Войти
Закрыть

Саморегуляція біологічних систем

11 Клас

Будь-яка жива система починаючи від клітини й закінчуючи біогеоценозом постійно зазнає впливу ззовні різноманітних факторів. Змінюються температурні умови, вологість, закінчується їжа або посилюється міжвидова конкуренція. При цьому життєздатність будь-якої системи залежить від її вміння підтримувати свій склад на постійному рівні. Як ви пам'ятаєте, для кожного окремого організму важливо підтримувати гомеостаз — сталість внутрішнього середовища. Для більших біосистем, наприклад біоценозів, важливо зберегти певне співвідношення між організмами, що складають трофічні рівні, інакше порушиться баланс обміну речовин і енергії. Саме для підтримки постійного складу біосистем існують чисельні механізми саморегуляції. Саморегуляція — це властивість систем зберігати внутрішню стабільність на певному, відносно сталому рівні. Саморегуляція є однією з найважливіших властивостей живих систем. Саморегуляція на різних рівнях біологічних систем На різних рівнях організації живої матерії — від молекулярного до надорганізмового — існують конкретні механізми саморегуляції. Прикладом саморегуляції на молекулярному рівні є ферментативні реакції, у яких кінцевий продукт впливає на активність ферментів, що каталізують ці реакції. Приклади саморегуляції на клітинному рівні — самозбирання клітинних мембран із молекул ліпідів, регуляція етапів клітинного циклу. На надклітинному рівні саморегуляція здійснюється як організація клітин в упорядковані асоціації — тканини. Більшість органів здатні до внутрішньоорганної саморегуляції функцій; наприклад, серце здатне до автоматії — ритмічного скорочення без зовнішніх подразників під впливом імпульсів провідної системи серця....
0 Переглянути

Саморегуляція на молекулярному рівні

11 Клас

Регуляція активності ферментів спрямовує всі клітинні процеси. Ферменти здатні реагувати на внутрішній стан клітини й на зовнішні фактори, що впливають на неї. Така чутливість ферментів дає змогу відреагувати на зміни навколишнього середовища, пристосуватиклітину до нових умов, дати відповідь на гормональні сигнали. Рівень активності ферментів регулюється двома шляхами: контролем кількості ферменту й контролем його активності. Кількість ферменту визначається співвідношенням швидкостей його синтезу й розпаду. Інтенсивність синтезу ферменту регулюється на етапах експресії гена цього ферменту (докладніше див. § 22). Контроль активності ферменту здійснюється шляхом алостеричної регуляції (взаємодії з певними речовинами, що змінюють конформацію активного центру), хімічної модифікації (приєднанням певних хімічних груп) або обмеженим протеолізом (відщепленням пептидних фрагментів). Доступність субстрату Одним із простих способів регуляції активності ферментів є зміна концентрації субстратів реакції. Як ви знаєте, швидкість, із якою речовини реагують між собою, залежить від їхньої концентрації. Чим більше молекул субстрату є в наявності, тим швидшим стає процес. При насиченні всіх молекул ферменту субстратом швидкість реакції стає максимальною. Наприклад, для циклу трикарбонових кислот таким субстратом виступає оксалоацетат. Наявність оксалоацетату «підштовхує» реакції циклу. Алостерична регуляція Алостерична регуляція ферментної активності базується на зміні третинної структури молекул ферменту. Ця зміна відбувається внаслідок приєднання до ферменту молекули іншої речовини. Алостеричні ферменти мають два активні центри: каталітичний і алостеричний. До алостеричного центру приєднується молекула речовини-ефектора. Це змінює конформацію білка й, відповідно, його ферментну активність (мал. 21.1)....
0 Переглянути

Саморегуляція на клітинному рівні

11 Клас

Як ви знаєте, у структурі гена є промотор і термінатор — ділянки початку і закінчення транскрипції. У прокаріотів гени об'єднані в оперони — структури з декількох генів зі спільними промотором і термінатором. Продукти генів синтезуються всі разом і в однаковій кількості. У прокаріотів є також оператор — ділянка, яка регулює експресію гена. Якщо оператор заблокований, то РНК-полімераза не може рухатися вздовж гена і транскрипція не відбувається. Регуляція транскрипції в прокаріотів відбувається за механізмами індукції та репресії. В еукаріотів регуляція експресії генів залежить від активаторів генної активності (так званих транскрипційних факторів). До регуляції транскрипції залучаються додаткові ділянки геному — енхансери і сайленсери. Енхансери після зв'язування з ними певних білків стимулюють транскрипцію, а сайленсери пригнічують її. Також транскрипція регулюється конденсацією і деконденсацією хроматину (щільно конденсований хроматин неактивний). На етапі дозрівання мРНК альтернативний сплайсинг зумовлює синтез різних мРНК і, відповідно, синтез різних генних продуктів. Остаточна регуляція відбувається на етапі посттрансляційної модифікації білка. Самозбирання клітинних органел Самозбирання мембран. Білки й ліпіди, що входять до складу мембран, здатні до самозбирання. Більшість фосфоліпідів у водному середовищі мимовільно утворюють бішари. Ці ліпідні бішари схильні до замикання на самих себе, що зумовлює формування закритих відсіків. Самозбирання рибосом. Спочатку рибосомні білки утворюють комплекси з молекулами рибосомальної РНК. Утворюються велика й мала субодиниці рибосом. Субодиниці зв'язуються з мРНК і між собою, утворюючи активну рибосому. Самозбирання мікротрубочок. Мікротрубочки джгутиків, цитоплазми й веретена поділу побудовані з глобулярного білка тубуліну. У певних умовах мікротрубочка росте шляхом самозбирання тубулінових субодиниць....
0 Переглянути

Саморегуляція на тканинному рівні

11 Клас

Існування складних багатоклітинних організмів можливе завдяки координації біохімічних процесів, що відбуваються в їхніх клітинах. Така координація ґрунтується на міжклітинній комунікації й передачі сигналу всередину окремих клітин. Спеціалізовані клітинні структури, що скріплюють клітини між собою і забезпечують міжклітинну комунікацію, називають міжклітинними контактами. Сигналізація між тваринними клітинами може бути контактною (за безпосереднього контакту) і дистантною (на відстані). Контактна сигналізація відбувається через щілинні контакти (мал. 23.1), які сполучають цитоплазму двох клітин, що взаємодіють та уможливлюють обмін малими молекулами. Дистантна сигналізація відбувається за допомогою молекул, що секретуються. Контактна сигналізація через щілинні контакти Щілинний контакт — спосіб сполучення клітин у тканині за допомогою білкових каналів (мал. 23.1). Через ці канали від клітини до клітини можуть передаватися електричні сигнали (за допомогою неорганічних йонів) і малі молекули, такі як моносахариди, амінокислоти,нуклеотиди, вітаміни й молекули вторинних посередників. Щілинні контакти наявні в більшості тваринних клітин. Вони забезпечують поширення електричного збудження, передаючи йони між клітинами. Таким чином щілинні контакти сполучають клітини серцевого м'яза, синхронізуючи їхні скорочення, а також клітини гладеньких м'язів кишечника, забезпечуючи ритмічну перистальтику. У нервовій системі щілинні контакти формують електричні синапси, через які нервовий імпульс поширюється значно швидше, ніж через хімічні синапси. Такі структури дуже корисні, коли важлива швидкість (наприклад, у рефлекторних дугах, відповідальних за втечу)....
0 Переглянути

Нервова й гуморальна саморегуляція на рівні організму

11 Клас

Гомеостаз — властивість живого організму зберігати сталість внутрішнього середовища, а саме хімічного складу й основних фізіологічних функцій. Якщо зовнішні умови, у яких живе організм, значно змінюються, то показники його внутрішнього середовища — хімічний склад, концентрація солей, температура, pH — можуть коливатися тільки у вузькому діапазоні. Інакше всі життєві функції організму порушуються. Аби забезпечити гомеостаз на рівні цілого організму, потрібна взаємодія багатьох систем органів. Злагоджена робота всіх систем підтримується шляхом нервової, гуморальної та імунної регуляції. Нервова регуляція Нервова регуляція здійснюється нервовою системою (НС). Цей вид регуляції забезпечує швидкі відповідні реакції організму на подразнення. Нервова система поділяється на соматичну і автономну (останню також називають вегетативною). Соматична НС регулює роботу скелетних м'язів і органів чуття, а також відповідає за контрольовані рухи тіла. Автономна НС управляє гладенькими м'язами та іннервує внутрішні органи; її робота не підконтрольна свідомості. Саме автономна нервова система виконує головну роль у підтримці гомеостазу, забезпечуючи контроль сталості внутрішнього середовища. Автономна нервова система іннервує всю гладеньку мускулатуру внутрішніх органів, гладенькі м'язи шкіри, ендокринні залози, серце, кровоносні судини. Її відділи керують обміном речовин, контролюють кровообіг, дихання, травлення, виділення, водно-сольовий обмін, відповідають за ріст і розмноження. Автономна НС поділяється на симпатичний і парасимпатичний відділи. Як правило, дії симпатичної і парасимпатичної систем є протилежними (мал. 24.1). Симпатична нервова система мобілізує сили організму для фізичної діяльності. Вона активується під час стресу, готує організм до втечі або боротьби. Під її впливом прискорюється обмін речовин, частішає дихання, підвищується артеріальний тиск, посилюється кровопостачання м'язів і головного мозку. Одночасно пригнічується діяльність травної та видільної систем....
0 Переглянути

Терморегуляція. Водно-сольовий гомеостаз. Детоксикація

11 Клас

Терморегуляція відбувається за принципом зворотного зв'язку (див. мал. 20.2, с. 43). Підвищення температури навколишнього середовища спричиняє в теплокровних тварин рефлекторне зниження обміну речовин і зменшення теплотворення, й навпаки — зниження температури рефлекторно підвищує інтенсивність метаболічних процесів із посиленням теплотворення. Тепловіддача в зовнішнє середовище здійснюється за рахунок теплопроведения й випаровування води (потовиділення, транспірація). (Докладніше про засоби терморегуляції у тварин див. § 38.) Водно-сольовий гомеостаз Водно-сольовий (осмотичний) гомеостаз — це регуляція обміну води і концентрації солей (електролітів) у рідинах організму. У клітинах головними електролітами є йони K+ і Mg2-, у крові й міжклітинній рідині висока концентрація йонів Na+ і Cl-. Вирішальну роль у підтримці водно-сольового балансу відіграє нервово-гуморальна регуляція (мал. 25.1). За умови зниження обсягу крові (наприклад, під час кровотечі) або збільшення концентрації солей спеціальні рецептори в стінках артерій сигналізують про це в ЦНС. У відповідь з'являється відчуття спраги, і тим самим стимулюється відповідна поведінка. Окрім цього, активізується ендокринна система: задня частка гіпофіза виділяє антидіуретичний гормон (скорочено АДГ, або вазопресин), кора надниркових залоз виділяє альдостерон. Дія цих гормонів спрямована на утримання води в організмі: вони збільшують її реабсорбцію в канальцевій системі нирок. Альдостерон також активізує реабсорбцію Натрію і виведення Калію нирковими канальцями. Підтримку сталого вмісту Кальцію забезпечують паратгормон і кальцитонін. Паратгормон підвищує рівень Са2+ в плазмі крові, активуючи його виведення з кісткової тканини, підсилюючи його реабсорбцію в нирках і абсорбцію в кишечнику. Кальцитонін діє навпаки: знижує рівень Ca2+ у крові, головним чином припиняючи його «вимивання» з кісток....
0 Переглянути

Імунітет як засіб збереження гомеостазу

11 Клас

До регуляторних систем, що забезпечують внутрішню сталість організму, належить також імунна система. Імунітет є здатністю організму відрізняти чужорідний біологічний матеріал від свого та нейтралізувати цей матеріал. Імунна система усуває чужорідні речовини, віруси і бактерії, що проникли в організм. Також імунна система підтримує життєдіяльність організму шляхом виведення власних мутантних або зношених клітин, білків, що відробили своє, та токсичних речовин. Розрізняють неспецифічний і специфічний види імунітету. Неспецифічний імунітет спрямований проти широкого спектра чужорідних агентів. Специфічний імунітет передбачає виробництво спеціалізованих систем нейтралізації — такими є антитіла, які розпізнають конкретні антигени. Неспецифічні захисні бар'єри Першими на шляху чужорідних агентів постають фізіологічні бар'єри організму — шкіра, слизові оболонки, кутикула, панцири тощо. Щільний шар епітеліальних клітин шкіри є механічною перешкодою, яка не дозволяє бактеріям і вірусам проникнути всередину організму. До того ж кисла реакція поверхні шкіри несприятлива для більшості мікроорганізмів. Твердий зовнішній кістяк, такий як панцир, також перешкоджає інвазії чужорідного матеріалу. Слиз, що покриває тіло багатьох кишковопорожнинних, кільчастих червів, молюсків, затримує й знищує патогенні мікроорганізми. Зовнішні слизові оболонки людини виділяють лізоцим — речовину, що знищує бактерій. Широко відома й бактерицидна дія шлункового соку, який має дуже кислу реакцію. У разі порушення цілісності цих бар'єрів проти чужорідного тіла діє ціла низка клітинних і гуморальних захисних механізмів: загоєння ран, фагоцитоз патогену, його інкапсулювання. Окремим видом підтримки гомеостазу є зсідання крові....
0 Переглянути

Поведінкові механізми збереження гомеостазу

11 Клас

Для будь-якого виду тварин характерні різні власні види поведінки (пошук їжі, піклування про потомство, побудова гнізда тощо). Завдяки природному добору формується «правильна» поведінка, що сприяє виживанню особини. А її нащадки успадковують саме таку модель поведінки. Так у виду формується набір програм виживання — поведінкових реакцій, які допомагають особинам пристосовуватися до умов навколишнього середовища і підтримувати свій гомеостаз. Велику роль у підтримці гомеостазу організму відіграють вроджені форми поведінки. До них належать, наприклад, рефлекторне уникнення болю як фактора, що ушкоджує, задоволення голоду або спраги. Для людини не менш важливі свідомі дії. Ми змінюємо порушений обмін речовин за допомогою ліків, додаємо до їжі вітаміни, підтримуємо температуру тіла, одягаючись і ховаючись у приміщеннях. Поведінкові механізми регуляції гомеостазу в людини Активація пристосувальної поведінки відбувається, коли сигнал про зміну гомеостазу передається в гіпоталамус. Гіпоталамус формує відчуття незадоволеності, що переживається як потреба в їжі, воді, теплі, холоді тощо. Цей стан називають мотиваційним збудженням. Воно спонукає організм до активних дій. Задоволення потреб викликає позитивні емоції, тобто поведінка контролюється не тільки відчуттям потреб, а й системою винагороди — складною мережею нейронів, що відповідають за задоволення. Передчуття нагороди забезпечує мотивацію до дії. У формуванні адаптивної поведінки дуже великою є роль емоцій. У ході еволюції ця ознака була доведена природним добором до надзвичайно багатої різноманітності емоційного стану в людини. Роль безумовних рефлексів у підтриманні гомеостазу Безумовні рефлекси є основою нервової діяльності тварин та взаємодії їхнього організму з навколишнім середовищем. Низка безумовних рефлексів безпосередньо обумовлює гомеостаз, а рефлекторна реакція організму залежить від змін обміну речовин. Наприклад, складний безумовний рефлекс, пов'язаний із пошуком їжі, виникає в разі зниження вмісту глюкози й інших поживних речовин у крові....
0 Переглянути

Регуляція в рослин

11 Клас

У наземних рослин надходження мінеральних речовин і води відбувається через клітинні мембрани кореневих волосків та інших клітин у корені. Вода надходить у корінь за законами осмосу. Осмотичний тиск у клітинах кореневих волосків і клітинах, які проводять воду до ксилеми й далі до листків, набагато вищий, ніж осмотичний тиск ґрунтової води, унаслідок високої концентрації розчинених солей і сахаридів у клітинах. Отже, вода прагне увійти в ці клітини з ґрунту, знижуючи їх осмотичну концентрацію. Поглинання мінеральних речовин відбувається шляхом активного транспорту. Перенесення йонів крізь цитоплазматичну мембрану всередину клітин кореневих волосків проходить проти градієнта концентрації і електричного потенціалу, тому на цей процес витрачається енергія. Надходження газів — CO2 для фотосинтезу й O2 для дихання — відбувається головним чином через продихи. Для дихання рослини також використовують O2, утворений у процесі фотосинтезу й накопичений у міжклітинниках. Інтенсивність газообміну регулюється відкриттям та закриттям продихів. На світлі в замикаючих клітинах продихів збільшується вміст цукрів і йонів Калію, що призводить до підвищення осмотичного тиску й надходження води. Тургор клітин збільшується, і продихи відчиняються ширше настільки, наскільки вищий рівень освітлення. Уночі продихи закриваються, тому що фотосинтез зупиняється, і тургорний тиск у замикаючих клітинах спадає. Виділення в рослин здійснюється клітинами листків і коренів, а також клітинами спеціальних видільних тканин (залозистими волосками, молочними судинами, нектарниками). Речовини, що виділяються, можуть накопичуватися у вакуолях і клітинних стінках. Багато продуктів метаболізму рослин відкладаються у змертвілих тканинах (деревині), а також у листках або корі, які періодично скидаються. Продукти обміну речовин можуть видалятися з опалим листям під час листопаду....
0 Переглянути

Саморегуляція на рівні надорганізмових систем

11 Клас

В основі внутрішньопопуляційної регуляції лежить внутрішньовидова конкуренція. Чисельність популяції підтримується в певних межах. Коли ці межі порушуються, чисельність прагне повернутися до початкових значень. Здатність популяції підтримувати певну чисельність своїх особин називається гомеостазом популяції. Саморегуляція здійснюється двома взаємно врівноваженими силами: здатністю до розмноження й обмеженням відтворення. З одного боку, організми прагнуть максимально розмножитися, використовуючи всі доступні можливості та ресурси. Однак збільшення щільності популяції підсилює дію механізмів, які знижують чисельність особин. Такі механізми працюють із метою не допустити повного виснаження ресурсів середовища (мал. 29.1). Територіальність Ефективним способом уникнути занадто високої щільності особин свого виду і зберегти можливість нормального харчування є територіальність. Територіальність — це поведінка тварин з охорони своїх індивідуальних ділянок, які є для них місцем проживання, харчування та розмноження. Тварини маркують межі своїх ділянок, охороняють їх, відлякують чужинців. Площа ділянки залежить від розмірів і способу життя тварини. Територія великих хижих ссавців може складати чимало квадратних кілометрів. Якщо чисельність особин збільшується, межі територій починають порушуватися. Як наслідок — загострюється конкуренція. Надлишкова частина популяції за такої умови не розмножується або змушена виселятися за межі зайнятого простору. Виселення як відповідна реакція на зростаючу густоту популяції властиве багатьом видам птахів і ссавців. Різновидом такої поведінки є масова міграція — коли більша частина популяції розселяється за межею території, яку вона займала в осілий період. Особливо яскраво це проявляється в комах, наприклад перелітної сарани. Територіальність у рослин знижує їхню конкуренцію за світло, воду і вільний простір. Боротьба за територію в них здійснюється розростанням кореневої системи, збільшенням площі листя, зростанням пагонів тощо. У жорстких умовах існування внутрішньовидоваконкуренція рослин проявляється у вигляді самозріджування ....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 323 324 325 326 327 328 329 330 331 ... 343
Назад

Навігація