. Süsteemi oluline omadus on termodünaamiline potentsiaal. Seal on 4 potentsiaali:

Olulised funktsioonid, mille muutumine võimaldab potentsiaali märgi ja suuruse järgi määrata kasuliku töö tulemuslikkust ja soojusvahetuse käigus süsteemi sisenevat soojushulka, on tasakaaluolekus jälgitavad protsessi suunas on saavutatud, kaldub termodünaamiline potentsiaal väikseima väärtuseni.

1)
2)

3)

Entalpia muutus võtab arvesse keemilise reaktsiooni termilist mõju.

4) Termodünaamiline Gibbsi potentsiaal.

See. potentsiaalide muutus iseloomustab tuletissüsteemis igat liiki jõudude tööd ja soojushulka, mida süsteem keskkonnaga vahetab. Soojusvahetuseks on 4 meetodit:

1. Soojusjuhtivus mis on seotud Fourier' seadusega seotud soojuse ülekandega kehakudede kaudu:

2. konvektsioon, soojushulk, mis kantakse üle erineva tihedusega ja erineva temperatuuriga voogudega. .

3. kiirgus, Ilmub süsteemi piiril elektromagnetlainetena, Stefan-Boltzmanni seadus:

Ti - oma temperatuur

Tc - keskmine temperatuur

4. Aurustumine on seotud aine muutumisega vedelast olekust gaasiliseks.

Võttes arvesse kõiki soojusülekande tüüpe, saame kirjutada soojusbilansi võrrandi:

Soojusülekande protsessid võivad energia soojust kas suurendada või vähendada, välja arvatud aurustumisenergia, mis alati vähendab soojushulka süsteemi sees. Kuna keha on termostaatiline süsteem, ei sõltu kehas püsiva temperatuuri hoidmine välistest tingimustest, kehal on arvukalt regulatsioonisüsteeme.

Keemiline regulatsioon tekib organismis toimuvate oksüdatiivsete protsesside muutuste tõttu. Ainevahetuse kiiruse muutused põhjustavad aga tõsiseid häireid organismi talitluses.

Füüsiline termoregulatsioon võimaldab muuta soojusjuhtivuse, konvektsiooni ja aurustumise intensiivsust. Siseorganite termoregulatsioon, milles soojust peamiselt eraldub, paraneb kõrge soojusjuhtivusega verevoolu abil. Soojusvahetusprotsessi intensiivsust reguleeritakse vere väljavoolu suurendamise või vähendamisega ning see on seotud veresoonte laienemise või kokkutõmbumisega ning on reaktsioon välistingimuste muutumisele. Kui ümbritseva õhu temperatuur on kehatemperatuurist kõrgem, saavutatakse täiendav termoregulatsioon kehapinnalt aurustumise suurendamisega. Lisaks loomulikule termoregulatsioonile on suur tähtsus kunstlikul termoregulatsioonil, mis on seotud organismi isoleerimisega ebasoodsatest keskkonnatingimustest. Soojusbilanssi saab katseliselt kontrollida, et määrata kehast vabanevat energiat ja kehasse sisenevate toitainete energiat. Kehast vabanev energia on samaväärne allaneelatuga. See. kõik eluprotsessid vastavad termodünaamika 1. seadusele.

Termodünaamika teine ​​seadus biosüsteemidele rakendatuna:

Termodünaamika teine ​​seadus näitab energiavormide kvalitatiivset erinevust. Soojusenergia tekib kehas ja on seotud energia teatud vorm, s.o. elutegevuse käigus ei saa ega saa seda täielikult muudeks liikideks muuta. Entroopia mõistet kasutatakse seotud energia kirjeldamiseks.

Entroopia on oleku funktsioon ja määratakse kuni suvalise konstandini. Isoleeritud süsteemide puhul entroopia ei vähene, s.t. Kui süsteemis toimuvad pöördumatud protsessid, siis entroopia suureneb, kuid pöördumatuna see ei muutu. Nad räägivad energiavarust süsteemis, kõige tähtsam on teada, mis tööd see väliskehadel või süsteemi enda sees teha suudab. Selleks kasutatakse vaba energiat ehk Gibbsi energiat. Bioloogiliste süsteemide puhul toimuvad protsessid konstantsel temperatuuril ning vähe muutuva tiheduse ja mahu juures. See. tavatingimuste puhul muundub osa süsteemi siseenergiast vabalt, süsteemis sama mis vaba energia ja Gibbsi energia. See. Elusorganismi talitlusvõimete hindamiseks on vaja arvestada vaba energia või Gibbsi potentsiaali muutustega. Keemiliste reaktsioonide Gibbsi potentsiaali muutuse arvutamiseks on olemas meetodid.

Bioloogiliste süsteemide puhul aga entroopia suurenemise seadust ei järgita, mis tekitas kahtlusi termodünaamika 2. seaduse rakendamise võimalikkuses loomsete süsteemide puhul. Selle seaduse sõnastuse järgi määrab entroopia taassünd enamuse looduses toimuvate protsesside suuna. Entroopia regenereerimise seadus kehtib aga ainult isoleeritud süsteemis ja seda ei saa rakendada elusorganismile põhjendusega, et tegemist on avatud süsteemiga. Tasakaaluseisundis isoleeritud süsteemi puhul on entroopia maksimaalne ja kõik termodünaamilised potentsiaalid, sealhulgas omaenergia ja Gibbsi energia, osutuvad minimaalseks. Statsionaarses olekus avatud süsteemis võib entroopia muutus olla negatiivne ning F või G väärtus ei pruugi üldse muutuda.

Isoleeritud süsteemide jaoks :

Avatud süsteemide jaoks:

Avatud süsteemide termodünaamika 2. seaduse sõnastas esmakordselt Prigožin.

Avatud süsteemide entroopia muutust saab kujutada kahe osana.

Esimene liige määrab entroopia muutuse välistest protsessidest. Teine liige määrab entroopia muutuse, mis on tingitud süsteemis toimuvatest protsessidest.

See on tingitud toitainete lagunemisprotsesside pöördumatusest, gradientide ühtlustumisest, millega kaasneb alati entroopia suurenemine. Gibbsi potentsiaali saab jagada sarnaselt entroopiaga.

Sisemiste protsessidega kaasneb Gibbsi potentsiaali kulumine ja vähenemine, mis keskkonnaga vahetuse tõttu võib kas suureneda või väheneda. Üldjuhul muutuvad entroopia muutuse märk ja suurus erinevatel ajaperioodidel, mistõttu on avatud süsteemis mugav arvestada entroopia muutumise kiirusega.

Elufunktsioonide säilitamiseks on vajalik organismi pidev varustamine vaba energiaga keskkonnast, et kompenseerida sisemiste protsesside tõttu tekkinud vaba energia kadu. Loomade süsteemi entroopia vähenemine toidu ja päikeseenergia tarbimise ajal viib samaaegselt süsteemi vaba energia suurenemiseni. Need. negatiivse energia juurdevool ei ole seotud elustruktuuride korrastamisega. Toitainete lagunemine toob kaasa kehale vajaliku vaba energia vabanemise. Negatiivse entroopia voog on vajalik selleks, et kompenseerida spontaansete eluprotsesside tulemusena raku sees tekkivat entroopia suurenemist ja vaba energia vähenemist. See. avatud süsteem on vaba energia ringluse ja muundamise protsess. Kui avatud süsteemi sees saavutatakse temperatuuri tasakaal, kulgevad vahetusprotsessid keskkonnaga tasakaalus. Avatud süsteemi stabiilne olek on püsiseisund. Statsionaarse oleku tekkimise termodünaamilised tingimused on võrdsus kehasisese entroopia muutumise ja entroopia voolu keskkonda vahel. Need. avatud süsteemi puhul on püsiseisundi tingimus:

Entroopia püsivus ei tähenda termodünaamilist tasakaalu keskkonnaga. Organismi tasakaal keskkonnaga tähendab bioloogilist surma. Avatud süsteemi puhul määrab entroopia püsivus süsteemi statsionaarse oleku ja ei iseloomusta mitte pöörduvate protsesside puudumist, nagu isoleeritud keskkonnas tasakaalu korral, vaid kõige optimaalsemal kujul koostoimet keskkonnaga. See. Avatud süsteemide termodünaamika 2. seadus aitab näidata süsteemi statsionaarse oleku sobivust. Selle põhimõtte sõnastas esmakordselt Prigozhyn teoreemi kujul:

Püsiseisundis on entroopia tootmine süsteemis konstantne ja kõigist võimalikest kiirustest madalaim.

Teoreem näitab, et statsionaarne olek annab kõige vähem vaba energia kadu. Selles seisundis töötab keha kõige tõhusamalt.

Allikas: Olümpiaspordi Toitumiskeskus

Energia ei saa tekkida eikusagilt ega kaduda kuhugi, see saab muutuda ainult ühest tüübist teise.

Kogu energia Maal tuleb Päikeselt. Taimed on võimelised muutma päikeseenergia keemiliseks energiaks (fotosüntees).

Inimene ei saa otseselt päikeseenergiat kasutada, küll aga saame energiat taimedest. Sööme kas taimi endid või taimi söönud loomade liha. Inimene saab kogu oma energia söögist ja joogist.

Toidu energiaallikad

Inimene saab kogu eluks vajaliku energia toiduga. Energia mõõtühikuks on kalorid. Üks kalor on soojushulk, mis kulub 1 kg vee soojendamiseks 1°C võrra. Suurema osa energiast saame järgmistest toitainetest:

Süsivesikud - 4kcal (17kJ) 1g kohta

Valgud (valk) - 4 kcal (17 kJ) 1 g kohta

Rasvad - 9 kcal (37 kJ) 1 g kohta

Süsivesikud (suhkrud ja tärklis) on kõige olulisem energiaallikas, enamik neist leidub leivas, riisis ja pastas. Head valguallikad on liha, kala ja munad. Või, taimeõli ja margariin koosnevad peaaegu täielikult rasvhapetest. Kehale annavad energiat ka kiudained, aga ka alkohol, kuid tarbimise tase on inimestel väga erinev.

Vitamiinid ja mineraalid ise ei anna kehale energiat, küll aga osalevad kehas toimuvates energiavahetusprotsessides.

Erinevate toitude energiasisaldus on väga erinev. Terved inimesed saavutavad tasakaalustatud toitumise, tarbides väga erinevaid toite. Ilmselgelt, mida aktiivsemalt inimene juhib, seda rohkem vajab ta toitu ehk seda energiamahukam see peaks olema.

Inimese kõige olulisem energiaallikas on süsivesikud. Tasakaalustatud toitumine annab kehale erinevad tüübid süsivesikuid, kuid suurem osa energiast peaks tulema tärklisest. IN viimased aastad Suurt tähelepanu pöörati inimese toitumise komponentide ja erinevate haiguste seoste uurimisele. Teadlased nõustuvad, et inimesed peavad vähendama rasvase toidu tarbimist süsivesikute kasuks.

Kuidas saame toidust energiat?

Pärast toidu allaneelamist jääb see mõnda aega makku. Seal seedemahlade mõjul algab selle seedimine. See protsess jätkub peensooles, põhjustades toidukomponentide lagunemist väiksemateks ühikuteks, et need saaksid läbi sooleseina verre imenduda. Seejärel saab keha kasutada toitaineid energia tootmiseks, mida toodetakse ja säilitatakse adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul.

ATP molekul, mis koosneb adenosiinist ja kolmest järjestikku ühendatud fosfaatrühmast. Energiavarud on "koondunud" fosfaatrühmade vahelistesse keemilistesse sidemetesse. Selle potentsiaalse energia vabastamiseks tuleb eraldada üks fosfaatrühm, s.t. ATP laguneb ADP-ks (adenosiindifosfaadiks), vabastades energiat.

Adenosiintrifosfaat (lühend ATP, inglise keeles ATP) on nukleotiid, millel on äärmiselt oluline roll organismide energia ja ainete ainevahetuses; Esiteks on ühend tuntud kui universaalne energiaallikas kõigi elussüsteemides toimuvate biokeemiliste protsesside jaoks. ATP on rakus peamine energiakandja.

Iga rakk sisaldab väga piiratud koguses ATP-d, mis tavaliselt kulub ära mõne sekundiga. ADP redutseerimine ATP-ks nõuab energiat, mis saadakse rakkudes süsivesikute, valkude ja rasvhapete oksüdatsiooni käigus.

Energiavarud kehas.

Pärast toitainete imendumist organismi hoitakse osa neist varukütusena glükogeeni või rasva kujul.

Glükogeen kuulub ka süsivesikute klassi. Selle varud kehas on piiratud ja ladestuvad maksas ja lihaskoes. Füüsilise tegevuse käigus laguneb glükogeen glükoosiks ning annab koos veres ringleva rasva ja glükoosiga energiat töötavatele lihastele. Tarbitavate toitainete proportsioonid sõltuvad füüsilise koormuse liigist ja kestusest.

Glükogeen koosneb pikkade ahelatega ühendatud glükoosi molekulidest. Kui glükogeenivarud organismis on normaalsed, muundatakse kehasse sisenevad liigsed süsivesikud rasvaks.

Valke ja aminohappeid organism tavaliselt energiaallikana ei kasuta. Kuid toitumisvaeguse ja suurenenud energiakulu korral saab lihaskoes sisalduvaid aminohappeid kasutada ka energia saamiseks. Toiduga kaasas olev valk võib olla energiaallikas ja muutuda rasvaks, kui selle vajadus ehitusmaterjalina on täielikult rahuldatud.

Kuidas energiat treeningu ajal kasutatakse?

Koolituse algus

Treeningu alguses või siis, kui energiakulu järsult suureneb (sprinting), on energiavajadus suurem kui kiirus, millega ATP sünteesitakse süsivesikute oksüdatsiooni teel. Esiteks "põletatakse" süsivesikuid anaeroobselt (ilma hapniku osaluseta), selle protsessiga kaasneb piimhappe (laktaadi) vabanemine. Selle tulemusena vabaneb teatud kogus ATP-d - vähem kui aeroobse reaktsiooni ajal (hapniku osalusel), kuid kiiremini.

Teine "kiire" energiaallikas, mida kasutatakse ATP sünteesiks, on kreatiinfosfaat. Väikestes kogustes seda ainet leidub lihaskoes. Kreatiinfosfaadi lagunemisel vabaneb energia, mis on vajalik ADP redutseerimiseks ATP-ks. See protsess kulgeb väga kiiresti ning kreatiinfosfaadi varudest organismis piisab vaid 10-15 sekundiks “plahvatuslikuks” tööks, s.t. Kreatiinfosfaat on omamoodi puhver, mis katab lühiajalise ATP vaeguse.

Esialgne koolitusperiood

Sel ajal hakkab kehas tööle süsivesikute aeroobne ainevahetus, kreatiinfosfaadi kasutamine ja laktaadi (piimhappe) moodustumine peatub. Rasvhapete varud mobiliseeritakse ja tehakse kättesaadavaks töötavate lihaste energiaallikana, samal ajal suureneb rasvade oksüdatsiooni tõttu ADP redutseerimise tase ATP-ks.

Peamine koolitusperiood

Viienda ja viieteistkümnenda minuti vahel pärast treeningu algust stabiliseerub organismis suurenenud ATP vajadus. Pika, suhteliselt ühtlase intensiivsusega treeningu ajal toetab ATP sünteesi süsivesikute (glükogeen ja glükoos) ja rasvhapete oksüdatsioon. Kreatiinfosfaadi varud taastuvad sel ajal järk-järgult.

Kreatiin on aminohape, mis sünteesitakse maksas arginiinist ja glütsiinist. Just kreatiin võimaldab sportlastel kergemini vastu pidada ka kõige suurematele koormustele. Tänu selle toimele viibib piimhappe vabanemine inimese lihastes, mis põhjustab arvukalt lihasvalusid. Teisest küljest võimaldab kreatiin sooritada tugevat füüsilist tegevust tänu suure hulga energia vabanemisele kehas.

Koormuse suurenedes (näiteks ülesmäge joostes) ATP tarbimine suureneb ja kui see tõus on märkimisväärne, lülitub keha uuesti süsivesikute anaeroobsele oksüdatsioonile koos laktaadi moodustumisega ja kreatiinfosfaadi kasutamisega. Kui kehal pole aega ATP taset taastada, võib kiiresti tekkida väsimus.

Milliseid energiaallikaid treeningul kasutatakse?

Süsivesikud on töötavate lihaste jaoks kõige olulisem ja napp energiaallikas. Need on vajalikud igasuguse füüsilise tegevuse jaoks. Inimkehas säilitatakse süsivesikuid väikestes kogustes glükogeenina maksas ja lihastes. Treeningu ajal tarbitakse glükogeeni, mida koos veres ringlevate rasvhapete ja glükoosiga kasutatakse lihasenergia allikana. Erinevate kasutatavate energiaallikate suhe sõltub treeningu tüübist ja kestusest.

Kuigi rasv sisaldab rohkem energiat, toimub selle kasutamine aeglasemalt ning ATP sünteesi rasvhapete oksüdatsiooni kaudu toetab süsivesikute ja kreatiinfosfaadi kasutamine. Kui süsivesikute varud on ammendunud, ei talu organism suuri koormusi. Seega on süsivesikud energiaallikas, mis piirab treeningu ajal koormuse taset.

Keha energiavarusid piiravad tegurid treeningu ajal

1. Erinevat tüüpi kehalises tegevuses kasutatavad energiaallikad

Madal intensiivsus (sörkimine)

Nõutav ATP taastumise tase ADP-st on suhteliselt madal ja see saavutatakse rasvade, glükoosi ja glükogeeni oksüdeerimisega. Kui glükogeenivarud on ammendunud, suureneb rasvade roll energiaallikana. Kuna rasvhapped oksüdeeruvad üsna aeglaselt, et täiendada kulutatud energiat, sõltub sellise treeningu pikaajaline jätkamine organismi glükogeeni hulgast.

Keskmine intensiivsus (kiire jooks)

Kui füüsiline aktiivsus saavutab aeroobsete oksüdatsiooniprotsesside jätkumise maksimumtaseme, on vaja kiiresti taastada ATP varud. Süsivesikud muutuvad keha peamiseks kütuseks. Kuid vajalikku ATP taset ei saa hoida ainult süsivesikute oksüdeerimisega, mistõttu rasva oksüdatsioon ja laktaadi moodustumine toimuvad paralleelselt.

Maksimaalne intensiivsus (sprint)

ATP sünteesi toetab peamiselt kreatiinfosfaadi kasutamine ja laktaadi moodustumine, kuna süsivesikute ja rasvade oksüdatsiooni metabolismi ei ole võimalik nii kõrgel kiirusel hoida.

2. Koolituse kestus

Energiaallika tüüp sõltub treeningu kestusest. Esiteks vabaneb energia kreatiinfosfaadi kasutamisega. Seejärel lülitub keha üle valdavale glükogeeni kasutamisele, mis annab energiat ligikaudu 50-60% ATP sünteesiks. Ülejäänud energia ATP sünteesiks saab keha vabade rasvhapete ja glükoosi oksüdatsiooni kaudu. Kui glükogeenivarud on ammendunud, muutuvad rasvad peamiseks energiaallikaks, samas kui glükoosi hakatakse rohkem kasutama süsivesikutest.

3. Treeningu tüüp

Nendel spordialadel, kus suhteliselt madala koormuse perioodid asenduvad järsu aktiivsuse tõusuga (jalgpall, jäähoki, korvpall), toimub vaheldumine kreatiinfosfaadi (tippkoormuse ajal) ja glükogeeni kasutamisel ATP sünteesi peamise energiaallikana. . “Vaikse” faasi ajal taastatakse kehas kreatiinfosfaadi varud.

4. Keha sobivus

Mida treenitum on inimene, seda suurem on organismi võime oksüdatiivseks ainevahetuseks (vähem glükogeeni muundub laktoosiks) ja seda säästlikumalt kasutatakse energiavarusid. See tähendab, et treenitud inimene teeb mis tahes harjutust väiksema energiakuluga kui treenimata inimene.

5. Dieet

Mida kõrgem on glükogeeni tase organismis enne treeningu algust, seda hiljem tekib väsimus. Glükogeenivarude suurendamiseks peate suurendama süsivesikuterikaste toitude tarbimist. Sporditoitumise valdkonna eksperdid soovitavad järgida dieete, mille energeetilisest väärtusest kuni 70% moodustavad süsivesikud.

Pasta (pasta)

Teraviljad

Juured

Oapurk 45

Suur portsjon riisi 60

Suur osa jakikartuleid 45

Kaks viilu saia 30

Suur portsjon spagette 90

Sisesta oma toiduplaani rohkem süsivesikuid, et säilitada keha energiavarusid;

1-4 tundi enne treeningut söö 75-100 g süsivesikuid;

Treeningu esimesel pooletunnil, mil lihase taastumisvõime on maksimaalne, söö 50-100 süsivesikuid;

Pärast treeningut on vaja jätkata süsivesikute tarbimist, et kiiresti taastada glükogeenivarud.

Bioloogia(kreeka sõnadest bios – elu, logos – õpetus) on teadus, mis uurib elusorganisme ja loodusnähtusi.

Bioloogia teemaks on Maal elavate organismide mitmekesisus.

Eluslooduse omadused. Kõigil elusorganismidel on mitmeid ühiseid tunnuseid ja omadusi, mis eristavad neid kehadest elutu loodus. Need on struktuurilised tunnused, ainevahetus, liikumine, kasv, paljunemine, ärrituvus, eneseregulatsioon. Vaatleme elusaine iga loetletud omaduse juures.

Väga korrastatud struktuur. Elusorganismid koosnevad kemikaalidest, millel on rohkem kõrge tase organisatsioon kui elutud ained. Kõigil organismidel on kindel struktuuriplaan – rakuline või mitterakuline (viirused).

Ainevahetus ja energia- see on hingamise, toitumise, eritumise protsesside kogum, mille kaudu organism saab väliskeskkonnast vajalikke aineid ja energiat, muundab ja akumuleerib need oma kehas ning eraldab keskkonda jääkaineid.

Ärrituvus on keha reaktsioon keskkonnamuutustele, aidates tal muutuvates tingimustes kohaneda ja ellu jääda. Nõela torgamisel tõmbab inimene käe tagasi ja hüdra tõmbub palliks. Taimed pöörduvad valguse poole ja amööb eemaldub lauasoola kristallist.

Kasv ja areng. Elusorganismid kasvavad, suurenevad, arenevad ja muutuvad toitainetega varustamise tõttu.

Paljundamine- elusolendite võime end taastoota. Paljunemine on seotud päriliku teabe edastamise nähtusega ja on elusolendite kõige iseloomulikum tunnus. Iga organismi eluiga on piiratud, kuid paljunemise tulemusena on elusaine "surematu".

Liikumine. Organismid on võimelised enam-vähem aktiivseks liikumiseks. See on üks selgemaid märke elus olemisest. Liikumine toimub nii keha sees kui ka raku tasandil.

Eneseregulatsioon. Elusolendite üks iseloomulikumaid omadusi on organismi sisekeskkonna püsivus muutuvates välistingimustes. Reguleeritakse kehatemperatuuri, rõhku, gaasiküllastust, ainete kontsentratsiooni jne. Iseregulatsiooni nähtus ei toimu mitte ainult kogu organismi, vaid ka raku tasandil. Lisaks on iseregulatsioon tänu elusorganismide tegevusele omane biosfäärile tervikuna. Eneseregulatsiooni seostatakse selliste elusolendite omadustega nagu pärilikkus ja muutlikkus.

Pärilikkus on võime paljunemisprotsessi käigus põlvest põlve edasi anda organismi tunnuseid ja omadusi.

Muutlikkus on organismi võime muuta oma omadusi keskkonnaga suhtlemisel.

Pärilikkuse ja muutlikkuse tulemusena kohanevad elusorganismid välistingimustega, mis võimaldab neil ellu jääda ja järglasi jätta.

§ 44. Rakkude ehitus

Enamikul elusorganismidel on rakuline struktuur. Rakk on elusolendite struktuurne ja funktsionaalne üksus. Seda iseloomustavad kõik elusorganismide tunnused ja funktsioonid: ainevahetus ja energia, kasv, paljunemine, eneseregulatsioon. Rakud erinevad kuju, suuruse, funktsioonide ja ainevahetuse tüübi poolest (joonis 47).

Riis. 47. Rakkude mitmekesisus: 1 – roheline euglena; 2 – bakterid; 3 – lehemassi taimerakk; 4 – epiteelirakk; 5 – närvirakk

Rakkude suurused varieeruvad vahemikus 3-10 kuni 100 µm (1 µm = 0,001 m). Vähem levinud on rakud, mille suurus on väiksem kui 1–3 µm. On ka hiiglaslikke rakke, mille suurus ulatub mitme sentimeetrini. Ka rakkude kuju on väga mitmekesine: sfäärilised, silindrilised, ovaalsed, spindlikujulised, tähtkujulised jne. Siiski on kõigil rakkudel palju ühist. Neil on sama keemiline koostis ja üldine ehitusplaan.

Raku keemiline koostis. Kõigist teadaolevatest keemilistest elementidest leidub elusorganismides umbes 20 ja neist 4: hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik moodustavad kuni 95%. Neid elemente nimetatakse biogeenseteks. Elusorganisme moodustavatest anorgaanilistest ainetest on vesi kõige olulisem. Selle sisaldus rakus on vahemikus 60–98%. Lisaks veele sisaldab rakk ka mineraalaineid, peamiselt ioonide kujul. Need on raua, joodi, kloori, fosfori, kaltsiumi, naatriumi, kaaliumi jne ühendid.

Lisaks anorgaanilistele ainetele sisaldab rakk ka orgaanilisi aineid: valke, lipiide (rasvu), süsivesikuid (suhkruid), nukleiinhappeid (DNA, RNA). Nad moodustavad suurema osa rakust. Olulisemad orgaanilised ained on nukleiinhapped ja valgud. Nukleiinhapped (DNA ja RNA) osalevad päriliku teabe edastamises, valkude sünteesis ja kõigi raku eluprotsesside reguleerimises.

Oravad täidavad mitmeid funktsioone: ehitus-, reguleerimis-, transpordi-, kokkutõmbumis-, kaitse-, energeetika-. Kuid kõige olulisem on valkude ensümaatiline funktsioon.

Ensüümid– need on bioloogilised katalüsaatorid, mis kiirendavad ja reguleerivad kõiki elusorganismides toimuvaid keemilisi reaktsioone. Ükski reaktsioon elusrakus ei toimu ilma ensüümide osaluseta.

Lipiidid Ja süsivesikuid Nad täidavad peamiselt ehitus- ja energiafunktsioone ning on organismile varutoitaineteks.

Niisiis, fosfolipiidid koos valkudega ehitavad nad üles kõik raku membraanstruktuurid. Suure molekulmassiga süsivesik, tselluloos moodustab taimede ja seente rakuseina.

Rasvad, tärklis Ja glükogeen on reservtoitained rakule ja kehale tervikuna. Glükoos, fruktoos, sahharoos ja teised Sahara on osa taimede juurtest, lehtedest ja viljadest. Glükoos on inimeste ja paljude loomade vereplasma kohustuslik komponent. Süsivesikute ja rasvade lagundamisel organismis vabaneb suur hulk energiat, mis on vajalik elutähtsateks protsessideks.

Rakulised struktuurid. Rakk koosneb välimisest rakumembraanist, tsütoplasmast koos organellidega ja tuumast (joon. 48).

Riis. 48. Looma (A) ja taime (B) raku struktuuri kombineeritud diagramm: 1 - kest; 2 - välimine rakumembraan; 3 - tuum; 4 - kromatiin; 5 - tuum; 6 - endoplasmaatiline retikulum (sile ja teraline); 7 - mitokondrid; 8 - kloroplastid; 9 – Golgi aparaat; 10 - lüsosoom; 11 – rakukeskus; 12 - ribosoomid; 13 - vakuool; 14 - tsütoplasma

Väline rakumembraan on ühemembraaniline rakustruktuur, mis piirab kõigi organismide raku elussisu. Omades selektiivset läbilaskvust, kaitseb see rakku, reguleerib ainete voolu ja vahetust väliskeskkonnaga ning säilitab teatud raku kuju. Taimeorganismide ja seente rakkudel on lisaks välisküljel olevale membraanile ka membraan. See elutu rakuline struktuur koosneb taimedes tselluloosist ja seentes kitiinist, annab rakule jõudu, kaitseb seda ning on taimede ja seente “skelett”.

IN tsütoplasma, Raku poolvedel sisu sisaldab kõiki organelle.

Endoplasmaatiline retikulum tungib tsütoplasmasse, pakkudes sidet raku üksikute osade vahel ja ainete transporti. Seal on sile ja granuleeritud EPS. Granuleeritud ER sisaldab ribosoome.

Ribosoomid- Need on väikesed seenekujulised kehad, millel toimub rakus valgusüntees.

Golgi aparaat tagab sünteesitud ainete pakkimise ja eemaldamise rakust. Lisaks moodustuvad selle struktuurid lüsosoomid. Need sfäärilised kehad sisaldavad ensüüme, mis lagundavad rakku sisenevaid toitaineid, tagades rakusisese seedimise.

Mitokondrid- Need on poolautonoomsed pikliku kujuga membraanstruktuurid. Nende arv rakkudes varieerub ja suureneb jagunemise tulemusena. Mitokondrid on raku energiajaamad. Hingamisprotsessi käigus toimub ainete lõplik oksüdeerumine atmosfäärihapnikuga. Sel juhul salvestatakse vabanenud energia ATP molekulidesse, mille süntees toimub nendes struktuurides.

kloroplastid, poolautonoomsed membraanorganellid, mis on iseloomulikud ainult taimerakkudele. Kloroplastid on klorofülli pigmendi tõttu rohelist värvi, mis tagavad fotosünteesi protsessi.

Lisaks kloroplastidele on ka taimerakkudel vakuoolid, täidetud rakumahlaga.

Raku keskus osaleb rakkude jagunemise protsessis. See koosneb kahest tsentrioolist ja tsentrosfäärist. Jagunemisel moodustavad need spindli niidid ja tagavad kromosoomide ühtlase jaotumise rakus.

Tuum- See on raku eluea reguleerimise keskus. Tuum on tsütoplasmast eraldatud tuumamembraaniga, millel on poorid. Seest on täidetud karüoplasma, mis sisaldab DNA molekule, mis tagavad päriliku teabe edastamise. Siin toimub DNA, RNA ja ribosoomide süntees. Sageli võib tuumas näha üht või mitut tumedat ümarat moodustist – need on tuumakesed. Siin moodustuvad ja kogunevad ribosoomid. Tuumas ei ole DNA molekulid nähtavad, kuna need on kromatiini õhukeste ahelate kujul. Enne jagunemist spiraalib DNA, pakseneb, moodustab valguga komplekse ja muutub selgelt nähtavateks struktuurideks – kromosoomideks (joon. 49). Tavaliselt on rakus olevad kromosoomid paaris, kuju, suuruse ja päriliku teabe poolest identsed. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogne. Topeltpaaritud kromosoomide komplekti nimetatakse diploidne. Mõned rakud ja organismid sisaldavad ühte sidumata komplekti, mida nimetatakse haploidne.

Riis. 49. A-kromosoomi struktuur: 1 - tsentromeer; 2 – kromosoomi käed; 3 – DNA molekulid; 4 – sõsarkromatiidid; B - kromosoomide tüübid: 1 – võrdse relvaga; 2 – erinevad õlad; 3 - üheõlaline

Iga organismitüübi kromosoomide arv on konstantne. Seega on inimese rakkudes 46 kromosoomi (23 paari), nisurakkudes 28 (14 paari) ja tuvides 80 (40 paari). Need organismid sisaldavad diploidset kromosoomide komplekti. Mõnedel organismidel, nagu vetikad, samblad ja seened, on haploidne kromosoomide komplekt. Kõikide organismide sugurakud on haploidsed.

Lisaks loetletud rakkudele on teatud organellid - ripsmed Ja flagella, pakkudes liikumist peamiselt üherakulistes organismides, kuid neid leidub ka osades hulkraksete organismide rakkudes. Näiteks lippe leidub Euglena Greenis, Chlamydomonases ja mõnes bakteris ning ripsmeid leidub loomade ripsepiteeli rakkudes.

§ 45. Rakutegevuse tunnused

Ainevahetus ja energia rakus. Rakkude elutegevuse aluseks on ainevahetus ja energia muundamine. Rakus või organismis toimuvate keemiliste transformatsioonide kogumit, mis on omavahel seotud ja millega kaasneb energia muundamine, nimetatakse ainevahetus ja energia.

Orgaaniliste ainete sünteesi, millega kaasneb energia neeldumine, nimetatakse assimilatsioon või plastivahetus. Orgaaniliste ainete lagunemist, lagunemist, millega kaasneb energia vabanemine, nimetatakse dissimilatsioon või energia ainevahetust.

Peamine energiaallikas Maal on Päike. Taimerakud kasutavad kloroplastides Päikese energia püüdmiseks spetsiaalseid struktuure, muutes selle orgaaniliste ainete molekulide ja ATP keemiliste sidemete energiaks.

ATP(adenosiintrifosfaat) on orgaaniline aine, universaalne energiaakumulaator bioloogilistes süsteemides. Päikeseenergia muundatakse selle aine keemiliste sidemete energiaks ja kulutatakse glükoosi, tärklise ja muude orgaaniliste ainete sünteesiks.

Atmosfääris leiduv hapnik, nii kummaline kui see ka ei tundu, on taimede eluprotsessi – fotosünteesi – kõrvalsaadus.

Nimetatakse orgaaniliste ainete sünteesi protsessi anorgaanilistest päikeseenergia mõjul fotosüntees.

Fotosünteesi üldistatud võrrandit saab esitada järgmiselt:

6CO 2 + 6H 2 O – hele > C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Taimedes tekivad orgaanilised ained esmase sünteesi käigus süsihappegaasist, veest ja mineraalsooladest. Loomad, seened ja paljud bakterid kasutavad valmis orgaanilisi aineid (taimedelt). Lisaks tekib fotosünteesi käigus hapnik, mis on vajalik elusorganismide hingamiseks.

Toitumise ja hingamise käigus orgaanilised ained lagunevad ja oksüdeeritakse hapniku toimel. Vabanenud energia vabaneb osaliselt soojuse kujul ja osaliselt salvestatakse uuesti sünteesitud ATP molekulidesse. See protsess toimub mitokondrites. Orgaaniliste ainete lagunemise lõpp-produktideks on vesi, süsihappegaas ja ammoniaagiühendid, mida taas kasutatakse fotosünteesi protsessis. ATP-s salvestatud energia kulutatakse igale organismile iseloomulike orgaaniliste ainete sekundaarseks sünteesiks, mis on vajalik kasvuks ja paljunemiseks.

Niisiis varustavad taimed kõiki organisme mitte ainult toitainetega, vaid ka hapnikuga. Lisaks muundavad nad Päikese energiat ja edastavad selle orgaaniliste ainete kaudu kõigile teistele organismirühmadele.

§ 46. Organismide ainevahetuse liigid

Ainevahetus kui organismide peamine omadus. Keha on keskkonnaga keerulises suhtes. Sellest saab ta toitu, vett, hapnikku, valgust ja soojust. Luues nende ainete ja energia kaudu elusaine massi, ehitab ta üles oma keha. Seda keskkonda kasutades aga mõjutab organism tänu oma elutegevusele seda samaaegselt ja muudab seda. Järelikult on organismi ja keskkonna vahelise koostoime põhiprotsess ainevahetus ja energia.

Ainevahetuse tüübid. Keskkonnategurid on erinev tähendus erinevate organismide jaoks. Taimed vajavad kasvamiseks ja arenemiseks valgust, vett ja süsihappegaasi ning mineraalaineid. Sellised tingimused ei ole loomade ja seente jaoks piisavad. Nad vajavad orgaanilisi toitaineid. Toitumismeetodi, orgaaniliste ainete ja energia saamise allika järgi jagunevad kõik organismid autotroofseteks ja heterotroofseteks.

Autotroofsed organismid sünteesida orgaanilisi aineid fotosünteesi käigus anorgaanilistest ainetest (süsinikdioksiid, vesi, mineraalsoolad), kasutades päikesevalguse energiat. Nende hulka kuuluvad kõik taimeorganismid, fotosünteetilised tsüanobakterid. Kemosünteetilised bakterid on samuti võimelised autotroofseks toitumiseks, kasutades energiat, mis vabaneb anorgaaniliste ainete oksüdeerumisel: väävel, raud, lämmastik.

Autotroofse assimilatsiooni protsess toimub päikesevalguse energia või anorgaaniliste ainete oksüdatsiooni tõttu ning orgaanilised ained sünteesitakse anorgaanilistest. Sõltuvalt anorgaanilise aine neeldumisest eristatakse süsiniku assimilatsiooni, lämmastiku assimilatsiooni, väävli assimilatsiooni ja muid mineraalaineid. Autotroofne assimilatsioon on seotud fotosünteesi ja kemosünteesi protsessidega ning seda nimetatakse orgaanilise aine esmane süntees.

Heterotroofsed organismid saavad autotroofidest valmis orgaanilisi aineid. Nende energiaallikaks on orgaanilistes ainetes salvestunud energia, mis vabaneb nende ainete lagunemise ja oksüdatsiooni keemiliste reaktsioonide käigus. Nende hulka kuuluvad loomad, seened ja paljud bakterid.

Heterotroofse assimilatsiooni käigus omastab organism orgaanilisi aineid valmis kujul ja muudab need oma orgaanilisteks aineteks, kasutades imendunud ainetes sisalduvat energiat. Heterotroofne assimilatsioon hõlmab toidu tarbimise, seedimise, assimilatsiooni ja uute orgaaniliste ainete sünteesi protsesse. Seda protsessi nimetatakse orgaaniliste ainete sekundaarne süntees.

Erinevad on ka organismide dissimilatsiooniprotsessid. Üks neist vajab eluks hapnikku – see aeroobne organismid. Teised ei vaja hapnikku ja nende eluprotsessid võivad toimuda hapnikuvabas keskkonnas – see on anaeroobne organismid.

Eristatakse välist ja sisemist hingamist. Gaasivahetust organismi ja väliskeskkonna vahel, sealhulgas hapniku imendumist ja süsihappegaasi vabanemist, samuti nende ainete transporti läbi keha üksikutesse organitesse, kudedesse ja rakkudesse nimetatakse nn. väline hingamine. Selles protsessis hapnikku ei kasutata, vaid ainult transporditakse.

Sisemine, või rakuhingamine hõlmab biokeemilisi protsesse, mis viivad hapniku imendumiseni, energia vabanemiseni ning vee ja süsinikdioksiidi moodustumiseni. Need protsessid toimuvad eukarüootsete rakkude tsütoplasmas ja mitokondrites või prokarüootsete rakkude spetsiaalsetel membraanidel.

Hingamisprotsessi üldistatud võrrand:

C6H12O6 + 6O2 > 6CO2 + 6H2O.

2. Teine dissimilatsiooni vorm on anaeroobne, või hapnikuvaba, oksüdatsioon. Energiavahetuse protsessid kulgevad sel juhul vastavalt kääritamise tüübile. Käärimine on dissimilatsiooni vorm, mille käigus energiarikkad orgaanilised ained lõhustatakse energia vabanemisega vähem energiarikasteks, aga ka orgaanilisteks aineteks.

Sõltuvalt lõpptoodetest eristatakse kääritamise tüüpe: alkohoolne, piimhape, äädikhape jne. Alkohoolne käärimine toimub pärmseentes, osades bakterites ja esineb ka osades taimekudedes. Piimhappekäärimine toimub piimhappebakterites, hapnikupuuduse korral toimub see ka inimeste ja loomade lihaskoes.

Metaboolsete reaktsioonide omavaheline seos autotroofsetes ja heterotroofsetes organismides. Ainevahetusprotsesside kaudu on looduses autotroofsed ja heterotroofsed organismid omavahel seotud (joon. 50).

Riis. 50. Aine ja energia voog biosfääris

Olulisemad organismirühmad on autotroofid, mis on võimelised sünteesima anorgaanilistest orgaanilisi aineid. Enamik autotroofe on rohelised taimed, mis fotosünteesi käigus muudavad anorgaanilise süsiniku - süsinikdioksiidi - keerukateks orgaanilisteks ühenditeks. Rohelised taimed toodavad fotosünteesi käigus ka hapnikku, mis on vajalik elusolendite hingamiseks.

Heterotroofid assimileerivad ainult valmis orgaanilisi aineid, saades energiat nende lagunemisest. Autotroofsed ja heterotroofsed organismid on omavahel seotud ainevahetusprotsesside ja energia kaudu. Fotosüntees on praktiliselt ainus protsess, mis varustab organisme toitainete ja hapnikuga.

Vaatamata fotosünteesi suurele ulatusele kasutavad Maa rohelised taimed vaid 1% nende lehtedele langevast päikeseenergiast. Bioloogia üks olulisemaid ülesandeid on päikeseenergia kasutuskoefitsiendi tõstmine kultuurtaimede poolt ja saagikate sortide loomine.

Viimastel aastatel Erilist tähelepanu meelitab ligi üherakulist vetikaid klorellat, mille kehas on kuni 6% klorofülli ja millel on märkimisväärne võime neelata kuni 20% päikeseenergiast. Kunstlikul paljundamisel paljuneb klorella kiiresti ja selle rakus suureneb valgusisaldus. Seda valku kasutatakse paljudes toiduainetes lisaainetena. On kindlaks tehtud, et 1 hektarilt veepinnalt võib päevas saada kuni 700 kg klorella kuivainet. Lisaks sünteesib klorella suures koguses vitamiine.

Teine huvi klorella vastu on seotud kosmoselendudega. Klorella sees kunstlikud tingimused võib pakkuda fotosünteesi käigus vabanevat hapnikku, kosmoselaev.

§ 47. Organismide ärrituvus ja liikumine

Ärrituse mõiste. Mikroorganismid, taimed ja loomad reageerivad väga erinevatele keskkonnamõjudele: mehaanilised mõjud (torke, rõhk, löök jne), temperatuurimuutused, valguskiirte intensiivsus ja suund, heli, elektriline stimulatsioon, õhu keemilise koostise muutused. , vesi või pinnas jne. See toob kaasa teatud kõikumised kehas stabiilse ja ebastabiilse oleku vahel. Elusorganismid on arenedes võimelised neid seisundeid analüüsima ja neile vastavalt reageerima. Kõigi organismide sarnaseid omadusi nimetatakse ärrituvuseks ja erutuvuseks.

Ärrituvus on keha võime reageerida välistele või sisemistele mõjudele.

Ärrituvus tekkis elusorganismides kohanemisena, mis tagab parema ainevahetuse ja kaitse keskkonnatingimuste mõjude eest.

Erutuvus on elusorganismide võime tajuda stiimulite mõju ja reageerida neile erutusreaktsiooniga.

Keskkonnamõjud mõjutavad raku ja selle organellide, kudede, elundite ja keha kui terviku seisundit. Organism reageerib sellele vastavate reaktsioonidega.

Ärrituse kõige lihtsam ilming on liikumine. See on tüüpiline isegi kõige lihtsamatele organismidele. Seda saab jälgida mikroskoobi all amööbiga tehtud katses. Kui amööbi kõrvale asetada väikesed toidutükid või suhkrukristallid, hakkab see aktiivselt toitaine poole liikuma. Pseudopoodide abil ümbritseb amööb tüki, tõmmates selle raku sisse. Seal tekib koheselt seedevakuool, milles seeditakse toitu.

Kuna keha struktuur muutub keerukamaks, muutuvad keerukamaks nii ainevahetus kui ka ärrituvuse ilmingud. Üherakulistel organismidel ja taimedel puuduvad erilised organid, mis tagaksid keskkonnast tulevate ärrituste tajumise ja edasikandumise. Mitmerakulistel loomadel on meeleelundid ja närvisüsteem, tänu millele nad tajuvad ärritusi ning reageerimine neile saavutab suure täpsuse ja otstarbekuse.

Üherakuliste organismide ärrituvus. Taksod.

Enamik lihtsad kujundidärrituvust täheldatakse mikroorganismidel (bakterid, üherakulised seened, vetikad, algloomad).

Näites amööbiga vaatlesime amööbi liikumist stiimuli (toidu) suunas. Seda üherakuliste organismide motoorset reaktsiooni vastuseks väliskeskkonna ärritusele nimetatakse taksod. Taksod on põhjustatud keemilisest ärritusest, mistõttu seda nimetatakse ka kemotaksist(joonis 51).

Riis. 51. Kemotaksis ripsloomadel

Taksod võivad olla positiivsed ja negatiivsed. Asetame katseklaasi ripslaste-susside kultuuriga kinnisesse pappkarpi, mille katseklaasi keskosa vastas asub üks auk, ja paneme selle valguse kätte.

Mõne tunni pärast koonduvad kõik ripsloomad katseklaasi valgustatud osasse. See on positiivne fototaksis.

Taksod on iseloomulikud mitmerakulistele loomadele. Näiteks vere leukotsüüdid avaldavad positiivset kemotaksist bakterite eritatavate ainete suhtes, koonduvad kohtadesse, kus need bakterid kogunevad, püüavad kinni ja seedivad neid.

Mitmerakuliste taimede ärrituvus. Tropismid. Kuigi mitmerakulistel taimedel ei ole meeleorganeid ega närvisüsteemi, ilmnevad neil sellegipoolest selgelt erinevad ärrituvuse vormid. Need hõlmavad taime või selle organite (juur, vars, lehed) kasvusuuna muutmist. Selliseid ärrituvuse ilminguid mitmerakulistes taimedes nimetatakse tropismid.

Vars lehtedega näitavad positiivne fototropism ja kasvada valguse ja juure poole - negatiivne fototropism(joonis 52). Taimed reageerivad Maa gravitatsiooniväljale. Pöörake tähelepanu mäeküljel kasvavatele puudele. Kuigi mullapind on kaldega, kasvavad puud vertikaalselt. Taimede reaktsiooni gravitatsioonile nimetatakse geotropism(joonis 53). Idanevast seemnest tärkav juur on alati suunatud allapoole maapinna poole - positiivne geotropism. Seemnest arenevate lehtedega võrse on alati suunatud maapinnast ülespoole - negatiivne geotropism.

Tropismid on väga mitmekesised ja mängivad taimede elus suurt rolli. Need väljenduvad selgelt kasvusuunas erinevatel roni- ja ronitaimedel, nagu viinamarjad ja humal.

Riis. 52. Fototropism

Riis. 53. Geotropism: 1 – sirgekasvuliste rediseistikutega lillepott; 2 – külili asetatud lillepott, mida hoitakse fototropismi kõrvaldamiseks pimedas; 3 - lillepotis olevad seemikud on paindunud gravitatsioonile vastupidises suunas (vartel on negatiivne geotropism)

Lisaks tropismidele näitavad taimed ka muud tüüpi liikumist - nastia. Need erinevad tropismidest selle poolest, et neil puudub spetsiifiline orientatsioon neid põhjustanud stiimulile. Näiteks kui puudutate mimoosi lehti, voldivad need kiiresti pikisuunas kokku ja kukuvad allapoole. Mõne aja pärast naasevad lehed endisesse asendisse (joonis 54).

Riis. 54. Nastia häbeliku mimoosiga: 1 - normaalses seisukorras; 2 - kui ärritunud

Paljude taimede õied reageerivad valgusele ja niiskusele. Näiteks tulbi õied avanevad valguse käes ja sulguvad pimedas. Võilille õisik sulgub pilvise ilmaga ja avaneb selge ilmaga.

Mitmerakuliste loomade ärrituvus. Refleksid. Mitmerakuliste loomade närvisüsteemi, meeleelundite ja liikumisorganite arengu tõttu muutuvad ärrituvuse vormid keerukamaks ja sõltuvad nende organite tihedast koostoimest.

Lihtsamal kujul esineb selline ärritus koelenteraatides. Kui torkate nõelaga magevee hüdrat, tõmbub see palliks. Tundlik rakk tajub välist ärritust. Selles tekkiv põnevus kandub edasi närvirakku. Närvirakk edastab erutuse naha-lihasrakule, mis reageerib ärritusele kokkutõmbudes. Seda protsessi nimetatakse refleksiks (peegelduseks).

Refleks- See on keha reaktsioon ärritusele, mis viiakse läbi närvisüsteem.

Refleksi ideed väljendas Descartes. Hiljem töötati see välja I. M. Sechenovi ja I. P. Pavlovi töödes.

Tee, mille läbib närviline erutus ärritust tajuvast organist reaktsiooni teostavasse organisse, nimetatakse refleksi kaar.

Närvisüsteemiga organismides on kahte tüüpi reflekse: tingimusteta (kaasasündinud) ja konditsioneeritud (omandatud). Tingimuslikud refleksid moodustuvad tingimusteta reflekside alusel.

Igasugune ärritus põhjustab rakkudes ainevahetuse muutusi, mis viib erutuseni ja tekib reaktsioon.

§ 48. Raku elutsükkel

Nimetatakse rakkude eluperioodi, mille jooksul toimuvad kõik ainevahetusprotsessid raku elutsükkel.

Rakutsükkel koosneb interfaasist ja jagunemisest.

Interfaas on periood kahe raku jagunemise vahel. Seda iseloomustavad aktiivsed ainevahetusprotsessid, valkude ja RNA süntees, toitainete kogunemine raku poolt, kasv ja mahu suurenemine. Interfaasi lõpu poole toimub DNA kahekordistumine (replikatsioon). Selle tulemusena sisaldab iga kromosoom kahte DNA molekuli ja koosneb kahest sõsarkromatiidist. Rakk on jagunemiseks valmis.

Raku pooldumine. Jagunemisvõime on raku elu kõige olulisem omadus. Enesepaljundamise mehhanism töötab raku tasandil. Kõige tavalisem rakkude jagunemise meetod on mitoos (joon. 55).

Riis. 55. Interfaas (A) ja mitootiline faas (B): 1 – profaas; 2 – metafaas; 3 – anafaas; 4 – telofaas

Mitoos on kahe algse emarakuga identse tütarraku moodustumise protsess.

Mitoos koosneb neljast järjestikusest faasist, mis tagavad geneetilise informatsiooni ja organellide ühtlase jaotumise kahe tütarraku vahel.

1. IN profaas tuumamembraan kaob, kromosoomid spiraalivad nii palju kui võimalik ja muutuvad selgelt nähtavaks. Iga kromosoom koosneb kahest õdekromatiidist. Rakukeskuse tsentrioolid lahknevad poolustele ja moodustavad spindli.

2. IN metafaas kromosoomid asuvad ekvatoriaalvööndis, spindli keermed on ühendatud kromosoomide tsentromeeridega.

3. Anafaas mida iseloomustab õdekromatiidide kromosoomide lahknemine raku poolustele. Iga poolus lõpeb sama arvu kromosoomidega, kui oli algses rakus.

4. IN telofaas Tsütoplasma ja organellid jagunevad, raku keskossa moodustub rakumembraani vahesein ja tekib kaks uut tütarrakku.

Kogu jagunemisprotsess kestab olenevalt raku ja organismi tüübist mitu minutit kuni 3 tundi. Rakkude jagunemise etapp on mitu korda lühem kui selle interfaas. Mitoosi bioloogiline tähendus on tagada kromosoomide arvu ja päriliku teabe püsivus, algsete ja uute rakkude täielik identsus.

§ 49. Organismide paljunemisvormid

Looduses on organismide paljunemist kahte tüüpi: mittesuguline ja seksuaalne.

Mittesuguline paljunemine on uue organismi moodustumine algse emaorganismi ühest rakust või rakkude rühmast. Sel juhul osaleb sigimises ainult üks vanemindiviid, kes edastab oma päriliku teabe tütarisenditele.

Mittesuguline paljunemine põhineb mitoosil. Aseksuaalsel paljunemisel on mitu vormi.

Lihtne jaotus või kaheks jagunemine, mis on iseloomulik üherakulistele organismidele. Ühest rakust moodustub mitoosi teel kaks tütarrakku, millest igaühest saab uus organism.

Loomutamine on mittesugulise paljunemise vorm, mille puhul tütarorganism eraldatakse vanemast. See vorm on iseloomulik pärmile, hüdrale ja mõnele teisele loomale.

Eostaimedel (vetikad, samblad, sõnajalad) toimub paljunemine vaidlus, ema kehas moodustunud spetsiaalsed rakud. Iga eos tekitab idanemist uue organismi.

Vegetatiivne paljundamine- paljunemine üksikute elundite, elundiosade või keha abil. See põhineb organismide võimel taastada puuduvad kehaosad - regenereerimine. Seda leidub taimedes (paljuneb varte, lehtede, võrsete abil) ja madalamatel selgrootutel loomadel (koelenteraadid, lestaussid ja anneliidid).

Seksuaalne paljunemine– on uue organismi teke kahe vanemisendi osalusel. Uus organism kannab pärilikku teavet mõlemalt vanemalt.

Sugulise paljunemise ajal toimub sugurakkude sulandumine - sugurakud mees ja naise keha. Sugurakud moodustuvad eritüüpi jagunemise tulemusena. Sel juhul on erinevalt täiskasvanud organismi rakkudest, mis kannavad diploidset (kahekordset) kromosoomikomplekti, tekkinud sugurakkudel haploidne (üksik) komplekt. Viljastamise tulemusena taastub paaris, diploidne kromosoomide komplekt. Paari üks kromosoom on isa ja teine ​​ema kromosoom. Sugurakud moodustuvad sugunäärmetes või spetsiaalsetes rakkudes meioosi protsessi käigus.

Meioos- see on rakkude jagunemine, mille käigus raku kromosoomikomplekt on pooleks (joon. 56). Seda jaotust nimetatakse reduktsionist.

Riis. 56. Meioosi faasid: A – esimene jagunemine; B – teine ​​divisjon. 1, 2 – profaas I; 3 – metafaas I; 4 – anafaas I; 5 – telofaas I; 6 – profaas II; 7 – metafaas II; 8 – anafaas II; 9 – telofaas II

Meioosi iseloomustavad samad staadiumid nagu mitoosil, kuid protsess koosneb kahest järjestikusest jagunemisest (meioos I ja meioos II). Selle tulemusena ei moodustu mitte kaks, vaid neli rakku. Meioosi bioloogiline tähendus on tagada kromosoomide arvu püsivus vastloodud organismides viljastamise ajal. Naiste sugurakk - muna, alati suur, sisaldab palju toitaineid, sageli liikumatu.

Meeste sugurakud - sperma, väikesed, sageli liikuvad, neil on lipud, neid toodetakse palju rohkem kui mune. Seemnetaimedes on isassugurakud liikumatud ja neid nimetatakse sperma.

Väetamine- meeste ja naiste sugurakkude ühinemise protsess, mille tulemuseks on nende moodustumine sügoot.

Sügootist areneb embrüo, millest sünnib uus organism.

Väetamine võib olla välimine või sisemine. Väline väetamine veeelanikele iseloomulik. Sugurakud väljuvad väliskeskkonda ja sulanduvad väljaspool keha (kalad, kahepaiksed, vetikad). Sisemine väetamine maapealsetele organismidele iseloomulik. Viljastumine toimub naiste suguelundites. Embrüo võib areneda nii ema kehas (imetajad) kui ka väljaspool seda - munas (linnud, roomajad, putukad).

Viljastamise bioloogiline tähtsus seisneb selles, et sugurakkude sulandumise käigus taastatakse diploidne kromosoomide komplekt ning uus organism kannab endas kahe vanema pärilikku infot ja omadusi. See suurendab organismide omaduste mitmekesisust ja suurendab nende elujõudu.