Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ

Лекция 3 Взамодейтсвие организма и среды.ppt

  • Количество слайдов: 74

ЛЕКЦИЯ № 3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ ЛЕКЦИЯ № 3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ

Фундаментальные свойства живых систем Фундаментальные свойства живых систем

n Любой живой организм постоянно взаимодействует с окружающей его средой. Организм – это открытая n Любой живой организм постоянно взаимодействует с окружающей его средой. Организм – это открытая система, постоянно осуществляющая обмен веществом и энергией со средой. Живые организмы получают из окружающей среды необходимые для жизни питательные вещества, минеральные элементы, кислород и т. д. и отдают в окружающую среду продукты своей жизнедеятельности.

n По современным представлениям, жизнь – это открытая система, развивающаяся на основе матричного автокатализа n По современным представлениям, жизнь – это открытая система, развивающаяся на основе матричного автокатализа под влиянием внешнего потока энергии, ограниченная по веществу и использующая циклы реакций.

n Живым организмам присущи признаки, которые отличают их от неживой материи. Однако среди этих n Живым организмам присущи признаки, которые отличают их от неживой материи. Однако среди этих признаков нет ни одного, который был бы присущ только живому. Поэтому единственный способ описать жизнь – это рассмотреть универсальные свойства живых организмов.

К универсальным свойствам живых систем относятся: n 1. Обмен веществ и энергии. Все живые К универсальным свойствам живых систем относятся: n 1. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ и энергии с окружающей средой. Они извлекают, преобразуют и используют вещества и энергию среды обитания и возвращают в биосферу продукты распада и преобразованную энергию в виде тепла. Обмен веществ и энергии обеспечивает постоянство химического состава организма и его деятельность.

n 2. Самовоспроизведение. Размножение поддерживает длительное существование вида. Существуют механизмы передачи информации о признаках, n 2. Самовоспроизведение. Размножение поддерживает длительное существование вида. Существуют механизмы передачи информации о признаках, свойствах и функциях организмов из поколения в поколение. В основе воспроизведения лежит способность молекул ДНК – носителей наследственной информации – к самоудвоению перед делением клетки. В результате дочерние клетки получают точную копию материнской ДНК, а в вместе с ней ту же наследственную информацию, которая заложена в последовательности нуклеотидов ДНК, то есть генетический код.

n 3. Развитие. Под развитием понимают необратимый, закономерно направленный процесс тесно взаимосвязанных количественных и n 3. Развитие. Под развитием понимают необратимый, закономерно направленный процесс тесно взаимосвязанных количественных и качественных изменений особи с момента рождения до ее смерти. количественные изменения - рост, увеличение числа клеток и т. д. , качественные изменения – дифференцировка, созревание, старение и т. д.

Развитие живой материи представлено n индивидуальным развитием, или онтогенезом, n и историческим развитием, или Развитие живой материи представлено n индивидуальным развитием, или онтогенезом, n и историческим развитием, или филогенезом. n Филогенез – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов. Результатом филогенеза является все многообразие живых организмов на Земле. n

n 4. Раздражимость (возбудимость) - это способность организмов реагировать на определенные воздействия окружающей среды n 4. Раздражимость (возбудимость) - это способность организмов реагировать на определенные воздействия окружающей среды той или иной активной реакцией, помогающей выжить. n Например, расширение кровеносных сосудов кожи при повышении температуры тела, а также движение органелл клетки, отдельных органов и всего тела и т. д.

n 5. Авторегуляция (саморегуляция). В процессе длительной эволюции клетки живых организмов выработали в себе n 5. Авторегуляция (саморегуляция). В процессе длительной эволюции клетки живых организмов выработали в себе способность сохранять свой состав и свойства на относительно постоянном уровне независимо от меняющихся условий среды. Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое место занимает изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Регуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия в растворе некоторых макро- и микроэлементов. Например, повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы – инсулина, уменьшающего ее содержание в крови, а после снижения уровня глюкозы происходит замедление выделения

n n n 6. высокая степень организации 7. упорядоченность строения и поведения 8. хорошая n n n 6. высокая степень организации 7. упорядоченность строения и поведения 8. хорошая приспособленность к условиям среды обитания 9. дискретность (жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов) 10. ритмичность 11. энергозависимость от окружающей среды

Обмен веществ Обмен веществ

Обмен веществ n Метаболические процессы, отвечающие за синтез и связанные с потреблением энергии, называют Обмен веществ n Метаболические процессы, отвечающие за синтез и связанные с потреблением энергии, называют анаболическими, а процессы, сопровождающие распад и освобождение энергии – катаболическими.

Пластический обмен (ассимиляция) n это совокупность реакций синтеза органических молекул, идущих на построение тела Пластический обмен (ассимиляция) n это совокупность реакций синтеза органических молекул, идущих на построение тела клетки. n В клетках зеленых растений органические вещества могут синтезироваться из неорганических с использованием энергии света или химической энергии. В клетках животных ассимиляция может идти только за счет использования для синтеза готовых органических соединений. Процессы ассимиляции протекают с поглощением энергии. n n

Энергетический обмен (диссимиляция) n это совокупность реакций, в результате которых освобождается необходимая для клетки Энергетический обмен (диссимиляция) n это совокупность реакций, в результате которых освобождается необходимая для клетки энергия.

n Совокупность процессов диссимиляции и ассимиляции, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей n Совокупность процессов диссимиляции и ассимиляции, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей средой, это обмен веществ или метаболизм.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН + ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН = МЕТАБОЛИЗМ ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН + ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН = МЕТАБОЛИЗМ

Пластический обмен Пластический обмен

Биосинтез белков Любая клетка организма способна синтезировать свои специфические белки. Эта способность обусловлена генетически Биосинтез белков Любая клетка организма способна синтезировать свои специфические белки. Эта способность обусловлена генетически и передается из поколения в поколение. Информация о структуре белков содержится в ДНК. n Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном n

Синтез белка транскрипция – процесс списывания информации о структуре белка с участка ДНК (гена) Синтез белка транскрипция – процесс списывания информации о структуре белка с участка ДНК (гена) на информационную РНК. n перенос информации о первичной структуре белка к месту синтеза обеспечивает РНК. n аминокислоты, необходимые для сборки белковых молекул, доставляются к рибосомам цитоплазмы транспортными РНК. n

Фотосинтез n– это процесс синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии Фотосинтез n– это процесс синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии света.

Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением: n 6 СО 2 + 6 Н 2 О Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением: n 6 СО 2 + 6 Н 2 О + солнечная энергия = С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2

Для осуществления фотосинтеза необходим хлорофилл – вещество зеленого цвета, поглощающее солнечные лучи в красной Для осуществления фотосинтеза необходим хлорофилл – вещество зеленого цвета, поглощающее солнечные лучи в красной и синефиолетовой частях спектра. n У высших растений хлорофилл находится во внутренних мембранах хлоропластов – специализированных органелл растительной клетки, где происходят реакции фотосинтеза. n

Фотосинтез протекает в две фазы – световую и темновую. n n Световая фаза идет Фотосинтез протекает в две фазы – световую и темновую. n n Световая фаза идет только на свету, при этом под действием света молекулы хлорофилла теряют электроны и переходят в возбужденное состояние. Под влиянием положительно заряженных молекул хлорофилла происходит фотолиз воды с образованием молекулярного кислорода, электронов и протонов: 2 Н 2 О 4 Н+ + О 2 + 4 е

n Энергия солнечного излучения в световой фазе фотосинтеза используется хлоропластами для синтеза АТФ из n Энергия солнечного излучения в световой фазе фотосинтеза используется хлоропластами для синтеза АТФ из АДФ и фосфата, а также для восстановления НАДФ (никотинамидадениннуклеотидфос фат) до НАДФН 2.

n В темновой фазе в присутствии АТФ и НАДФН 2 при участии ферментов из n В темновой фазе в присутствии АТФ и НАДФН 2 при участии ферментов из диоксида углерода и водорода образуется глюкоза: n 6 СО 2 6 Н 2 О + 24 Н+ + АТФ = С 6 Н 12 О 6 +

n Углеводы, получающиеся в процессе фотосинтеза, используются далее как исходный материал для синтеза других n Углеводы, получающиеся в процессе фотосинтеза, используются далее как исходный материал для синтеза других органических соединений.

Хемосинтез n – это синтез органических соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, Хемосинтез n – это синтез органических соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления неорганических веществ.

n Некоторые группы бактерий – нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии способны накапливать освобождающуюся в процессах окисления n Некоторые группы бактерий – нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии способны накапливать освобождающуюся в процессах окисления энергию и затем использовать ее для синтеза органических веществ. Процесс хемосинтеза протекает без участия хлорофилла и для него не обязательно наличие света.

n Освобождающаяся энергия накапливается в молекулах АТФ и используется для синтеза органических веществ. Этот n Освобождающаяся энергия накапливается в молекулах АТФ и используется для синтеза органических веществ. Этот синтез протекает по типу темновой фазы фотосинтеза.

Энергетический обмен Энергия существует в природе в различных формах: n энергия солнечного света n Энергетический обмен Энергия существует в природе в различных формах: n энергия солнечного света n химическая n тепловая n электрическая

Организмам энергия необходима для: активного транспортирования веществ n синтеза белков и других биомолекул n Организмам энергия необходима для: активного транспортирования веществ n синтеза белков и других биомолекул n мышечных сокращений n клеточного деления n и т. д. n

n Первоисточником энергии в природе является солнце, но его энергию могут использовать только фотосинтетики, n Первоисточником энергии в природе является солнце, но его энергию могут использовать только фотосинтетики, а все остальные организмы могут получать эту энергию лишь опосредованно, т. е. в форме энергии химических связей между атомами органических соединений. При разрыве связей энергия может высвобождаться.

n Но чаще всего она временно запасается в виде особо богатого энергией нуклеотида – n Но чаще всего она временно запасается в виде особо богатого энергией нуклеотида – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Клетка использует АТФ для всех дальнейших процессов жизнедеятельности.

n Главная роль в энергетическом обмене клеток животных и человека принадлежит клеточному дыханию. Клеточное n Главная роль в энергетическом обмене клеток животных и человека принадлежит клеточному дыханию. Клеточное дыхание представляет собой процесс, в котором высокомолекулярные органические высокоэнергетические соединения, окисляясь, распадаются на низкомолекулярные или неорганические соединения, бедные энергией.

n При окислении с участием кислорода дыхание называется аэробным, а без его участия – n При окислении с участием кислорода дыхание называется аэробным, а без его участия – анаэробным.

n Процесс потребления кислорода из среды обитания и возвращение в эту среду диоксида углерода n Процесс потребления кислорода из среды обитания и возвращение в эту среду диоксида углерода называется газообменом организма с окружающей средой. Это иной процесс, отличный от клеточного дыхания, путать их нельзя.

Последовательность расходования высокомолекулярных соединений такова: n прежде всего углеводы n затем жиры n в Последовательность расходования высокомолекулярных соединений такова: n прежде всего углеводы n затем жиры n в последнюю очередь белки

Выделение энергии происходит при отщеплении от АТФ одной фосфатной группы с образованием аденозиндифосфата (АДТ). Выделение энергии происходит при отщеплении от АТФ одной фосфатной группы с образованием аденозиндифосфата (АДТ). n При отщеплении от АДФ еще одной фосфатной группы образуется аденозинмонофосфат (АМФ). Существует и обратимая ферментативная реакция. n

Энергетический обмен клетки осуществляется в три этапа: Энергетический обмен клетки осуществляется в три этапа:

Подготовительный этап: n сложные органические соединения распадаются на более простые: белки на аминокислоты, полисахариды Подготовительный этап: n сложные органические соединения распадаются на более простые: белки на аминокислоты, полисахариды на моносахариды и т. д.

Этап неполного окисления (анаэробное дыхание или брожение) : n Неполному окислению могут подвергаться глюкоза, Этап неполного окисления (анаэробное дыхание или брожение) : n Неполному окислению могут подвергаться глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты. При этом главным источников энергии в клетке является глюкоза. При бескислородном окислении одной молекулы глюкозы (процесс гликолиза) из двух молекул АДФ образуются две молекулы АТФ. В процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10 % энергии.

Этап полного расщепления (аэробное дыхание): n протекает с обязательным участием кислорода. При дыхании последовательно Этап полного расщепления (аэробное дыхание): n протекает с обязательным участием кислорода. При дыхании последовательно проходит ряд ферментативных реакций. В условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, недоокисленные продукты гликолиза отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию, которая аккумулируется в АТФ.

Экологические категории организмов Экологические категории организмов

По способу получения питательных веществ все организмы делятся на три большие группы: 1. Продуценты По способу получения питательных веществ все организмы делятся на три большие группы: 1. Продуценты – организмы, n способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии. Их называют еще автотрофами (самопитающимися), в отличие от самопитающимися гетеротрофов – питаемых другими. Автотрофы другими подразделяются на фототрофов (использующих энергию солнца) и солнца хемотрофов (использующих энергию химических связей). связей

n n Консументы (от лат. konsumo – потребляю) – организмы, не потребляю способные синтезировать n n Консументы (от лат. konsumo – потребляю) – организмы, не потребляю способные синтезировать органические вещества из неорганических и нуждающиеся в готовой органической пище. К консументам относятся все животные от мельчайших примитивных до самых совершенных, включая человека. Есть консументы и среди растений. Они паразитируют на других растениях.

Среди консументов-животных выделяют следующие группы: 1)консументы первого порядка (растительноядные животные) животные Среди консументов-животных выделяют следующие группы: 1)консументы первого порядка (растительноядные животные) животные

2) консументы второго, третьего порядка и т. д. (мелкие и крупные хищники) 2) консументы второго, третьего порядка и т. д. (мелкие и крупные хищники)

Консументов делят также на следующие группы: n сапрофаги (питающиеся мертвыми растительными остатками) n n Консументов делят также на следующие группы: n сапрофаги (питающиеся мертвыми растительными остатками) n n n зоофаги (нуждающиеся в живой пище) пище некрофаги (трупоядные животные) животные детритофаги (питающиеся детритом) детритом Детрит – это мертвые остатки растений и животных, накапливающиеся в почве.

3. Редуценты ( от лат. reducere возвращать) – организмы, использующие в возвращать качестве пищи 3. Редуценты ( от лат. reducere возвращать) – организмы, использующие в возвращать качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации. Данную категорию организмов также называют деструкторами, так как они окончательно деструкторами разрушают органические вещества до относительно простых неорганических соединений. К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов.

Автотрофы и гетеротрофы n Автотрофы n Гетеротрофы (от греч. heteros – другой, (от греч. Автотрофы и гетеротрофы n Автотрофы n Гетеротрофы (от греч. heteros – другой, (от греч. autos – сам, trophe – питание) (Фототрофы и хемоторофы)– это питание организмы, которые используют простые неорганические соединения для синтеза и накопления сложных органических соединений (самостоятельно питающиеся). В основном это зеленые растения, использующие энергию света в процессе фотосинтеза, а также некоторые бактерии. trophe – питание, т. е. «питаемый другими» ) – это организмы, которые используют для своего питания готовые органические соединения, трансформируют и разлагают их.

К фотосинтезирующим бактериям – фототрофам – относятся: n цианобактерии (сине-зеленые водоросли) n пурпурные и К фотосинтезирующим бактериям – фототрофам – относятся: n цианобактерии (сине-зеленые водоросли) n пурпурные и зеленые бактерии n некоторые архебактерии.

Цианобактерии – различные многоклеточные нитчатые и одноклеточные организмы. n У них, как и у Цианобактерии – различные многоклеточные нитчатые и одноклеточные организмы. n У них, как и у растений, фотосинтез осуществляется с помощью хлорофилла и сопровождается выделением свободного кислорода n

Архебактерии осуществляют особую форму фотосинтеза. n У них вместо хлорофилла в фотосинтезе участвует особый Архебактерии осуществляют особую форму фотосинтеза. n У них вместо хлорофилла в фотосинтезе участвует особый пигмент – бактериородопсин, который под бактериородопсин влиянием света претерпевает фотохимические превращения, непосредственно сопряженные с синтезом АТФ. n

Пурпурные и зеленые бактерии содержат различные по составу хлорофиллы (бактериохлорофиллы a, b, c, d, Пурпурные и зеленые бактерии содержат различные по составу хлорофиллы (бактериохлорофиллы a, b, c, d, e). n В отличие от растений, водорослей и цианобактерий при фотосинтезе пурпурные и зеленые бактерии не выделяют кислород, а так как для кислород восстановления СО 2 они используют в качестве доноров электронов не водород Н 2 О, а водород Н 2 S. n

При этом пурпурные бактерии окисляют Н 2 S до H 2 SO 4: Энергия При этом пурпурные бактерии окисляют Н 2 S до H 2 SO 4: Энергия света n Н 2 S + 2 Н 2 О + 2 СО 2 H 2 SO 4 2(СН 2 О)n +

Зеленые серобактерии окисляют Н 2 S до S 2: Энергия света 2 Н 2 Зеленые серобактерии окисляют Н 2 S до S 2: Энергия света 2 Н 2 S + 2 СО 2 2(СН 2 О)n + H 2 О + S 2

n Некоторые пурпурные и зеленые бактерии используют в качестве донора электронов и другие неорганические n Некоторые пурпурные и зеленые бактерии используют в качестве донора электронов и другие неорганические соединения серы (тиосульфат, сульфит).

n Однако существуют микроорганизмы, которые получают энергию не за счет фотосинтеза, а в результате n Однако существуют микроорганизмы, которые получают энергию не за счет фотосинтеза, а в результате химического окисления простых неорганических соединений, например, соединений аммиака в нитрит, нитрита в нитрат, сульфида в серу, двухвалентного железа в трехвалентное. Они называются хемоавтотрофами. Такие микроорганизмы могут расти в темноте, но большинству из них нужен кислород.

К хемоавтотрофам относятся нитрифицирующие бактерии, представленные двумя группами: 1. Представители одной группы окисляют NH К хемоавтотрофам относятся нитрифицирующие бактерии, представленные двумя группами: 1. Представители одной группы окисляют NH 3 до азотистой кислоты: 2 NH 3 + 3 О 2 = 2 НNO 2 + 2 H 2 O + 158 ккал 2. Представители другой группы окисляют азотистую кислоту до азотной: 2 HNO 2 + O 2 = 2 HNO 3 + 48 ккал

n Выделяемая при хемосинтезе энергия используется нитрифицирующими бактериями для ассимиляции СО 2 и восстановления n Выделяемая при хемосинтезе энергия используется нитрифицирующими бактериями для ассимиляции СО 2 и восстановления его до глюкозы и других углеводов.

Наиболее многочисленную и разнообразную группу хемосинтезирующих бактерий составляют водородные бактерии, бактерии осуществляющие реакцию: n Наиболее многочисленную и разнообразную группу хемосинтезирующих бактерий составляют водородные бактерии, бактерии осуществляющие реакцию: n 6 H 2 + 2 O 2 + CO 2 = (CH 2 O)n + 5 H 2 O, n где (CH 2 O)n - условное обозначение синтезируемого углевода. n

n Азотфиксирующие бактерии, бактерии свободно живущие в почве, и так называемые клубеньковые азотфиксирующие бактерии, n Азотфиксирующие бактерии, бактерии свободно живущие в почве, и так называемые клубеньковые азотфиксирующие бактерии, бактерии восстанавливают азот (N 2) до NH 3 c помощью сложной ферментной системы.

n Такие бактерии называются хемолитотрофами, поскольку они хемолитотрофами используют неорганические доноры электронов, в отличие n Такие бактерии называются хемолитотрофами, поскольку они хемолитотрофами используют неорганические доноры электронов, в отличие от хеморганотрофов, которые в хеморганотрофов качестве доноров электронов используют органические соединения. Хемоорганотрофы являются гетеротрофными бактериями и составляют подавляющее большинство царства бактерий.

Таким образом, все автотрофы можно подразделить на две основные группы: n n Фотолитотрофы (источник Таким образом, все автотрофы можно подразделить на две основные группы: n n Фотолитотрофы (источник энергии – солнечный свет, доноры электронов неорганические соединения). Хемолитотрофы (источник энергии – окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов – неорганические соединения).

n Организмы, занимающие промежуточное положение между автотрофами и гетеротрофами, называют ауксотрофными (от лат. auxiliaius n Организмы, занимающие промежуточное положение между автотрофами и гетеротрофами, называют ауксотрофными (от лат. auxiliaius - вспомогательный). n (некоторые водоросли нуждаются в какомто одном определенном сложном органическом «ростовом веществе» , которое они сами не способны синтезировать, т. е. частично являются гетеротрофными)

Гомеостаз Гомеостаз

В биологии и физиологии под гомеостазом понимают динамическое постоянство внутренней среды организма. n В В биологии и физиологии под гомеостазом понимают динамическое постоянство внутренней среды организма. n В экологии также применяется понятие «гомеостаз» , но не только по отношению к организму, но и по отношению к различным надорганизменным системам. n

n Гомеостаз (от греч. homois – тот же, status - состояние) – это способность n Гомеостаз (от греч. homois – тот же, status - состояние) – это способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительно динамическое постоянство своей структуры и свойств. Поддержание гомеостаза – непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так и целых биологических сообществ и экосистем.

В гомеостазе (устойчивости) живых систем выделяют: n n выносливость (толерантность, живучесть) – способность переносить В гомеостазе (устойчивости) живых систем выделяют: n n выносливость (толерантность, живучесть) – способность переносить изменения среды без нарушения основных свойств системы упругость (резистентность, сопротивляемость) – способность быстро самостоятельно возвращаться в нормальное состояние из неустойчивого, которое возникло в результате внешнего неблагоприятного воздействия на систему.

n n Гомеостаз клетки определяется специфическими физико-химическими условиями, отличными от условий внешней среды. Гомеостаз n n Гомеостаз клетки определяется специфическими физико-химическими условиями, отличными от условий внешней среды. Гомеостаз многоклеточного организма – поддержанием постоянства внутренней среды. Константами гомеостаза для животных и человека являются объем, состав крови и других жидкостей организма. Гомеостаз популяции определяется поддержанием пространственной структуры, плотности и генетического разнообразия. Гомеостаз экосистемы проявляется в наиболее устойчивых формах взаимодействия между видами, что выражается в приспособленности к особенностям среды.

n Резкие изменения характеристик окружающей среды, при которых они выходят за границы допустимого, называют n Резкие изменения характеристик окружающей среды, при которых они выходят за границы допустимого, называют экологическим стрессом.