Биология

Цитохромы. Простетическая группа цитохромов представлена железопорфиринами. Железопорфириновая группа (гем) в цитохромах прочно связана с бел­ком через атомы серы аминокислоты цистеина. Известно около 20 цитохромов, которые делят на четыре главных класса: а, Ь, с, d, отличающихся между собой природой простетической группы: цитохромы а содержат железоформилпорфирины, цитохромы b — железопротопорфирины, цитохромы d — железогидропорфирины. В каждую группу цитохромов входит по нескольку различающихся между собой ферментов. Роль цитохромов заключается в переносе электронов. Содержащееся в цитохромах железо способно к обратимым окислительно-вос­становительным реакциям. Воспринимая электрон, железо восстанавливается, теряя его, окисляется: Fe³⁺ ± е <-> Fe²⁺. В ЭТЦ митохондрий направление транспорта электронов определяется величиной окислительно-восстановительного потенциала цитохромов: цит.b —> цит.с1 —> цит.с —> цит.аа3 -> 02. Непосредствен­но с кислородом воздуха может реагировать только цитохромоксидаза (цитохром аа3), которая кроме железа содержит атомы меди.

Физиология растений — это наука о процессах, происходящих в растительном организме. Задача физиологии растений заключается в раскрытии сущности этих процессов для того, чтобы научиться рационально использовать их. К.А. Тимирязев писал: «Физиолог не может довольствоваться пассивной ролью наблюдателя, как экспериментатор, он является деятелем, управляющим природой». C одной стороны, физиология растений — это теоретическая наука, которая опирается на последние достижения физики, химии, молекулярной биологии, с другой стороны, эта наука имеет большое практическое значение для земледелия. Физиологии растений отвечает на ряд вопросов о процессах, протекающих в растительном организме, установление их взаимной связи, изменение под влиянием среды, механизмов их регуляции, физиологические изыскания и обоснование приемов, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.

Физиология растений изучает, происходящих в организмах процессы на разных уровнях организации: биоценотическом, организменном, органном, клеточном, субклеточном, молекулярном и даже субмолекулярном.

В последние годы активно идет внедрение молекулярной биологии в физиологию растений, что позволяет исследователям более подробно изучить и получить представление о механизмах биосинтеза белка, основных закономерностях поглощения и использования квантов света в процессе фотосинтеза и многое другое. Именно благодаря этому получили новую интерпретацию процессы поступления воды и питательных веществ, вопросы адаптации растений, механизм действия фитогормонов, их роль в росте и развитии. Сейчас фитогормонам, подобно гормонам животных организмов, отводится важнейшее значение как в регуляции различных физиологических процессов, так и в приспособлении к условиям внешней среды. На основе изучения процессов гормонального влияния разработаны многочисленные приемы применения синтетических регуляторов роста в растениеводстве.

Анализирую темпы развития науки, можно сказать, что физиологические функции, которые столетие назад всего-навсего только описывались, в данное время досконально изучены на биохимическом и молекулярном уровнях: значение органоидов, энергетика, ассимиляция С02, многие участки обмена веществ, механизмы регуляции и наследственности. В этих процессах основную роль играет взаимодействие клеточек между собой.

Изменения климата, загрязнение природной среды заставили обратить особое внимание на механизмы адаптации растений к неблагоприятным условиям обитания. Сейчас пристальное внимание уделяется особенностях образования и физиологического влияния активных форм кислорода, а также о способах защиты и функционировании антиоксидантной системы.

Выполняя основные химические операции с исследуемыми пробами, пробирки размещают в штативе и пользуются ими поочередно. Нежелательно заполнять их раствором, более чем на треть или, в крайнем случае, половину объема.

Сливая растворы, учитывать возможность их разбрызгивания и не наклоняться над емкостями, во избежание поражения глаз, слизистых оболочек и кожи. В аварийных ситуациях: немедленно промыть пораженное место водой не менее 15 мин., а для оказания первой помощи – использовать аптечку.

Наблюдая за химическими реакциями, держать пробирку на уровне глаз и некотором расстоянии, ни в коем случае, не заглядывая в нее сверху.

Нюхать летучие вещества с осторожностью, как показано на рисунке.

Взбалтывая пробирки с жидкостью, держать их как стакан или колбу за верхнюю часть, слегка покачивая или придавая кистью круговое вращение. При необходимости интенсивного перемешивания – использовать вортекс или закрыть горловину пробкой, обернутой полиэтиленом или алюминиевой фольгой. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: закрывать горловину пробирки пальцем или ладонью, во избежание ожогов кожи и загрязнения реакционной смеси.

Избегая пролива исследуемых проб, заполненные пробирки и, особенно их группы, переносить не в руках, а только в штативе.

Отходы реактивов общего назначения, открыв водопроводный кран, сливать в канализацию.

Отходы едких и легковоспламеняющихся жидкостей, соответственно ЕЖ и ЛВЖ, сливать в маркированные емкости, находящиеся в соответствующих вытяжных шкафах.

Пролитые реактивы засыпать песком, а затем – смести его в урну. Место пролива при необходимости, нейтрализовать соответственно кислотой или щелочью и, обильно промыть водой.

При работе со спиртовкой или сухим горючим, поджигать их только спичкой, а гасить – колпачком. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: 1) Держать вблизи пламени бумагу, вату, ЛВЖ и другие горючие материалы; 2) Подливать или досыпать горючее вещество во время горения; 3) Нагревать толстостенную стеклянную (банки, склянки, цилиндры, ступки) и измерительную посуду; 4) Нагревая стеклянную посуду, прикасаться ею к фитилю или к твердому горючему.

Пробирку с нагреваемой жидкостью держать с помощью держателя или полоски бумаги, отверстием в сторону от себя и соседей, а для их равномерного нагрева, избегая бурного вскипания, непрерывно пропускать через пламя.

При работе с любыми электроприборами строго следовать рабочим инструкциям и выполнять только операции, связанные с заданием. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: устранять любые неисправности на работающих или включенных в сеть приборах.

Перед работой с центрифугой, обязательно уравновесить пробирки на центрифужных весах, установить их по диаметру ротора, закрыть крышку и, лишь затем включать прибор. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: 1. Центрифугировать стеклянные пробирки при более чем при 2000 об/мин. 2. Открывать крышку центрифуги до полной остановки ротора.

Понятием меры вместимости или мерная посуда, объединяют цилиндры, колбы, пипетки, мензурки, бюретки и др. из стекла и пластмасс, служащие для измерения объемов жидкостей. Основные достоинства этих измерительных сосудов – простота и легкость визуального контроля отмериваемых объемов по градуировке. Различают 2 вида калибровки мерной посуды: наливание и выливание. Из посуды для наливания: мерных колб и цилиндров, выливается меньше жидкости, чем отмерено, т.к. часть ее остается на внутренних стенках емкостей. Поэтому их используют, лишь для приготовления растворов точной концентрации. Для отмеривания точных объемов раствора, с последующим выливанием. они непригодны.

Цилиндры – сосуды цилиндрической формы и разного объема, с нанесенной на корпусе градуировкой и носиком или пришлифованной пробкой. Служат для отмеривания необходимых объемов растворов, но не их получения или смешивания!

Мерные колбы, чаще всего шаро- или грушевидной формы и разного объема, применяют для приготовления растворов точной концентрации. Обычно объем жидкости в мл указан на корпусе колбы и, там же проставлена температура, при которой ее калибровали. Объем, до которого колбу нужно наполнять, обозначен специальной круговой меткой = линией на ее горловине. Для приготовления растворов заданной концентрации или их разбавления, требуемое количество вещества (объем раствора) помещают в мерную колбу нужного объема и дополняют растворителем на 2/3 объема. Перемешав и растворив содержимое, объем колбы заполняют растворителем на 1-2 см ниже метки. Затем ее ставят повыше, чтобы метка оказалась на уровне глаз и, осторожно по каплям, из пипетки добавляют растворитель, пока нижняя часть мениска точно не коснется метки на горловине колбы. Плотно закрыв горловину колбы пробкой – перемешать содержимое.

Приготовив раствор нужной концентрации, с помощью воронки его переносят в тару долговременного хранения, и, в зависимости от свойств растворенных веществ, размещают на полке для реактивов или в холодильнике.

Мерная посуда на выливание: пипетки и дозаторы – калибруется количеством вылитой из них жидкости.

Пипетки – стеклянные или пластиковые трубки разного диаметра, с оттянутым носиком, предназначенные для дозирования относительно небольших объемов жидкости.

Так называемые пипетки Мора (а) имеют прямой или расширенный корпус и используются для точных отмериваний объема. Они всегда рассчитаны на полный слив и поэтому, как и на мерных колбах, на них указана номинальная вместимость (мл), температура, при которой велась калибровка и в верхней части нанесена единственная круговая метка. Градуированные пипетки (б) – менее точны, но деления по всей длине корпуса позволяют дозировать жидкости отмеренными частями. Они бывают двух типов: с полным и неполным сливом. Поэтому, приступая к работе градуированной пипеткой, сначала определяют тип слива, затем – направление шкалы и, наконец, цену деления. Как видно из рисунка, отыскав нулевое деление шкалы, находят следующее деление, обозначенное цифрой и, подсчитывают число мелких штрихов между ними. Очевидно, что объем между 0 и 1 составляет 1 мл, а между ними находится 9 штрихов. Значит, цена делений приведенной шкалы = 0,1 мл.

Работая пипеткой, ее вертикально опускают в сосуд с жидкостью, используя для насасывания шланг с резиновой грушей или другим приспособлением. Отмеряя нужный объем, пипетку, как и мерную колбу, держат на уровне глаз, устанавливая нижнюю часть мениска точно на нулевой отметке. Пережав указательным пальцем шланг у верхнего отверстия пипетки с отмеренным объемом, ее кончик аккуратно переносят в нужную тару, регулируя силой нажатия пальца, скорость свободного истечения жидкости. Из пипеток с полным сливом, остаток жидкости не выдувают, а выпускают, коснувшись их носиком внутренней стенки тары. При неполном сливе, жидкость из пипетки выпускают до последней отметки объема, оставляя часть ее в носике.

Дозируя растворы пипетками, их соответственно помечают стеклографом или фломастером и размещают в гнездах специально маркированного штатива, строго соблюдая соответствие реактивам.

Закрыв склянку с реактивом соответствующей пробкой, пипетку возвращают в нужное гнездо штатива. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: 1) Класть пипетки на поверхность столов; 2) Во избежание поломки или повреждений носика, прижимать пипетку с усилием ко дну сосуда, опускать в него свободным падением или перемешивать растворы. В последнем случае пользуются стеклянной палочкой, взбалтыванием, магнитной мешалкой или вортексом.

Пробирки – узкие цилиндрические сосуды с дном округлой формы. Бывают разной величины и диаметра – простые (а), градуированные (б) и центрифужные (в), с конической нижней частью. Центрифужные градуированные пробирки, как правило, объемом 10 мл, позволяют после центрифугирования, сопоставить объемы осадка и надосадочной жидкости.

К посуде общего назначения относят: стаканы, колбы, промывалки, чашки Петри, пробирки, воронки, стеклянные палочки и др., необходимые для полноценного химического анализа.

Стаканы – сосуды конической или цилиндрической формы и разной емкости, с носиком или без него, изготовленные из химически стойкого и тугоплавкого стекла равномерной толщины. Их используют как вспомогательную посуду для взбалтывания растворяемых веществ, нагрева, смешивания или слива растворов.

Колбы – сосуды разной формы и величины, горловина которых уже донной части. Обычно в лабораторной практике используют круглые (а) и конические (б) плоскодонные колбы разного объема, иногда со шлифом в горловине (в). Их применяют для растворения веществ, в т.ч. с нагревом и, смешивания растворов.

Промывалки – небольшие плоскодонные колбы, заполненные дистиллированной водой и закрытые пробкой с отверстиями, через которые пропущены 2 изогнутые стеклянные трубки. Одна из них служит для создания в колбе избыточного давления, а вторая – для вывода жидкости. Служат для смыва осадков со стенок сосудов и промывки кювет. Гораздо практичней самодельные промывалки из мягких пластиковых флаконов.

Чашки Петри – круглые, толстостенные плоскодонные, с крышкой. Служат для выращивания биологических культур, круговой хроматографии на бумаге и выпаривания небольших количеств жидкости лишь при комнатной температуре.

Функциональная система – временное функциональное объединение нервных центров различных органов и систем организма для достижения конечного полезного результата.

Полезный результат – самообразующий фактор нервной системы. Результат действия представляет собой жизненно важный адаптивный показатель, который необходим для нормального функционирования организма.

Существует несколько групп конечных полезных результатов:

1) метаболическая – следствие обменных процессов на молекулярном уровне, которые создают необходимые для жизни вещества и конечные продукты;

2) гомеостатическая – постоянство показателей состояния и состава сред организма;

3) поведенческая – результат биологической потребности (половой, пищевой, питьевой);

4) социальная – удовлетворение социальных и духовных потребностей.

В состав функциональной системы включаются различные органы и системы, каждый из которых принимает активное участие в достижении полезного результата.

Функциональная система, по П.К. Анохину, включает в себя пять основных компонентов:

1) полезный приспособительный результат – то, ради чего создается функциональная система;

2) аппарат контроля (акцептор результата) – группу нервных клеток, в которых формируется модель будущего результата;

3) обратную афферентацию (поставляет информацию от рецептора в центральное звено функциональной системы) – вторичные афферентные нервные импульсы, которые идут в акцептор результата действия для оценки конечного результата;

4) аппарат управления (центральное звено) – функциональное объединение нервных центров с эндокринной системой;

5) исполнительные компоненты (аппарат реакции) – это органы и физиологические системы организма (вегетативная, эндокринные, соматические). Состоит из четырех компонентов: а) внутренних органов; б) желез внутренней секреции; в) скелетных мышц; г) поведенческих реакций.

Свойства функциональной системы:

1) динамичность. В функциональную систему могут включаться дополнительные органы и системы, что зависит от сложности сложившейся ситуации;

2) способность к саморегуляции. При отклонении регулируе­мой величины или конечного полезного результата от оптимальной величины происходит ряд реакций самопроизвольного комплекса, что возвращает показатели на оптимальный уровень.

Саморегуляция осуществляется при наличии обратной связи. В организме работает одновременно несколько функциональных систем. Они находятся в непрерывном взаимодействии, которое подчиняется определенным принципам:

1) принципу системы генеза. Происходят избирательное созревание и эволюция функциональных систем (функциональные системы кровообращения, дыхания, питания, созревают и развиваются раньше других);

2) принципу многосвязного взаимодействия. Происходит обобщение деятельности различных функциональных систем, направленное на достижение многокомпонентного результата (параметры гомеостаза);

3) принципу иерархии. Функциональные системы выстраиваются в определенный ряд в соответствии со своей значимостью (функциональная система целостности ткани, функциональная система питания, функциональная система воспроизведения и т.д.);

4) принципу последовательного динамического взаимодействия. Осуществляется четкая последовательность смены деятельности одной функциональной системы другой.

Нейрон – специализированная клетка, которая способна принимать, кодировать, передавать и хранить информацию, устанавливать контакты с другими нейронами, организовывать ответную реакцию организма на раздражение.

Функционально в нейроне выделяют:

1) воспринимающую часть (дендриты и мембрану сомы нейрона);

2) интегративную часть (сому с аксоновым холмиком);

3) передающую часть (аксонный холмик с аксоном).

Воспринимающая часть.

Дендриты – основное воспринимающее поле нейрона. Мембрана дендрита способна реагировать на медиаторы. Нейрон име­ет несколько ветвящихся дендритов. Это объясняется тем, что нейрон как информационное образование должен иметь большое количество входов. Через специализированные контакты информация поступает от одного нейрона к другому. Эти контакты называются «шипики».

Мембрана сомы нейрона имеет толщину 6 нм и состоит из двух слоев липидных молекул. Гидрофильные концы этих молекул обращены в сторону водной фазы: один слой молекул обращен внутрь, другой – наружу. Гидрофильные концы повернуты друг к другу – внутрь мембраны. В двойной липидный слой мембраны встроены белки, которые выполняют несколько функций:

1) белки-насосы – перемещают в клетке ионы и молекулы против градиента концентрации; 2) белки, встроенные в каналы, обеспечивают избирательную проницаемость мембраны; 3) рецепторные белки осуществляют распознавание нужных молекул и их фиксацию на мембране; 4) ферменты облегчают протекание химической реакции на поверхности нейрона.

В некоторых случаях один и тот же белок может выполнять функции как рецептора, фермента, так и насоса.

Интегративная часть.

Аксоновый холмик — место выхода аксона из нейрона.

Сома нейрона (тело нейрона) выполняет наряду с информационной и трофическую функцию относительно своих отростков и синапсов. Сома обеспечивает рост дендритов и аксонов. Сома нейрона заключена в многослойную мембрану, которая обеспечивает формирование и распространение электротонического потенциала к аксонному холмику.

Передающая часть.

Аксон – вырост цитоплазмы, приспособленный для проведения информации, которая собирается дендритами и перерабатывается в нейроне. Аксон дендритной клетки имеет постоянный Диаметр и покрыт миелиновой оболочкой, которая образована из глии, у аксона разветвленные окончания, в которых находятся митохондрии и секреторные образования.

Функциональная система – временная совокупность органов, которые принадлежат разным анатомическим и физиологическим структурам, но обеспечивают выполнение особых форм физиологической деятельности и определенных функций. Она обладает рядом свойств, таких как: 1) саморегуляция; 2) динамичность (распадается только после достижения желаемого результата); 3) наличие обратной связи. Благодаря присутствию в организме таких систем он может работать как единое целое.

Нормальная физиология – биологическая дисциплина, изучающая:

1) функции целостного организма и отдельных физиологических систем (например, сердечно-сосудистой, дыхательной);

2) функции отдельных клеток и клеточных структур, входящих в состав органов и тканей (например, роль миоцитов и миофибрилл в механизме мышечного сокращения);

3) взаимодействие между отдельными органами отдельных физиологических систем (например, образование эритроцитов в красном костном мозге);

4) регуляцию деятельности внутренних органов и физиологических систем организма (например, нервные и гуморальные). Физиология является экспериментальной наукой. В ней выделяют два метода исследования – опыт и наблюдение. Наблюдение – изучение поведения животного в определенных условиях, как правило, в течение длительного промежутка времени. Это дает возможность описать любую функцию организма, но затрудняет объяснение механизмов ее возникновения. Опыт бывает острым и хроническим. Острый опыт проводится только на короткий момент, и животное находится в состоянии наркоза. Из-за больших кровопотерь практически отсутствует объективность. Хронический эксперимент был впервые введен И.П. Павловым, который предложил оперировать животных (например, наложение фистулы на желудок собаки).

Большой раздел науки отведен изучению функциональных и физиологических систем. Физиологическая система – это постоянная совокупность различных органов, объединенных какой-либо общей функции. Образование таких комплексов в организме зависит от трех факторов: 1) обмена веществ; 2) обмена энергии; 3) обмена информации.

Особое место в нормальной физиологии уделяется гомеостазу. Гомеостаз – совокупность биологических реакций, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Он представляет собой жидкую среду, которую составляют кровь, лимфа, цереброспинальная жидкость, тканевая жидкость. Их средние показатели поддерживают физиологическую норму (например, рН крови, величину артериального давления, количество гемоглобина и т. д.).

Итак, нормальная физиология – это наука, определяющая жизненно важные параметры организма, которые широко используются в медицинской практике.