Что такое кислород в биологии

Содержание

• Слайд 1

  Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с.Бобровка»

  Урок экологии в 7 классе по теме

  Подготовила и провела учитель биологии и химии Степина Галина Александровна

  «Воздух в жизни животных»

• Слайд 2

  Воздух в жизни животных

• Слайд 3

  Атмосферный воздух – это смесь газов:азот-78%, кислород-21%, углекислый газ-0,03%, инертные газы-1 %.
  Газовый состав атмосферы постоянен примерно в толще 100 км над поверхностью земли и вполне обеспечивает потребность животных в кислороде. Этому способствует постоянное перемешивание слоев воздуха. Однако с поднятием вверх и удалением от поверхности земли уменьшается давление газов – происходит разреживание воздуха. Это явление ограничивает проникновение животных в верхние слои атмосферы.
  Газовый состав атмосферы

• Слайд 4

  Домашние утки выдерживают подъем до 6000 м.
  Серые вороны хорошо чувствуют
  себя до высоты 8000 м.

• Слайд 5

  На наибольшую высоту «поднимались» галки, сороки, скворцы – до 9-10 тыс.м.

• Слайд 6

  Организмы, которые дышат атмосферным воздухом, используют для дыхания легкие, кожу, трахеи, в редких случаях жабры.
  Птицы, млекопитающие, пресмыкающиеся, амфибии дышат легкими. При этом лягушка всасывает воздух через ноздри в ротовую полость, а затем как бы глотает ее, проталкивая в легкие.
  Млекопитающие и рептилии втягивают воздух в легкие с помощью грудной клетки.
  Птицы используют для этого еще и воздушные мешки.
  У амфибий в дыхании участвует и кожа.
  Как дышат животные?

• Слайд 7

  Насекомые и многие паукообразные

  (например, водяной паук) дышат с помощьютрахей. Трахейные трубочки подводят кислород непосредственно к органам и тканям.

• Слайд 8

  Есть на суше такое ракообразное – пальмовый вор. Он лазает в кронах кокосовых пальм и дышит с помощью жестких жабр.

• Слайд 9

  А вот у наземных мокриц жабры заключены в полости, образующие подобие легочных мешков.

• Слайд 10

  Водная среда по насыщенности газами отличается от атмосферы. Это связано с разной способностью газов растворяться в воде.
  Лучше всего в воде растворяется углекислый газ. Кислород растворяется в ней гораздо хуже.
  Среднее содержание кислорода в воде составляет около 34 мг/л, в то время как углекислого газа -1019 мг/л.
  К тому же количество растворенного кислорода больше в холодной воде и уменьшается с ее нагреванием. Уменьшается количество кислорода и с глубиной водоема, так как в глубине кислород расходуется на процессы гниения.
  Содержание кислорода в воде

• Слайд 11

  Рыбы извлекают кислород из воды прежде всего с помощью жабр, которые пронизаны кровеносными капиллярами. В жаберных лепестках поток крови направляется навстречу потоку проходящей мимо воды, и кровь обогащается кислородом постоянно.
  У голокожих рыб в дыхании принимает участие кожа – в ней обильно разветвлены кровеносные сосуды.
  Как дышат животные, обитающие в воде?

• Слайд 12

  Среди амфибий тоже есть такие, которые дышат только кожей. Это гигантская саламандра и волосатая лягушка.

• Слайд 13

  Водные черепахи извлекают кислород из воды через систему капилляров в клоаке.

• Слайд 14

  1. Чем отличается состав газов в атмосферном воздухе и воде?
  2. Как дышат животные, обитающие в воде?
  3. Как дышат животные, обитающие на суше?
  Закрепление

• Слайд 15

  Спасибо за урок

Посмотреть все слайды

ВВЕДЕНИЕ

Кислород играет ключевую роль в энергетике
большинства живых существ. Он служит окислителем питательных веществ
при дыхании животных, растений, грибов и бактерий. Без кислорода
обходятся лишь сравнительно немногочисленные виды, обитающие в бескислородных (анаэробных) условиях и покрывающие свои
энергетические потребности за счет брожения.

Очевидно
преимущество кислородного (аэробного) типа энергетики перед
анаэробиозом. Количество энергии, выделяющейся при окислении данного
питательного вещества кислородом, в несколько раз превышает энергию,
выделяющуюся при его окислении, например, пировиноградной кислотой,
используемой в качестве окислителя при таком распространенном типе
брожения, как гликолиз. Такие соотношения обусловлены различиями в
окислительно-восстановительных потенциалах пары «кислород/вода» (+
0,82 В) и «пировиноградная кислота/молочная кислота» (- 0,19 В).
Если учесть, что потенциалы основных субстратов дыхания и брожения
больше или равны — 0,7 В, то максимальные разности потенциалов
окислителя и восстановителя для дыхания будут составлять 0,7 В +
0,82 В = = 1,52 В и для гликолиза 0,7 В — 0,19 В = 0,51 В.

Однако
высокая окислительная способность кислорода, необходимая для его
функционирования в дыхательной системе, из добра превращается в зло,
если принять во внимание возможность «паразитных» химических реакций
окисления кислородом различных веществ живой клетки. Эти
самопроизвольные, неферментативные реакции всегда начинаются с
одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода, давая его
анион-радикал, или супероксид (O2•-)

Окислительно-восстановительный
потенциал пары О2 / O2•- расположен в отрицательной области (около —
0,2 В), а кинетические барьеры реакций одноэлектронного
восстановления О2 веществами клетки достаточно высоки. Поэтому само
по себе образование в клетке — процесс медленный, хотя и довольно
опасный, так как окисляются не специально выбранные для этой цели
субстраты дыхания, а любые вещества с подходящим потенциалом. Однако
гораздо страшнее, что может служить (в реакции дисмутации)
источником перекиси водорода, которая, в свою очередь,
восстанавливаясь, дает гидроксид-радикал ОН•:

(1) O₂ +e

O₂•-
H₂O₂ ОН•.

Потенциал системы (ОН• + Н +)/ H₂О
около + 1,35 В, а реакционная способность ОН• чрезвычайно высока.
Вот почему ОН• способен окислить с высокой скоростью практически
любое вещество клетки, включая ДНК, со всеми вытекающими отсюда
последствиями, которые зачастую оказываются необратимыми.

КАК ДЫХАНИЕ ОБРАЗУЕТ АТФ

Механизм сопряжения дыхания и
фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатом в клетках животных,
растений, грибов и большинства бактерий показан на рис. 2. Энергия
дыхания сначала используется для перекачки сквозь мембрану ионов Н+. При этом ионы Н+ переносятся как бы «в гору» — в сторону большей
их концентрации (при этом создается разность химических потенциалов
ионов Н+) и против электрических сил, то есть от минуса к плюсу
(создается разность электрических потенциалов). Этот процесс
катализируется дыхательными ферментами. Другой фермент, встроенный в
ту же мембрану, а именно протонная АТФ-синтаза, разрешает ионам Н+
вернуться назад, «под гору», но при обязательном условии, что это
возвращение приведет к синтезу АТФ. Таким образом,
последовательность событий может быть описана уравнением

(4) Дыхание

H+  
АТФ

где
H+— разность электрохимических потенциалов ионов Н+ на мембране митохондрий или бактерий.

Рис. 2. Механизм сопряжения дыхания и фосфорилирования
АДФ. Штриховой стрелкой показана утечка ионов Н+.

В состоянии покоя, когда протекание АТФ-синтазной реакции тормозится из-за
нехватки АДФ, дыхание должно прекратиться, поскольку образуемая
H+, которая уже не потребляется Н+ — АТФ-синтазным
механизмом, возрастает до таких величин, когда дальнейший перенос Н+ «в гору» оказывается термодинамически невозможным. Это происходит
потому, что выигрыш в энергии от окисления субстратов кислородом
становится меньшим, чем проигрыш в энергии от переноса Н+ в более
кислый и заряженный положительно отсек (на рис. 2 — вверх).

Роль кислорода в биологии

Кислород играет основополагающую роль в биологических процессах и является необходимым для поддержания жизни организмов. Он выполняет множество функций, важных для всех форм жизни на Земле.

1. Дыхание

Кислород является критическим компонентом в процессе дыхания. При дыхании организмы получают кислород из окружающей среды и отдают отработанный углекислый газ. Кислород необходим для синтеза энергии внутри клеток. Он участвует в окислительных процессах, осуществляемых митохондриями, где происходит сжигание глюкозы с образованием воды и углекислого газа.

2. Метаболические реакции

Кислород участвует во многих метаболических реакциях, осуществляемых живыми организмами. Он является оксидантом во многих жизненно важных процессах, таких как биосинтез молекул, метаболизм жира и белков, а также детоксикация с помощью окислительных ферментов.

3. Система иммунитета

Кислород необходим для нормального функционирования иммунной системы. Белые кровяные клетки, в частности нейтрофилы, используют кислород для убивания бактерий и других заболевающих организмов. Воспалительные реакции также требуют кислорода для создания специфических молекул, которые участвуют в борьбе с инфекциями и ранами.

4. Окружающая среда

Кислород также играет важную роль в поддержании экологического баланса и качества окружающей среды. Водные организмы, такие как рыбы и водные растения, получают кислород из воды с помощью дыхательных органов или пластинчатых структур, таких как жабры или легкие. Кислород также влияет на резервуары и биогеохимические циклы, определяя качество и состав воздуха, а также физико-химические свойства почвы.

Итак, кислород играет неотъемлемую роль в биологических системах и обеспечивает жизненно важные функции для всех организмов на Земле.

Аэробика против. Анаэробное дыхание

Есть несколько вещей, которые, безусловно, живы, но нашли другие способы сохранить цикл расходования ресурсов, которые у вас есть в вашей среде, чтобы сохранить вашу сущность живой. Ферментация — это процесс, при котором энергия может быть получена при отсутствии кислорода. Это основное различие между ферментацией и, если хотите проще говоря, дыханием (или многими другими формами окисления). В этом также заключается разница между организмами, использующими аэробный и анаэробный способы дыхания: первый — при наличии кислорода, а второй — без этого природного газа.

Итак, что это за существа, которые не нуждаются в кислороде, но все же могут быть живыми и создавать вещества для жизни других? Дрожжи — одна из таких вещей, в первую очередь, когда вы используете их для производства вина. Точная причина, по которой вина скисают, заключается в том, что кислород попадает в бутылку и останавливает дрожжи в процессе брожения, когда все было красиво и бескислородно. Таким образом, ферментация — это еще один способ получения глюкозы, важнейшего сахара, необходимого организмам для получения энергии.

Из чего состоит атмосферный воздух?

Сухой атмосферный воздух состоит из четырех основных компонентов: кислорода (20.95%), углекислого газа (0.03%), азота (78.09%) и аргона (0.93%). Аргон и азот практически не оказывают физиологического эффекта на организм животных, поэтому физиологи их часто объединяют в одну категорию «Азот» . Другим важным компонентом атмосферного воздуха является водяной пар, концентрация которого сильно варьируется в зависимости от температуры, наличия водоемов и скорости ветра. Так например, при 0°С, содержание водяного пара в воздухе над водоемом равняется 4.8 мг/литр воздуха. В то время как при температуре 37°С водяного пара будет в девять раз больше (43.9 мг/литр), что составит 6.2% от общего объема воздуха и, следственно пропорционально уменьшит содержание кислорода и других газов в воздухе.

Внутри легких человека и других позвоночных животных, воздух всегда насыщен влагой (максимум от возможного содержания водяного пара в воздухе при определенной температуре тела). В таком случае, можно сказать, что относительная влажность воздуха внутри наших легких равняется 100%. Однако, зачастую во внешней среде воздух содержит меньшее количество влаги, чем максимум для данной температуры. В таких случаях, относительная влажность воздуха будет равна процентному соотношению от максимума. Если же воздух перенасыщен влагой, то излишек влаги превращается в конденсат (например, выдыхаемый изо рта пар на морозе, или выпадение осадков при высокой влажности воздуха и резком понижении температуры).

Высота и атмосферное давление

Восхождение на высокие горы или полет на большой высоте в негерметичной кабине самолета вызывает серьезные физиологические последствия в организме. На высоте 3000 метров у человека серьезно понижается уровень физической активности, а длительное нахождение на высоте 6000 метров уровнем моря является опасным для жизни. Почему люди задыхаются на большой высоте? Ведь если мы измерим процентное соотношение кислорода в воздухе, мы получим все те же 20.95%.

Дело в том, что с повышением высоты над уровнем моря, атмосферное давление уменьшается, воздух становится более разряженным, в следствии чего масса газов в нем (в том числе и кислорода) тоже уменьшается. Так, на высоте 6 км атмосферное давление в два раза меньше и кислорода в одном литре воздуха тоже в 2 раза меньше, чем на уровне моря. Именно поэтому многие альпинисты испытывают кислородное голодание (асфиксию) на такой высоте. Если же при этом относительная влажность воздуха высокая, то развитие высотной болезни и отека легкий усугубляется, т.к. пары воды вытяснят и без того разряженный кислород.

Роль кислорода в дыхании животных

Все живые организмы используют энергию, которую они получают из окружающей среды. Большинство растений синтезируют сахара и другие органические структуры, из которых они состоят, при помощи углекислого газа, воды и энергии солнечного света. Животные же для получения энергии окисляют органические соединения, которые получают из растений, бактерий или других животных, поедая их. Процесс окисления может происходить как без участия кислорода — гликолиз, так и в его присутствии — клеточное дыхание. Преимущество последнего объясняется тем, что при наличии кислорода процесс окисления проходит с выделением энергии почти в 20 раз больше, чем без него (см. схему справа, подробнее читайте здесь). Именно поэтому для сложноорганизованных видов животных, требующих больших энергетических затрат на развитие и функционирование, кислород является ключевым посредником энергии, без которого немыслимо их существование.

Еще в древности дыхание служило признаком того жив организм или мертв. Простыми словами, дыхание — это процесс поглощения кислорода и выделения углекислого газа. Небольшие животные могут удовлетворять нужды организма в кислороде при помощи дыхания поверхностью тела, например дождевые черви. Но большинство животных имеет специализированные органы, такие как жабры, трахеи и легкие. Однако, прежде чем углубляться в физиологию дыхания, необходимо четко понимать физические и химические свойства кислорода и углекислого газа как в воде, так и в атмосферном воздухе.

«НЕОМИЧЕСКАЯ» УТЕЧКА ПРОТОНОВ

Как показали Боверис и
Чанс, образование H₂O₂ митохондриями клеток животных в условиях in
vitro, вполне заметное при дефиците АДФ, становится практически
неизмеримым при добавлении АДФ. Поскольку сравнительно небольшое
снижение, вызываемое аденозиндифосфатом, оказывается достаточным,
чтобы прекратилось накопление H₂О₂ , можно принять, что такой эффект
будет достигаться при сравнительно небольшом увеличении утечки ионов
Н +, не сопряженной с синтезом АТФ.

Заманчиво предположить, что
митохондрии располагают специальным механизмом увеличения утечки в
состоянии покоя. Этот механизм мог бы предотвратить полное
торможение дыхания, сильное восстановление дыхательных ферментов и
коферментов и накопление Co. Он должен включаться, когда АДФ
исчерпывается, и выключаться, когда АДФ появляется вновь. В отличие
от сужения капилляров, механизм утечки должен действовать на
внутриклеточном, а не надклеточном уровне. Механизм такого рода
может иметь отношение к явлению «неомичности» сопротивления
митохондриальной мембраны. Суть его состоит в том, что при высоких
сопротивление резко снижается, перестав подчиняться закону Ома. Это происходит за счет роста
протонной проводимости мембраны. Пороговое значение , выше которого
включается «неомичность», лежит над тем уровнем , который
поддерживается в условиях синтеза АТФ. Есть данные, что
«неомичность» стимулируется тиреоидными гормонами и подавляется
мужскими половыми гормонами и прогестероном. «Неомичность» мембраны
позволяет поддерживать низкую концентрацию О₂ независимо от
доступности АДФ и без торможения синтеза АТФ. И, что, вероятно, еще
важнее, она предотвращает накопление Co, образуемого дыхательными
ферментами, которые, во-первых, ответственны за генерацию большей
части в клетке и, во-вторых, локализованы во внутренней мембране
митохондрий, то есть вблизи митохондриальной ДНК, находящейся в
митохондриальном матриксе (рис. 3).

По-видимому, именно митохондриальная ДНК служит наиболее
уязвимой мишенью для активных производных кислорода. Существует
множество свидетельств, что окислительное повреждение
митохондриальной ДНК играет ключевую роль в целом ряде
«митохондриальных болезней», а также в процессах старения. Что
касается ядерной ДНК, она находится слишком далеко от мест
образования активных производных кислорода, которые, вероятно,
успевают инактивироваться еще на пути к ядру.

Эффекты такого рода
могли бы объяснить недавнее наблюдение на мутанте дрожжей,
дефицитном по супероксиддисмутазе. Рост этого мутанта резко
тормозился при повышении концентрации кислорода. Неблагоприятный
эффект О₂ удалось снять путем введения еще одной мутации (Rho0),
приводящей к отсутствию ферментов дыхания. Описаны благоприятные
эффекты увеличения супероксиддисмутазы при нормальном уровне О₂ .
Например, одновременная повышенная экспрессия супероксиддисмутазы и
каталазы увеличивает продолжительность
жизни дрозофил.

Рис. 3. Схема окислительного повреждения митохондриальной
ДНК радикалом ОН•, образуемым в цепи реакций одноэлектронного
восстановления кислорода дыхательными ферментами и
коферментами.

Кислород в воздухе

Наземные животные поглощают кислород из воздуха и в воздух же выделяют углекислый газ. В среднем в воздухе содержится 21% (по объему) кислорода — это намного больше, чем в воде, где его не более 1% (по объему). Данные цифры позволяют предположить, что различное содержание кислорода в этих двух средах имеет экологические последствия. Благодаря движению воздушных масс происходит постоянное перемешивание воздуха, и содержание кислорода и углекислого газа обычно выравнивается. Снижение концентрации кислорода на больших высотах происходит параллельно со снижением давления воздуха. В высокогорных областях содержание кислорода в воздухе служит границей распространения многих видов животных. Людям, поднимающимся высоко в горы, необходимо поддерживать нужное количество кислорода при помощи специальных устройств — кислородных аппаратов.

На низких и средних высотах может также наблюдаться непродолжительное изменение соотношения кислорода и углекислого газа в воздухе. Например, в не потерявших листву лесах в безветренные ночи содержание двуокиси углерода может возрасти даже в десять раз, что происходит за счет процесса дыхания. Но на областях распространения животных это не сказывается, так как потом за счет дневного фотосинтеза все снова приходит в норму. Доказано, что в распространении видов животных, обитающих на поверхности суши, кислород не играет решающей роли. Но приходится сомневаться, всегда ли так будет. Данные о загрязнении воздушного пространства в промышленных центрах привели к необходимости интенсивного исследования газов окружающей среды. Стало известно, что содержание углекислого газа, составляющее обычно только 0,03% (по объему), может возрасти в безветренные дни над большими городами в десятки раз. Эта двуокись углерода является одним из выделяющихся в большом количестве конечных продуктов сгорания угля и нефти. Количество двуокиси углерода в пространстве распределяется при этом так: 36% приходится на области ассимиляции и на заселенные животными пространства, 14 — на океаны и около 50% содержится в атмосфере, где количество углекислого газа наиболее постоянно.

В наш век содержание двуокиси углерода в атмосфере возросло на 15%, и если ее увеличение будет происходить и дальше такими же темпами, то можно ожидать, что к 2000 году количество углекислого газа в атмосфере удвоится. Можно себе представить, что означают эти процессы в поглощении кислорода. Так, при сгорании 100 л бензина расходуется количество кислорода, достаточное для дыхания одного человека в течение года. По последним данным, один гектар соснового леса дает в год около 30 т кислорода — столько, сколько требуется в год для дыхания девятнадцати человек. Гектар лиственного леса выделяет около 16, а гектар сельскохозяйственных угодий — от 3 до 10 т кислорода в год. К 1980 году потеря лесных угодий в Федеративной Республике Германии составила 500 тыс. гектаров, в то время как кислород в ней потребляли дополнительно свыше десяти миллионов человек. Соотношение между углекислым газом и кислородом в атмосфере значительно изменено, и мы уже стоим на пороге, выводящем нас за пределы тех условий, в которых возможно существование человека.

Почему клетки выделяют отходы?

Потому что большинство живых организмов вынуждены выпускать отходы. Невозможность выделения отходов может вызывать токсические эффекты, воспаление и инфекцию. Клетки поглощают и разделяют химические соединения для получения их энергии. Энергия элементов, которые когда-то состояли из указанного химического соединения, уже высвобождается и поглощается клеткой.

Таким образом, элементы утратили свою полезность и были бременем (дополнительная масса означает дополнительную энергию), если клетки несли их. Кроме того, если клетки не освобождают упомянутые элементы, указанные элементы будут накапливаться и занимать пространства ячейки. Таким образом, у клетки была бы разорвана цитоплазма, плазмолиз.

«ДЫХАТЕЛЬНОЕ ПРЕДОХРАНЕНИЕ» У БАКТЕРИЙ-АЗОТФИКСАТОРОВ

Мысль о том, что дыхательная система
может быть специализирована на снижении внутриклеточной [О₂],
первоначально обсуждалась применительно к двум проблемам, а именно
биологической эволюции и фиксации азота. В первом случае
предполагалось, что первичные дыхательные ферменты, возникшие в
ответ на повышение количества О₂ в атмосфере, имели своей функцией
уборку О₂ , продуцируемого фотосинтезом.

В клетках функция
снижения уровня О₂ , несомненно, присуща одной из дыхательных систем
N2-восстанавливающих бактерий. Этот феномен был назван «дыхательным
предохранением». Показано, что у таких бактерий поглощение О₂ в
процессе дыхания поддерживает концентрацию О₂ на достаточно низком
уровне, безопасном для нитрогеназы — фермента, восстанавливающего N₂
и чувствительного к кислороду. Интересны результаты опытов на
бактерии Azotobacter vinelandii. Эта бактерия характеризуется
необычно высокой скоростью потребления кислорода. Дыхание
сопровождается рассеянием столь больших порций энергии, что
происходит быстрый разогрев ростовой среды. A. vinelandii обладает
двумя конечными оксидазами типов o и d. Делеция в гене оксидазы o не
влияет на аэробную фиксацию N2 , в то время как делеция в гене
оксидазы d делает фиксацию N₂ невозможной, если не понизить
количество О₂ до 1,5 объемных процентов. На основе этих фактов было
сделано заключение, что оксидаза типа d ответственна за дыхательное
предохранение у A. vinelandii при нормальном парциальном давлении
кислорода.

Сосуществование нескольких конечных оксидаз в одной и
той же клетке типично для многих видов бактерий. По-видимому, часть
из них используется в качестве протонных насосов, часть — натриевых
насосов, в то время как остальные катализируют несопряженное
дыхание. Среди последних некоторые могут быть специализированы на
«дыхательном предохранении», имеющем, вероятно, гораздо более общее
значение, чем предохранение нитрогеназного механизма.

Пища (питательные вещества)

Нам нужна еда, чтобы расти, не так ли? Пища, которую мы едим, содержит питательные вещества, позволяющие оставаться здоровыми и сильными. Этот процесс схожий для каждого живого организма. Пища имеет много различных форм, а у растений и животных есть специальные органы или части тела, поглощают.

Значение для растений

Растения используют углеводы, жиры и белки, чтобы расти и поддерживать жизнедеятельность. Они производят их сами с помощью солнечного света, воды и углекислого газа. Полученные питательные вещества сохраняются в растениях, а затем передаются животным, которые ними питаются.

Когда растения погибают и начинают перегнивать, питательные вещества, содержащиеся в них, попадают в почву, а корни растений их поглощают. К таким веществам относятся: соли, калий, минералы, крахмал, фосфаты и азотные кислоты.

Значение для животных

Животные также нуждаются в пище или питательных веществах, чтобы выживать. Многие из них, получают питательные вещества из растений.

Более крупные животные едят более мелких. Водные представители (такие как рыбы), питаются мелкими насекомыми, червями и планктоном.

Некоторые организмы (как грибы), получают пищу в виде органических веществ (когда-то живых организмов). Все они содержат конкретные питательные вещества, так необходимые тому или иному виду животных.

Солнечный свет

Это, вероятно, самая важная потребность для всех живых существ, так как солнце является источником энергии, тепла и света. Количество солнечного света определяет возможность выживания того или иного организма.

Например, верхняя часть моря или океана получает много солнечного света, поэтому она теплее дна океана, которое имеет ограниченное количество света или он вовсе отсутствует. Таким образом, живые организмы, предпочитающие поверхность воды, сильно отличаются от обитателей дна океанов.

Значение для растений

Различные растения требуют разное количество солнечного света. Например, папоротникам нужно меньше света, а одуванчикам — много прямых солнечных лучей.

Все растения используют солнечный свет для фотосинтеза. Они сохраняют питательные вещества и энергию в своих листьях, которые поступают к животным, питающимся этими растениями. Когда листья опадают, редуценты (бактерии и грибы) превращают их в органические соединения.

Значение для животных

Солнечный свет имеет жизненно важное значение для всех животных, хотя различные виды нуждаются в разном количестве солнечного света. Например: многие млекопитающие и рептилии (такие как змеи, черепахи и ящерицы) выходят в течение дня, чтобы погреться на солнышке, увеличить температуру тела и стать более активными

В то же время, такие животные, как летучие мыши, избегают прямых лучей и прячутся в тени, чтобы спастись от жары.

Однако, многим ночным животным тоже нужен солнечный свет. Во время ночной активности, они питаются организмами, которые накопили энергию солнца днем.

Вот еще один пример: Животные океанов зависят от органических соединений (мертвых растений и организмов), которые оседают на дне. Такие органические вещества содержат энергию, полученную от Солнца.

Количество солнечного света, влияет на миграцию птиц, цветение и опыление растений, а также поддерживает баланс экосистем.

Как происходит брожение у человека?

Как вы, наверное, догадываетесь, то, что получается в результате процесса ферментации, во многом зависит от контекста, в котором это происходит. В дрожжах мы получаем спирт, а внутри нашего собственного организма — молочную кислоту. Молочная кислота играет решающую роль в восполнении запасов в нашем организме, как только мы начинаем выполнять тяжелые физические упражнения (бег или гребля), потому что слишком много глюкозы окисляется, и нет кислорода для дальнейшего удовлетворения потребностей клеток. Но есть ли что-то более сложное, чем дрожжи и выработка молочной кислоты в нашем организме, хотя это ни в коем случае не простые процессы?

Несколько более сложными организмами являются бактерии, у которых несколько иной выбор газа, который они используют для дыхания. В местах, где не хватает кислорода, таких как вулканические жерла, некоторые виды бактерий могут использовать серу для дыхания.

В 2010 году ученые, исследовавшие дно Средиземного моря, обнаружили животное, принадлежащее к группе лорициферан. Это все еще относительно просто, если сравнить с потребностями растений, животных и людей в дыхании, но этой амебе размером 1 мм не нужен кислород для выживания. Он находится глубоко в илистых отложениях, и некоторые участки дна не содержат кислорода уже более 50 000 лет. Но, думаю, лорициферанам нравится грязь, и они вообще не заботятся о кислороде.

ЛИТЕРАТУРА

1. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р.,
Леман И. Основы биохимии. М.: Мир, 1981.

2. Скулачев В.П.
Мембранные преобразователи энергии. М.: Высшая школа, 1989.

3.
Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука,
1989.

4. Скулачев В.П. // Биохимия. 1994. Т. 59. С. 1910.

5.
Скулачев В.П. // Мол. биология. 1995. Т. 29. С. 709.

* *
*

Владимир Петрович Скулачев, действительный член Российской
Академии наук, президент Российского Биохимического общества,
директор Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского
МГУ. В.П. Скулачев — автор фундаментальных работ по энергетике
клетки, 300 статей в российских и международных журналах, шести
монографий и одного учебника. Лауреат Государственной премии СССР,
премии им. А.Н. Баха Президиума АН СССР. Основатель отечественной
школы энергетики биологических мембран. В течение многих лет читает
курс биоэнергетики для студентов биологического факультета МГУ.

Источник
Соросовский Образовательный Журнал

Дизайн сайта разработан KN Graphics

Среда обитания (температура)

Каждый живой организм нуждается в доме, приюте или естественной среде обитания, обеспечивающей безопасность, идеальную температуру и основные потребности, необходимые для выживания.

Одной из важных функций дома (среды обитания или окружающей среды) каждого организма является обеспечение идеальной температуры, в которой организм может нормально существовать.

Изобретения помогают поддерживать людям нормальную температуру тела или помещения, если становится слишком холодно или жарко. Но, остальные живые организмы полностью зависят от условий окружающей среды. Если для растений становится слишком жарко или холодно, они могут погибнуть.

Это же касается и животных. Идеальная температура очень важна. Экстремальные изменения климата могут уничтожить целую экосистему. Температура окружающей среды зависит от воды, воздуха, почвы и солнечного света.

На всей планете, температура разная. В некоторых местах, таких, как северный и южный полюса очень холодно (до -88 ° C ). Другие регионы, особенно тропические, имеют высокую температуру (приблизительно до 50 ° C). Животные, которые приспособлены к низким температурам не могут выжить в жарких условиях.

Значение для животных

Животные, такие как белые медведи и пингвины приспособлены жить только в очень холодном климате. Они не выживут, если попадут в горячий, сухой, тропический климат.

Метаболическая и ферментативная активность животных требует правильной температуры окружающей среды, в противном случае, такие процессы замедляются и оказывают негативное влияние на живой организм.

Ручьевая форель — предпочитает температуру воды от 4 ° C до 20 ° C  и откладывает яйца, когда температура воды ниже 13 ° C.

Некоторые рыбы живут только в мелководных теплых водах тропических морей, где подходящая температура поддерживается круглый год.

Отдельные факторы в окружающей среде живого организма способны препятствовать нормальной жизни. Они называются «ограничивающими факторами» и включают в себя: почву, температуру воды, солнечный свет и физические барьеры. Физическими барьерами могут выступать человеческие строения, формы рельефа и водоемы. Они часто являются препятствиями для перемещения животных в места, более подходящее для жизни.

Каждая потребность является чрезвычайно важной для всех живых организмов планеты, и потеря или ухудшение одной из них, влечет за собой отрицательные последствия. Мне нравитсяНе нравится

Мне нравитсяНе нравится

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, кислород полезен для живой клетки как
окислитель питательных веществ, но вреден как окислитель ДНК и
других жизненно важных компонентов. Клетка располагает глубоко
эшелонированной системой защиты от повреждающего действия кислорода.
Эта система состоит из механизмов: (1) предотвращающих «паразитные»
химические реакции одноэлектронного восстановления кислорода и (2)
убирающих продукты такого восстановления.

Среди способов,
предотвращающих зло, — уменьшение концентрации кислорода и его
одноэлектронных восстановителей. Это может достигаться поглощением
О₂, не сопряженным с синтезом АТФ вследствие (а) появления
«неомической» протонной утечки в мембране митохондрий при повышении
над неким критическим уровнем; (б) образования пор в
митохондриальной мембране; (в) активации особых дыхательных
механизмов, не образующих .

В борьбе с уже возникшими продуктами
«паразитных» реакций кислорода участвуют: (1) супероксиддисмутаза,
которая образует из не проникающего через мембрану проникающую H₂О₂
; (2) каталаза, разрушающая H₂О₂ до О₂ и H₂О; (3) пероксидаза,
использующая H₂О₂ для окисления определенных субстратов, (4)
антиоксиданты типа витаминов Е, А и С, прерывающие цепные реакции,
инициируемые продуктами «паразитных» реакций (рис. 4).

Рис. 4. Соотношение полезных и повреждающих эффектов
кислорода и способов защиты от кислородной опасности. Синие
стрелки — основной (полезный) путь утилизации кислорода,
приводящий к запасанию энергии в форме сначала , а затем АТФ.
Красные стрелки — «паразитный» путь одноэлектронного
неферментативного восстановления кислорода посредством Co и
некоторых других дыхательных коферментов и ферментов,
приводящий в конечном итоге к повреждению ДНК и других
жизненно важных молекул. Зеленым цветом показаны три основных
механизма борьбы с кислородной опасностью: 1) рассеяние в виде
тепла за счет «неомической» утечки протонов или образования
митохондриальных пор, 2) разрушение H₂О₂ каталазой и 3)
прерывание антиоксидантами цепных реакций, инициируемых
посредством , H₂О₂ и ОН•. Для упрощения схемы не указаны:
специальные дыхательные системы, окисляющие питательные
вещества кислородом без образования с целью снижения
концентрации О₂ ; пероксидазы, использующие H₂О₂ для окисления
своих субстратов.

Клетки, не справившиеся с задачей защиты от кислородной
опасности и тем самым поставившие под удар свой генетический
аппарат, кончают самоубийством, включая апоптоз, зависящий от
O2•-.