Какие бывают вещества в биологии: Органические вещества живых систем Липиды Углеводы Белки Ферменты Витамины Гормоны Алкалоиды Нуклеиновые кислоты

Содержание

Минеральные вещества | Tervisliku toitumise informatsioon

В человеческом организме установлено наличие более 70 химических элементов. Достоверно установлена потребность в более чем 20 биоэлементах. Для обеспечения достаточного количества этих элементов крайне важно, чтобы питание было разнообразным.

Встречающиеся в организме минеральные вещества можно условно разделить на две группы:
  • Содержание макроэлементов в организме составляет более 0,01%. Ими являются фосфор (P), кальций (Ca), натрий (Na), калий (K), магний (Mg), сера (S), хлор (Cl) (см Таблица 1).
  • Содержание микроэлементов – менее 0,01%, у некоторых даже 0,00001.

Потребность в некоторых микроэлементах установлена, это железо (Fe), цинк (Zn), медь (Cu), йод (I), селен (Se) , марганец (Mn), молибден (Mo), фтор (F), хром (Cr), кобальт (Co), кремний (Si), ванадий (V), бор (B), никель (Ni), мышьяк (As) и олово (Sn).

Помимо них в организме обнаружен целый ряд элементов, функция которых пока не ясна, их появление в организме может быть обусловлено загрязнением окружающей среды и частым соприкосновением с ними. Например, люди, работающие в теплицах, постоянно контактируют с химическими веществами, различные элементы могут быть признаком разного рода заболеваний. В числе таких элементов алюминий (Al), стронций (Sr), барий (Ba), рубидий (Rb), палладий (Pd), бром (Br).

В организм могут попадать и тяжелые, т.е. ядовитые металлы, такие как кадмий (Cd), ртуть (Hg) или свинец (Pb).

Минеральные вещества в нашем организме являются важными компонентами скелета, биологических жидкостей и энзимов и способствуют передаче нервных импульсов.

Люди и животные получают различные биологические элементы из пищи, воды и окружающего воздуха, самостоятельно синтезировать минеральные вещества живые организмы не могут. В растениях минеральные вещества накапливаются из почвы, и их количество зависит от места произрастания и наличия удобрений. В питьевой воде также имеются минеральные вещества, и их содержание зависит от места, откуда получают воду.

Несмотря на то, что человек нуждается в небольших количествах минеральных веществ (макроэлементов в миллиграммах и граммах, микроэлементов – в милли- и микрограммах), в его организме, тем не менее, отсутствуют достаточные запасы минеральных веществ, чтобы нормально перенести их долговременный дефицит. Потребность в минеральных веществах зависит также от возраста, пола и прочих обстоятельств (см Таблица 2). Например, повышенная потребность в железе у женщин связана с менструациями и беременностью, а спортсменам требуется больше натрия, потому что он интенсивно выводится с потом.

Чрезмерные количества минеральных веществ могут привести к сбоям в работе организма, потому что, будучи компонентами биоактивных соединений, они оказывают влияние на регуляторные функции. Получать чрезмерные количества минеральных веществ (за исключением натрия) с пищей практически невозможно, однако это может произойти при чрезмерном употреблении биологически активных добавок и обогащенных минеральными веществами продуктов.

Усвоению минеральных веществ могут препятствовать:
  • злоупотребление кофе,
  • употребление алкоголя,
  • курение,
  • некоторые лекарства,
  • некоторые противозачаточные таблетки,
  • определенные вещества, встречающиеся в некоторых продуктах, например, в ревене и шпинате.

Потери минеральных веществ при тепловой обработке продуктов питания значительно меньше, чем потери витаминов. Однако при рафинировании или очистке часть минеральных веществ удаляется. Поэтому важно есть больше цельнозерновых и нерафинированных продуктов. Минеральные вещества могут образовывать соединения с другими веществами, содержащимися в продуктах питания (например, с оксалатами в ревене), в результате чего организм не может их усвоить.

Таблица 1
Названия и источники важнейших минеральных веществ

Обозначение

Название

Лучшие источники *

Макроэлементы

Na

натрий

поваренная соль (NaCl), готовая еда, сыр, ржаной хлеб, консервы, мясные продукты, оливки, картофельные чипсы

K

калий

растительные продукты: сушеные фрукты и ягоды, орехи, семена, топинамбур, картофель, редис, капуста, зеленые овощи, мука «Кама», свёкла, банан, ржаной хлеб, смородина, томаты

Ca

кальций

молоко и молочные продукты (особенно сыр), миндаль, орехи, семена, рыба (с костями), шпинат

Mg

магний

орехи, семена, мука «Кама», ржаной хлеб, шпинат, бобовые, греча, цельнозерновые продукты, свинина, говядина и курятина, банан, брокколи

P

фосфор

семена, орехи, молочные продукты (особенно сыр), печень, птица, говядина, ржаной хлеб, рыба, цельнозерновые продукты, бобовые

S

сера

продукты с белками, содержащими аминокислоты метионин (зерновые, орехи) и цистеин (мясо, рыба, соевые бобы, зерновые)

Cl

хлор

поваренная соль

Микроэлементы

Fe

железо

печень, кровяная колбаса, семечки, яйца, изюм, ржаной хлеб, нежирная говядина и свинина, цельнозерновые продукты, греча, клубника

Zn

цинк

печень, мясо, мука «Кама», семена, орехи, сыр, ржаной хлеб, бобовые, дары моря (крабы, салака), цельнозерновые продукты, яйца

Cu

медь

печень, какао-порошок, мясо, бобовые, цельнозерновые продукты, семена, орехи, греча, ржаной хлеб, лосось, авокадо, свёкла, дары моря

I

йод

йодированная соль, рыба и другие дары моря, сыр, яйца, некоторые виды ржаного хлеба и йогурта

Se

селен

арахис, печень, рыба и дары моря, семена подсолнечника, мясо

* Количество, содержащееся в 100 г продукта, покрывает не менее 10% суточной потребности взрослой женщины

Таблица 2
Рекомендуемые в зависимости от возраста суточные нормы потребления важнейших минеральных веществ

Возраст

Натрий, мг

Кальций, мг

Калий, г

Магний, мг

Железо, мг

Цинк, мг

Медь, мг

Йод, мкг

Селен, мкг

Дети

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6–11 месяцев

до 650

550

1,1

80

8

5

0,3

60

15

12–23 месяца

до 830

600

1,4

85

8

6

0,3

90

25

2–5 лет

до 1580

600

1,8

120

8

6

0,4

90

30

6–9 лет

до 1580

700

2

200

9

7

0,5

120

30

Женщины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10–13 лет

до 2400

900

2,9

300

11

8

0,7

150

40

14–17 лет

до 2400

900

3,1

320

15

9

0,9

150

50 

18–30 лет

до 2400

900

3,1

320

15

9

0,9

150

50

31–60 лет

до 2400

800

3,1

320

15

9

0,9

150

50

61–74 лет

до 2400

800

3,1

320

10

9

0,9

150

50

> 75 лет

до 2400

800

3,1

320

10

9

0,9

150

50

Беременные

до 2400

900

3,1

360

15

10

1

175

60

Кормящие матери

до 2400

900

3,1

360

15

11

1,3

200

60

Мужчины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10–13 лет

до 2400

900

3,3

300

11

11

0,7

150

40

14–17 лет

до 2400

900

3,5

380

11

12

0,9

150

60

18–30 лет

до 2400

900

3,5

380

10

9

0,9

150

60

31–60 лет

до 2400

800

3,5

380

10

9

0,9

150

60

61–74 лет

до 2400

800

3,5

380

10

10

0,9

150

60

> 75 лет

до 2400

800

3,5

380

10

10

0,9

150

60

* Для 18–20-летних рекомендуемая суточная доза составляет 900 мг кальция и 700 мг фосфора.
** Потребность в железе зависит от потери железа при менструациях. Для женщин в постменопаузе рекомендуемая дневная доза железа составляет 10 мг.
*** Для достижения сбалансированного содержания железа во время беременности в организме женщины должны иметься запасы железа как минимум на 500 мг больше, чем до беременности. В двух последних триместрах беременности, в зависимости от уровня железа в организме, может потребоваться дополнительный прием железа.
**** На самом деле, селена можно потреблять больше указанной в таблице рекомендованной дозы, поскольку селен по-разному всасывается из разных источников и происходит постоянное обеднение им поверхности, т.е. таблицы питательной ценности продуктов «не поспевают» за истинным положением дел (в них зачастую указываются значения больше реальных).

Максимальные разовые безопасные дозы минеральных веществ и пищевых добавок:
Минеральное вещество Доза
Кальций (мг) 2500
Фосфор (мг) 3000
Калий  (мг) 3,7*
Железо  (мг) 60
Цинк (мг) 25
Медь (мг) 5
Йод (мкг) 600
Селен (мкг) 300

* Только из биоактивных добавок или обогащенной пищи

Биологические материалы человека органы и ткани человека, кровь и ее компоненты, образцы биологических материалов человека

На территории Евразийского экономического союза (ЕАЭС) перечни органов и тканей человека, крови и ее компонентов, образцов биологических материалов человека, в отношении которых установлен разрешительный порядок ввоза и вывоза, определены Разделом 2. 21 Приложения 2 к Решению Коллегии ЕЭК от 21.04.2015 г. № 30.

Образцы биологических материалов человека — образцы клеток, тканей, биологических жидкостей человека, секретов, продуктов жизнедеятельности человека, физиологических и патологических выделений, мазков, соскобов, смывов, используемые в диагностических, научных целях, исследованиях.

Биологические жидкости человека — жидкости, производимые организмом человека (гной, кровь, лимфа, мокрота, желчь, молозиво, моча, секрет предстательной железы, слизь слизистых оболочек, синовиальная жидкость, сперма, спинномозговая жидкость, тканевая жидкость, плевральная жидкость, носовая слизь, пот, транссудат, ушная сера и экссудат).

Разрешительные документы для ввоза и вывоза

Для ввоза и вывоза органов и тканей человека, крови и ее компонентов, образцов биологических материалов человека может потребоваться:

  • Заключение Росздравнадзора
  • Лицензия Минпромторга (оформляется при наличии Заключения Росздравнадзора)

При помещении органов и тканей человека, крови и ее компонентов под таможенные процедуры таможенного транзита, уничтожения, реэкспорта и реимпорта (в отношении ранее помещенных под таможенную процедуру выпуска для внутреннего потребления и экспорта) оформление Заключения Росздравнадзора или Лицензии Минпромторга не требуется.

Ввоз (вывоз) физическими лицами образцов биологических материалов человека в качестве товаров для личного пользования осуществляются при наличии Заключения Росздравнадзора.

Заключение Росздравнадзора

Заключение Росздравнадзора потребуется для ввоза и вывоза органов и тканей человека, крови и ее компонентов, образцов биологических материалов человека, гемопоэтических стволовых клеток, костного мозга, донорских лимфоцитов в целях проведения неродственной трансплантации, половых клеток и эмбрионов (таможенные процедуры выпуск для внутреннего потребления и экспорт).

Подробнее о Заключении Росздравнадзора

Лицензия

Для ввоза и вывоза органов и тканей человека, крови и ее компонентов необходима Лицензия Минпромторга (таможенные процедуры выпуск для внутреннего потребления и экспорт). Лицензия оформляется при наличии Заключения Росздравнадзора.

Подробнее о Лицензии Минпромторга

Радиоактивные вещества в природе — ТАСС

Каждый химический элемент можно сделать радиоактивным, если в ядра атома добавить лишние нейтроны. Или, напротив, убрать часть этих частиц. Один элемент может быть представлен разными атомными ядрами, и эти варианты ядер называют изотопами. Изотопы бывают как стабильными, так и неустойчивыми: при избытке или недостатке нейтронов ядра рано или поздно распадаются и превращаются в ядра других элементов.

Альфа-распад: из ядра атома вылетает альфа-частица, два протона и два нейтрона. Альфа-частицы являются ядрами атома гелия.

Нестабильных, то есть радиоактивных, изотопов на Земле немного: большая их часть успела распасться задолго до появления человека. В природе короткоживущие изотопы получаются в основном в недрах звезд и особенно при вспышках сверхновых, поэтому на Земле до XX века нельзя было найти ни стронция-90, ни йода-131, ни плутония в любом виде. Однако ряд медленно распадающихся изотопов вполне дошел до наших дней.

Калий-40

Калий обычно имеет атомную массу 39. Это значит, что на его 19 протонов (он 19-й в таблице Менделеева) приходится 20 нейтронов — вполне стабильное соотношение. Но кроме калия-39 есть еще калий-40, и вот он уже радиоактивен.

Калий-40 имеет очень большой период полураспада — свыше миллиарда лет. Это значит, что если поместить перед собой атом калия-40 и ждать его превращения в кальций или аргон, то через миллиард лет шанс зафиксировать акт распада составит всего 50%. Другое определение периода полураспада гласит, что это то время, за которое распадется половина ядер. Несмотря на то что ядра калия-40 распадаются крайне редко, большое число этих ядер вокруг нас делает присутствие изотопа вполне заметным.

Пока вы читали абзац выше, у вас в теле произошли десятки тысяч актов распада калия-40. Внутри среднего по величине банана ежесекундно происходит 10-15 распадов, и в связи с этим ученые даже предложили шуточную величину «банановый эквивалент» — доза облучения, сравнимая с эффектом от съеденного банана.

Бананы богаты калием. В том числе и калием-40, который бета-активен. Бета-распад происходит при превращении одного из нейтронов в ядре в протон, электрон и антинейтрино. Электрон в данном случае называют бета-частицей. Фото: Wilfredor / Wikimedia.

При концентрации калия-40 вполне можно получить превышение радиационного фона. Простейший способ собрать побольше калия-40 в одном месте — это собрать золу от сжигания растений. Зачастую кучи золы на садовых участках можно найти при помощи даже простого бытового радиометра. Опасности для здоровья это, впрочем, не представляет.

Углерод-14

Кроме калия-40 в органической материи можно найти еще углерод-14, однако его намного меньше. Он упоминается по единственной причине: углерод-14 позволяет археологам определить возраст находок.

Дело в том, что живое растение поглощает из атмосферы (углекислого газа) как углерод-12, самый распространенный изотоп, так и углерод-14. В момент спиливания древесина содержит изотопы углерода в той пропорции, которая характерна для окружающей среды, но затем углерод-14 постепенно распадается. Аналогично обстоит дело и с животными, которые потребляют растительную пищу: пока они живы, в их теле присутствуют оба изотопа в более или менее естественном соотношении.

Чем меньше осталось углерода-14, тем больше прошло времени. Если объект пролежал в земле дольше 50 тысяч лет, то углерода-14, и без того редкого, становится недостаточно для проведения исследований.

Уран-238, торий-232 и немного урана-235

Химический состав гранитов: натрий, алюминий, кремний, кислород, немного водорода и фтора (в составе биотита. Гранит — это смесь полевого шпата, кварца и биотита). Однако кроме этих основных элементов в граните есть примеси, и среди них особняком выделяются уран и торий. Оба элемента представлены исключительно радиоактивными изотопами, поэтому радиационный фон на гранитных скалах будет выше, чем на сложенной из глины и песка равнине.

При нормальной работе тепловая электростанция на угле выбрасывает в атмосферу больше радиоактивных веществ, чем АЭС такой же мощности. Причина этого в том, что уголь, так же как и гранит, загрязнен ураном и торием.

«Фонят» гранитные плиты, которыми облицованы многие здания, станции метро и набережные. Как и в случае с калием-40 в золе, найти такой гранит можно обычным бытовым радиометром, и говорить об опасности для человека в данном случае не приходится. Есть целые горные массивы, где фон в разы больше, чем на равнине, однако врачи не замечают в таких местах роста заболеваемости.

Важно подчеркнуть, что облучение от гранитной плиты снизу или сбоку к тому же обладает намного меньшим биологическим эффектом, чем попадание радиоактивных изотопов внутрь тела. Гранит несъедобен и прямой угрозы не несет, разве что упадет сверху. Плотность и твердость минерала обычно угрожают человеку куда больше, чем бета- и гамма-активность.

Радон-222

Сказанное выше про гранит предполагает, что вы не проводите много времени в подвальных помещениях в местности с выходом гранита на поверхность. При распаде ядер урана в этом минерале образуется в том числе радиоактивный газ радон, а вот он уже, как показали наблюдения медиков, способен вызвать рак легких. Точнее сказать, у людей, которые работают или живут в помещениях с повышенным содержанием радона, риск рака легких выше, чем в среднем по населению.

По оценкам британских специалистов-онкологов, радон — вторая после курения причина рака легких. Несмотря на то что радон дает альфа-излучение, которое можно задержать даже картоном или фольгой, он намного опаснее всех перечисленных в этой статье изотопов. Причина — радон попадает с воздухом в легкие и облучает их изнутри.

Так выглядит обогащенный, то есть с повышенным содержанием урана-235, уран. Вопреки расхожему мнению, уран не настолько опасен, чтобы к нему нельзя было даже подойти. Намного страшнее отработанное ядерное топливо с изотопами

Единственная эффективная мера защиты против радона заключается в хорошей вентиляции. Газ проникает в здания из строительных материалов или недр земли, но при постоянной смене воздуха не успевает накапливаться в опасных количествах.

В начале XX века радоновое облучение медики считали «стимулирующим», но в наши дни радоновые ванны в большинстве стран мира (Россия тут — одно из немногих исключений) признаны как минимум бесполезными.

Долгий путь от молекулы до лекарства: как пройти его максимально эффективно / Интерфакс

Фото предоставлено пресс-службой компании Bayer

В классическом понимании лекарственный препарат — это химическое соединение с определенными свойствами. Сейчас это понятие расширилось, поскольку кроме малых молекул, полученных химическим синтезом, фармацевты используют и большие активные молекулы белков – например, антитела.

От биомишени – до мышей

В создании лекарства все начинается даже не с молекулы, а с определения биологической мишени. Это некий белок, который играет важную роль в том или ином заболевании. Чтобы бороться с симптомами болезни необходимо воздействовать на этот белок – либо повышая, либо снижая его активность. На эту мишень и должно быть направлено создаваемое лекарство.

Следующий этап – выбор соединения, которое будет действовать на данный белок.

Сейчас самый ранний этап разработки проходит с применением компьютерных технологий. Это значительно дешевле и проще – отскринировать большое количество молекул виртуально. С помощью компьютерного моделирования оценивается взаимодействие биомишени и целого ряда химических соединений. Оценке подвергается способность вещества соединяться с биомишенью в нужном месте и с необходимой силой.

Третий этап – настоящий «живой» скрининг.

После отбора наиболее эффективных молекул их действие тестируется на живых объектах, для начала – на клетках. К примеру, для разработки противоопухолевых препаратов тестируемые соединения испытываются на специализированных клеточных линиях, представляющих собой клетки опухолей различного типа. В этом случае оценивается уже непосредственно эффект воздействия соединения на клетку, например, его способность остановить  или замедлить неконтролируемое деление раковых клеток. Как и в первом этапе, по результатам экспериментов отбираются наиболее перспективные соединения-лидеры.

Эти соединения уже доказали свою эффективность, однако и их можно и нужно дополнительно улучшить с помощью химических модификаций. На примере каждого перспективного соединения создают целый пул молекул, похожих по структуре, но имеющих небольшие отличия, которые могут влиять положительно на такие параметры молекулы, как эффективность (сильное воздействие на биомишень), безопасность (снижение токсичности), фармакокинетику (время жизни в организме). Полученный пул молекул снова тестируют на клеточных моделях. Этот процесс называется оптимизацией лидерных соединений.

Следующий этап – доклинические исследования, проверка действия препарата на уровне целого организма. Стандартным объектом экспериментов на данном этапе являются лабораторные животные, чаще всего – мыши или крысы. На животных воссоздается модель заболевания (например, стимулируется появление опухоли) и тестируются будущие лекарственные препараты. На этапе доклинических исследований необходимо понять не только эффективность действия вещества на уровне организма (которая может значительно отличаться от таковой на уровне тестирования на клетках), но и изучить такие важнейшие параметры как фармакокинетику, токсичность (опасность для жизни и здоровья организма), оценить динамику распределения и накопления вещества в органах и тканях.

Крайне важно учитывать, что на следующем этапе в исследованиях будут участвовать  уже люди, поэтому необходимо исключить максимум рисков с точки зрения безопасности (для нивелирования или минимизации вреда для человека), так и эффективности (исследования на животных значительно дешевле, чем исследования на человеке. Так что, гораздо проще отсеять неэффективные препараты на данном этапе).

Качество данных на этапе доклинических исследований имеет огромное значение, поэтому для всех центров доклинических исследований существуют правила надлежащей лабораторной практики (Good Laboratory Practice или GLP), которые содержат стандарты к содержанию животных и проведению доклинических исследований. Оценку соответствия центров доклинических исследований стандартам GLP проводят независимые сертифицирующие организации.

Когда получены все данные по эффективности, безопасности и фармакокинетике и отобраны лучшие соединения, можно переходить к следующему, самому ответственному этапу.

 Клинические исследования

 Основные затраты времени и ресурсов занимают доклинические и клинические исследования, в том числе – проверка токсичности, подбор оптимальной дозировки и режима лечения, а также отработка промышленной технологии производства, выбор оптимальной лекарственной формы.

Если проведение доклинических исследований – зона ответственности научных лабораторий институтов или фармацевтических компаний (хотя сами лаборатории, как мы помним, сертифицируются по стандартам GLP), то на этапе клинических исследований значительно возрастает роль государства. Прежде чем начать клиническое исследование, необходимо получить разрешение регулирующего органа, которое он выдает на основании анализа данных о препарате, представляемых фармацевтической компанией.

Все клинические исследования состоят из трех фаз. На первой фазе идет оценка безопасности препарата. Эти исследования часто проводят на здоровых добровольцах, за исключением случаев, когда препарат заведомо высокотоксичен (как, например, почти все противоопухолевые препараты). В этом случае препарат при условии согласия могут уже принимать больные пациенты, которым не помогли другие методы лечения. Для них участие в исследованиях – серьезный шанс продлить жизнь и, возможно, заметно улучшить состояние здоровья. Кроме безопасности препарата, на этом этапе также оценивается фармакокинетика вещества в организме человека.

Вторая фаза – оценка эффективности и выбор оптимальной дозировки препарата. На этом этапе препараты всегда исследуются на пациентах с определенным заболеванием. Помимо оценки эффективности, безусловно, оценивается и безопасность (препарат может по-разному действовать на здорового и больного человека).

Третья фаза – масштабное исследование препарата с учетом полученных ранее результатов. Нужно подтвердить, что лекарственное средство дает не кратковременный эффект, а достоверно улучшает важные для жизни параметры. Очень важным является вопрос всесторонней проверки безопасности лекарственных веществ, изучение побочных явлений их применения. «Современные лекарства подобны ядерной энергии: они могут приносить огромную пользу и огромный вред», — в свое время сказал Деррик Данлоп, первый председатель комиссии по безопасности лекарств Великобритании. Сегодня эти слова не утратили своей актуальности.

Третья фаза – самая длительная и дорогостоящая. Она может стоить сотни млн долларов и охватывать несколько десятков тысяч пациентов в разных странах. По итогам третьей фазы препарат получает регистрацию и может быть использован для лечения на коммерческой основе.

Далее возможна четвертая фаза – исследования на предмет расширения действия препарата в отношении других заболеваний, или получение дополнительных сведений о безопасности препарата. Здесь также ведется мониторинг долгосрочной результативности.

Предусмотреть последствия

Часто бывает, что тестируемое лекарство эффективно для животных, но на организм человека не действует. Экспертам важно предусмотреть такой вариант заранее – до клинических исследований. Для этого используют подход под названием трансляционная медицина. На подопытном животном разрабатывают релевантную модель болезни типичную для организма человека и исследуют будущее лекарство.

В этом случае данные об эффективности с большей вероятностью совпадут с результатами клинических исследований. Если, конечно, исследователи проведут все расчеты точно. Здесь многое зависит и от уровня компетенции экспертов, команды ученых. Поэтому тщательное отношение к квалификации сотрудников, постоянное ее повышение и правильная система развития и мотивации – одна из важнейших задач фармацевтической компании.

Открытые инновации

Если посмотреть на статистику расходов фармкомпаний, то можно увидеть, что на R&D они тратят с каждым годом все больше (по оценкам Evaluate Pharma в ближайшие 5 лет общие затраты фармкомпаний на R&D будут расти в среднем на 3% в год и к 2022 году достигнут более $180 млрд). В научные разработки уходят миллиарды долларов. При этом количество зарегистрированных молекул в мире остается примерно одинаковым. Получается, стоимость каждой новой молекулы возрастает. И, судя по всему, исследования и разработки новых препаратов в ближайшие годы дешевле не станут.

Понятно, чтобы закрыть все вопросы в цепочке создания лекарств с учетом нынешних объемов расходов ни у одной компании не хватит ни человеческих, ни финансовых ресурсов.

На помощь здесь приходит концепция открытых инноваций – вовлечение внешних сторон в процесс исследований и разработок. На пути создания новых медицинских решений фармкомпании активно взаимодействуют с научным сообществом, стартапами и институтами развития. Выделяют гранты на поддержку разработок в том или ином направлении. Либо делятся с институтами своей экспертизой, лабораторной коллекцией химических соединений и антител.

Возникает ситуация сотрудничества, когда компания помогает ученым и исследователям повысить вероятность успешности их разработок, а они помогают фармацевтике за счет новых идей, подходов, решений. Такое сотрудничество неизбежно: если бы компании вели все разработки самостоятельно в своих лабораториях, то затраты были бы в разы больше.

За счет оптимального расходования ресурсов модель открытых инноваций позволяет исследовать максимальное количество технологий.

В то же время эта модель приносит дополнительный доход и новые возможности университетам, где была создана исходная молекула. Даже если проекты, с которыми мы работаем, окажутся неуспешными, будет сформирована экосистема, коллективы, которые знают, как надо действовать дальше. Если у них не получится с этим проектом, то будет успех со следующим. В глобальном смысле это воспитание некой культуры разработок инновационных препаратов, что очень важно для развития медицины.

На Западе эта модель давно и успешно развивается. Университеты и научные институты ведут множество исследований для фармкомпаний.

Но в России модель открытых инноваций пока находится в процессе становления. Да, отечественные компании объявляют конкурсы по поиску новых технологий, но не обкатан метод взаимодействия с разработчиками на дальнейшем этапе. Бывают, ученые демонстрируют интересные перспективные разработки. Казалось бы, вот он – прорыв в медицине! Нужно лишь довести идею до конца. Но, к сожалению, со многими проектами  так и не выстраиваются долгосрочные истории взаимодействия.

Как развить научные фарм-стартапы в России

Как показывает практика, многие фундаментальные идеи в фармацевтике при определенной поддержке можно перевести в сферу реального бизнеса. И речь здесь идет не только об инвестициях. Лет десять назад у российских разработчиков было две проблемы: где найти финансирования и как эффективно использовать полученные средства. С первой проблемой при помощи господдержки, профильных грантов, венчурного инвестирования понемногу научились справляться. Но уверенное понимание того, как при наличии разработок заниматься не только развитием науки, но и созданием коммерчески успешного проекта, еще предстоит сформировать.

И здесь очень важен опыт тех, кто уже прошел путь вывода препарата или медуслуги на рынок – более крупных фармкомпаний, экспертов в области бизнеса. В США или Европе, например, при ведущих университетах есть профильно-работающие центры с представителями потенциальных инвесторов, которые позволяют разработчикам структурировать проекты и должным образом их направлять. Распространена и практика бизнес-инкубаторов, которые содействуют молодым ученым в создании собственных медико-биологических стартапов. Могу рассказать о примере Bayer. С 2012 года мы запустили собственную модель лаборатории-инкубатора для фармстартапов – КоЛаборатор. Поначалу в США и Европе, а сейчас и в России.  Суть программы: команды проходят конкурсный отбор и, попадая в инкубатор, получают доступ к обширной лабораторно-офисной инфраструктуре, профессиональным знаниям и глобальной исследовательской сети фармкорпорации. В свою очередь, мы рассчитываем стать первыми к кому новые компании с уникальными разработками обратятся в поиске возможных партнеров. При этом, сами стартапы остаются независимыми.

В России участниками такого бизнес-инкубатора могут стать проекты образованные студентами, аспирантами, преподавателями и научными сотрудниками ведущих университетов страны, а также высокотехнологические стартапы, занимающиеся разработкой в области фармацевтики.

Конечно, у нас модель КоЛаборатора имеет некоторые отличия. В России мы в большей степени предоставляем экспертную поддержку стартапам, как в научной, так и в коммерческой сфере – то, чего им больше чего не хватает. Планируем расширять партнерства с ключевыми центрами в Москве, Санкт-Петербурге, в Новосибирске и других городах с большим научным потенциалом.

На данный момент резидентами КоЛаборатора являются три стартапа. В рамках КоЛаборатора Bayer предоставляет международную экспертизу в области исследований и разработок, а также делится технологиями развития инновационных решений.

Среди участников КоЛаборатора проект в области терапии хронической тромбоэмболической легочной гипертензии. Это разработка научного коллектива Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова – партнера проекта КоЛаборатор. 

Второй проект – ученых Новосибирского института молекулярной и клеточной биологии. Они разрабатывают метод клеточной терапии в онкологии, который позволит в перспективе эффективно бороться с такими распространенными заболеваниями как рак простаты, рак молочной железы и рак легких.

Третий проект также касается сердечно-сосудистой системы. Это разработка компании Target Medicals, резидента «Сколково», воздействующая на гормональную систему регуляции кровяного давления (РААС-систему).

Ведущие эксперты Bayer консультируют участников КоЛаборатора на всех этапах деятельности, включая исследования, разработки, позиционирование будущего продукта на рынке. По каждому проекту мы выстраиваем отдельную стратегию поддержки, развития бизнеса. В этом году мы согласовали выделение небольших грантов нашим резидентам. Но основная цель для участвующих проектов – долгосрочная поддержка проектов с помощью экспертизы компании. Проекты должны получать ее на всех этапах развития, начиная с экспертизы в области медицинской химии, и заканчивая стратегией выхода препарата на рынок, стратегией патентования, возможного конкурентного анализа, рыночного позиционирования.

Задача – сформировать эффективную цепочку создания лекарств и коммерциализации разработок в России – непростая. Но перспективы и возможности для этого есть. Судя по вниманию глобального фармбизнеса к R&D в России, а также задачам, обозначенным Президентом России, в рамках стратегии развития научно-исследовательского потенциала нашей страны,  такое утверждение представляется абсолютно реалистичным.

Загрязнение почв – это загрязнение нашего будущего

02/05/2018

Почва – это невозобновляемый ресурс, т.е. в случае утраты или деградации ее невозможно восстановить в срок, сопоставимый с продолжительностью человеческой жизни. Состояние почв оказывает влияние на пищу, которую мы едим, воду, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, на наше здоровье и на здоровье всего живого на Земле. Без здоровых почв мы не сможем выращивать продовольствие. Ведь, по оценкам, 95 процентов того, что мы едим, прямо или косвенно производится на почвах.

Здоровые почвы – это ключевой фактор продовольственной безопасности и залог нашего устойчивого будущего. Они помогают поддерживать производство продовольствия, способствуют смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним, они участвуют в процессе фильтрации воды, повышают устойчивость к наводнениям и засухам и еще многое, многое другое. Но существует невидимая угроза, которая ставит под удар и почвы, и все то, что они могут дать.

Загрязнение почвы вызывает цепную реакцию. Оно сказывается на почвенном биоразнообразии, снижает запасы органического вещества почвы и ее фильтрующую способность.  Из-за загрязнения почвы происходит загрязнение почвенной влаги и грунтовых вод, нарушается баланс питательных веществ в почве. К числу наиболее распространенных загрязнителей почвы относятся тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители и новые загрязнители, такие как фармацевтические препараты и средства личной гигиены. 

Загрязнение почвы разрушительно для окружающей среды и влечет негативные последствия для всех форм жизни, которые с ним сталкиваются. Неустойчивые методы ведения сельского хозяйства, сокращающие запасы органического вещества почвы, могут способствовать переносу загрязнителей в пищевую цепь. Так, например, из загрязненной почвы загрязнители могут попасть в грунтовые воды; затем они накапливаются в тканях растений и передаются пастбищным животным, птицам и, наконец, людям, которые эти растения и животных едят. Загрязняющие вещества в почве, грунтовых водах и пищевой цепи могут вызывать целый ряд болезней и повышенную смертность у людей; это могут быть как острые последствия краткосрочного характера – например, различные виды интоксикаций или диарея, – так и хронические заболевания, в том числе онкологические.

Помимо воздействия на окружающую среду загрязнение почв сопряжено с высокими экономическими издержками, обусловленными снижением урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Предотвращение загрязнения почв должно быть одной из приоритетных задач во всем мире.  Подавляющее большинство загрязняющих веществ является результатом деятельности человека, поэтому мы несем прямую ответственность за то, чтобы изменить ситуацию, обеспечив сокращение масштабов загрязнения и безопасное будущее нашей планеты.

Необходимо признать ценность почв, их производственный потенциал и вклад в продовольственную безопасность и поддержание ключевых экосистемных услуг. Вот лишь несколько причин, по которым проблему загрязнения почв нельзя недооценивать:

1. Загрязнение почв оказывает влияние на все вокруг. Пища, которую мы едим, вода, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, – наше здоровье и здоровье всего живого на планете зависит от здоровья почв. Содержание питательных веществ в тканях растений напрямую связано с их содержанием в почве и ее способностью обмениваться питательными веществами и водой с корнями растений.

2. Загрязнение почвы невидимо. Сегодня треть почв планеты умеренно или сильно деградированы вследствие эрозии, потери почвенного органического углерода, засоления, уплотнения, закисления и химического загрязнения.  На формирование одного сантиметра верхнего слоя почвы уходит около тысячи лет; это значит, что за свою жизнь увеличить почвенный слой нам не удастся. Есть только то, что мы видим сейчас. Несмотря на все это, масштабы загрязнения почв продолжают расти. Нынешние темпы деградации почв ставят под угрозу возможность будущих поколений удовлетворить свои самые насущные потребности.

3. Загрязнение почв сказывается на их фильтрующей способности. Для загрязняющих веществ почвы действуют как фильтр и буфер. Но возможности почв, позволяющие им справляться с давлением загрязнителей, не безграничны. Если защитный потенциал почв будет исчерпан, загрязняющие вещества начнут проникать (и уже проникают) в окружающую среду, в частности, в пищевую цепь.

Что происходит с нами, когда мы влюбляемся?

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Любовь проходит несколько стадий, но не обязательно в одном и том же порядке

Ученые установили, какие химические процессы происходят в нас, когда мы влюблены. Стадии всегда одни и те же — но их последовательность может быть какой угодно.

В отношении любви образно применяют слово «химия», но на самом деле любовь — это действительно ряд химических реакций. Ученые считают, что влюбленность запускает в наших организмах ряд процессов, которые в конечном итоге нацелены на сохранение человеческого рода.

Симптомы любви похожи на болезненное состояние: потеющие ладони, потеря аппетита, эйфория, румянец на лице и учащенное сердцебиение.

Любовь проходит через несколько стадий — каждая из них зависит от определенных химических элементов, запускающих в организме соответствующие реакции.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Первая стадия — стадия желания — определяется действием сексуальных гормонов и выражается в поиске партнера

Но порядок, в котором стадии следуют одна за другой, может быть произвольный, подчеркивает исследователь университета Рутгерса в Нью-Джерси Хелен Фишер.

«Вы можете испытывать сильную привязанность к кому-то на работе или в своем круге общения, и лишь спустя многие месяцы или годы что-то происходит, ситуация меняется и неожиданно вы обнаруживаете, что влюбились в этого человека», — объясняет Хелен Фишер.

«То есть сначала идет привязанность, потом приходит романтическая влюбленность, и лишь затем эмоции, связанные с сексуальным влечением. Или мы можете встретить кого-то, кто покажется вам сексуально привлекательным, вы в него влюбляетесь и лишь затем приходите к ощущению глубокой привязанности. Или вы можете внезапно влюбиться, буквально потерять голову из-за кого-то, с кем давным-давно у вас был секс, в тот момент не вызвавший сильных чувств», — продолжает Фишер.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Симптомы любви похожи на болезненное состояние: потеющие ладони, потеря аппетита, эйфория, румянец на лице и учащенное сердцебиение.

На каждой из этих стадий в игру вступают разные химические вещества, и ученые теперь знают, какому процессу какие элементы соответствуют.

Желание (или говоря более грубо, но точно — похоть) вызывается в нас половыми гормонами тестостероном и эстрогеном. Тестостерон — это совсем не исключительно «мужской» гормон. В женском организме он играет такую же важную роль в возбуждении сексуального влечения.

Стадия 2: Влечение

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Долгие отношения базируются на инстинкте заботы о детях и обеспечения их будущего

На этой стадии люди влюбляются, теряют голову и не могут думать ни о чем, кроме предмета вожделения, плохо спят и вечно находятся в состоянии блаженных или тревожных размышлений о нем. У них может даже пропасть аппетит.

На стадии влечения в дело вступает группа нейромедиаторов из группы моноаминов:

  • Допамин — то самое вещество, ради которого некоторые вводят в свои организмы кокаин и никотин
  • Норадреналин — ближайший родственник адреналина. Заставляет нас потеть, а сердце — учащенно биться.
  • Серотонин — главный «двигатель» любви, его недостаток приводит к депрессии, а переизбыток — к натуральному сумасшествию.

Стадия 3: Привязанность

Это чувства, которые возникают в нас, если отношениям суждено продлиться долгое время. Если бы стадия влечения продолжалась бесконечно, вряд ли из них получалось бы что-то путное, кроме кучи детей.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Окситоцин отвечает за прочную эмоциональную связь между матерью и ребенком

Привязанность — это долговременные добровольные обязательства, это связь между людьми, решающими создать союз и обзавестись потомством.

На этой стадии нервная система выпускает в организм два гормона, которые, как считают ученые, отвечают за социальную связь между людьми:

  • Вазопрессин — важный для установления долговременных обязательств химический элемент. Опыты на мышах позволяют сделать вывод, что как только количество вазопрессина уменьшается в организмах самцов, их способность создавать пару с самкой тут же уменьшается. Они перестают заботиться о самке и становятся равнодушны к вниманию к ней со стороны других самцов.
  • Окситоцин — выделяется гипоталамусом во время рождения ребенка, а также помогает молочным железам выделять молоко. В социальном отношении помогает укрепить связь между матерью и ребенком. Кроме того, этот гормон выделяется и у мужчин, и у женщин во время оргазма и — как полагают ученые — сближает партнеров эмоционально. Согласно теории, чем больше у вас с партнером секса — тем прочнее ваши отношения!

Органы растений — Российский учебник


У одноклеточных водорослей тело представлено одной клеткой, которая выполняет все необходимые для жизнедеятельности функции. У многоклеточных водорослей структурно однородные клетки объединяются в таллом. На первый взгляд таллом может быть похож на тело растений, однако клетки таллома однотипны и не имеют ни специализированных элементов. Поэтому такие растения относят к низшим.


В ходе эволюции с выходом растений на сушу клетки начали дифференцироваться по выполняемой функции, сформировались ткани и органы, а такие растения получили название высших.


Названия органов растения представлены на иллюстрации.


Органы растения делятся на:


  • вегетативные: к ним относят корень и побег. Побег в свою очередь состоит из стебля, листьев и почек;


  • генеративные или органы размножения — цветок, плод и семя (спорангий у споровых и шишка у голосеменных).


Орган — это часть растения выполняющая одну или несколько функций.


Благодаря вегетативным органам растение растет, питается, происходит газообмен со средой, т.е. процессы фотосинтеза и дыхания (вставка на статью), из тонкого прутика вырастает мощное дерево — т.е. вегетативные органы обеспечивают жизнедеятельность растений.


Биология. 6 класс. Рабочая тетрадь № 2


Рабочая тетрадь разработана к учебнику «Биология. 6 класс» (авт. И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, В.С. Кучменко), входящему в систему «Алгоритм успеха». Содержит проблемные и тестовые задания, позволяющие учителю организовывать дифференцированную практическую работу шестиклассников, формировать основные биологические понятия, эффективно осуществлять контроль знаний, привлекая учащихся к самооценке учебной деятельности.

Купить


Генеративные органы нужны, чтобы растение смогло оставить потомство и обеспечивались селекция и эволюция.


К генеративным органам относятся цветок, семя и плод.


Весной и летом цветы всевозможных форм и размеров, одиночные и собранные в соцветия радуют глаз. Однако основная функция цветка — половое размножение растений.


Именно из этого модифицированного побега после опыления и оплодотворения завязи пестика формируется плод, который состоит из семян и околоплодника. В живой природе плоды весьма разнообразны: некоторые из них съедобны, и очень вкусны, как томат или яблоко. А другие наоборот ядовиты, как белладонна или волчьи ягоды.


Семя — это зачаток полноценного растения, необходимый ему для размножения, переживания неблагоприятных условий внешней среды и расселения на новые территории. В структуре семени выделяют кожуру, зародыш, запас питательных веществ. Зародыш содержит зачатки вегетативных органов — корня, стеблей, листьев, из которых в подходящих условиях вырастает новое растение.


Однако, внимательные ученики, кто наблюдал, как бабушка в деревне прикапывает усы клубники на грядке, или сами сажали картофель весной, могут возразить, что растение может размножаться и вегетативными органами тоже. И будут совершенно правы.


Некоторые растения можно размножать вегетативно — черенками, усами, клубнями. Но селекцию и эволюцию обеспечивают лишь генеративные органы.


Строение цветка, семени, различных плодов и сложные процессы опыления и оплодотворения подробно разбираются в главе № 2 учебника «Биология. 6 класс» под редакцией И.Н. Пономаревой, а мы переходим к вегетативным органам растений.


В строении вегетативных органов выделяют общие признаки:


  • полярность — основание и вершина растения находятся на противоположных концах растения, т.е. на разных полюсах. Это явление довольно легко наблюдать у растений, которые размножаются черенками. Например, у ивы.


Если черенок поместить во влажную среду, то через некоторое время на нижнем полюсе у основания образуются корни, на верхнем листья. И любой отрезок черенка будет вести себя подобным образом;


  • геотропизм — т.е. рост в определенном направлении относительно центра земного шара, благодаря тому, что растения ощущают земное притяжение.


Это явление также легко продемонстрировать на опыте, с которым можно поучаствовать в конкурсе. Если растущее растение положить горизонтально, через некоторое время его корни вновь будут расти вниз, а стебель займет вертикальное положение.


Корень обладает положительным геотропизмом, поскольку его рост направлен к центру земли, надземные части растения обладают отрицательным геотропизмом.



Благодаря геотропизму ландшафтные дизайнеры могут создавать фантазийные композиции, придавая деревьям причудливые формы. Но самый загадочный дизайнер — природа. И в Польше можно наблюдать целый кривой лес.


Выполняемая функция органов растений различна.


Корень — у большинства растений это подземный орган. Основная функция закрепление в почве или другом субстрате и обеспечение растения полезными минеральными веществами и водой, а также запасание питательных веществ. У некоторых растений корень модифицировался в клубень, как например у георгина или топинамбура.


Все корни растения называют корневой системой. Корневая система делится на:


  • стержневую,


  • мочковатую,


  • смешанную.


Что ещё почитать?


Если растение проращивали из семени, первым формируется главный корень, на котором активно растут боковые корешки и формируют корневую мочку растения. У некоторых луковичных растений главный корень практически не развивается, вместо этого активно формируются множественные придаточные корни. Такая же корневая система формируется при размножении растения черенком.


У некоторых растений, например у довольно популярных фаленопсисов — орхидей, развиваются воздушные корни, которые растение использует не только для поглощения питательных веществ, но и как опорные.


Существуют водяные корни и корни-присоски у растений паразитов.


Стебель — надземный орган растения, с неограниченным верхушечным ростом. Благодаря проходящим в стебле сосудистым пучкам обеспечивается питание всего растения.


Стебель служит опорой для листьев и обеспечивает их оптимальное размещение относительно источников света.


Биология. 6 класс. Дидактические карточки


Дидактические карточки соответствуют программе базового курса биологии и содержанию учебника «Биология» для учащихся 6 класса общеобразовательных учреждений (авторы И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, В.С. Кучменко). Карточки могут быть использованы учителем на разных этапах обучения: при объяснении нового материала и его закреплении, для проверки знаний, а также для индивидуальной и коррекционной работы с учетом интересов, возможностей и уровня развития конкретных учеников. Карточками могут пользоваться и ученики для самоконтроля учебной деятельности.

Купить


Побег — стебель, на котором есть листья и почки. Если в течение сезона почка не раскрывается, ее называют спящей. При повреждении основного стебля они трогаются в рост и дают начало новым побегам.


У некоторых растений побеги могут видоизменяться. Не смотря на один корень слова, корневище — это модификация стебля, а не корня растения.Также видоизменениями стебля являются колючки у барбариса и усики у винограда.


Лист — боковой вегетативный орган растения ограниченного роста. У листа выделяют листовую пластину, прилистники, черешок.


У однолетних растений лист погибает вместе с растением. У многолетних растений, таких как деревья и кустарники, лист является возобновляемым органом. Осенью происходит листопад, выполняя очистительную функцию, а с началом весны почки пробуждаются и появляются новые листья. У однодольных растений лист нарастает основанием, у двудольных всей поверхностью. Модификации листа — колючки кактуса, усики гороха.


Главное назначение листа — обеспечение процессов фотосинтеза, испарения воды, газообмена и дыхания растений.


Уверены, после внимательного прочтения статьи и изучения дополнительных материалов в учебнике «Биология 6 класс» под редакцией И.Н.Пономаревой на портале LECTA, любой ученик с легкостью сможет назвать органы растения.


#ADVERTISING_INSERT#

элементов в биологическом веществе | Биология для неосновных I

Результаты обучения

  • Определение элементов, общих в биологическом веществе

На самом фундаментальном уровне жизнь состоит из материи. Материя — это любое вещество, которое занимает пространство и имеет массу. Элементы — это уникальные формы материи с особыми химическими и физическими свойствами, которые не могут быть разбиты на более мелкие вещества с помощью обычных химических реакций.Всего 118 элементов, но только 92 встречаются в природе. Остальные элементы синтезированы в лабораториях и нестабильны.

Каждый элемент обозначается своим химическим символом, который представляет собой одну заглавную букву или, когда первая буква уже «занята» другим элементом, комбинация двух букв. Некоторые элементы следуют английскому термину для элемента, например, C для углерода и Ca для кальция. Химические символы других элементов происходят от их латинских названий; например, символ натрия — Na, имея в виду natrium , латинское слово, обозначающее натрий.

Четыре элемента, общие для всех живых организмов, — это кислород (O), углерод (C), водород (H) и азот (N). В неживом мире элементы встречаются в разных пропорциях, а некоторые элементы, общие для живых организмов, относительно редки на Земле в целом, как показано в таблице 1. Например, атмосфера богата азотом и кислородом, но содержит мало углерода и водорода, в то время как земная кора, хотя и содержит кислород и небольшое количество водорода, имеет мало азота и углерода.Несмотря на различия в количестве, все элементы и химические реакции между ними подчиняются одним и тем же химическим и физическим законам, независимо от того, являются ли они частью живого или неживого мира.

Таблица 1. Приблизительное процентное содержание элементов в живых организмах (людях) по сравнению с неживым миром
Элемент Жизнь (люди) Атмосфера Земная кора
Кислород (O) 65% 21% 46%
Углерод (C) 18% след след
Водород (H) 10% след 0.1%
Азот (N) 3% 78% след

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Базовая клеточная биология

Базовая клеточная биология

Основы клеточной биологии

Короткий видеофрагмент ниже (3:36) взят с канала Discovery. Это очень простое введение в клетки, но оно может быть интересным для студентов с небольшим опытом работы в естественных науках.

Источник: http://youtu.be/u54bRpbSOgs


После успешного заполнения этого раздела студент сможет:

  • Перечислите и выделите основные органические молекулы (сахара и крахмалы; аминокислоты и белки, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты; жирные кислоты, фосфолипиды, тригилцериды и холестерин) и объясните, как полимеры создают все более сложные молекулы.
  • Различают ковалентные и ионные химические связи.
  • Объясните, что подразумевается под «полярным» соединением.
  • Объясните, как амфипатическая природа молекул делает возможным самосборку макромолекулярных структур, таких как клеточная мембрана.
  • Опишите состав клеточной мембраны.
  • Перечислите функции белковых молекул в клетках. Определите, что подразумевается под «сайтами связывания белков».
  • Опишите три механизма, с помощью которых белки обеспечивают транспортировку веществ через клеточные мембраны.
  • Перечислить и выделить иерархию организации внутри организмов (атомы -> молекулы -> органеллы -> клетки -> ткани -> органы -> системы органов)


Все материи, живые они или нет, состоят из химических элементов; это основные химические вещества в том смысле, что они такие, каковы они есть — они не могут быть превращены в другой элемент.Каждый элемент отличается количеством протонов, нейтронов и электронов, которыми он обладает. Например, атомный номер углерода равен 6, а атомная масса около 12, потому что он имеет 6 положительно заряженных протонов и 6 незаряженных нейтронов. 6 заряженных электронов вносят очень небольшой вклад в атомную массу. На Земле 92 встречающихся в природе элемента. Массив элементов и их субатомная структура резюмированы периодической таблицей элементов, показанной справа.

В живых организмах наиболее распространенными элементами являются углерод, водород и кислород .Эти три элемента вместе с азотом, фосфором и некоторыми другими элементами составляют подавляющее большинство живого вещества. Атом — это одна единица химического элемента. Некоторые из этих элементов, которых много в органических молекулах, показаны ниже.


Атомы могут соединяться с другими атомами, образуя химические связи.

Ковалентные облигации

Ковалентная связь — это связь, в которой одна или несколько пар электронов разделяются двумя атомами.На рисунке справа показаны два атома кислорода, которые ковалентно связаны за счет разделения двух пар электронов, как показано в заштрихованной области.

На рисунке ниже показан ряд молекул, образованных ковалентным связыванием. Наведите курсор на каждую молекулу, чтобы увидеть краткое описание.

,

Вода — полярная молекула

Отметим также, что распределение электронов не всегда одинаково. Например, в молекуле воды отрицательно заряженные электроны проводят больше времени вблизи более тяжелого атома кислорода.

В результате молекула воды имеет один конец, более отрицательный по сравнению с другим концом. Следовательно, вода — это «полярная» молекула. Мы увидим, что эта полярность имеет важное значение для многих биологических явлений, включая структуру клетки. Возможно, вы слышали выражение « подобное растворяется подобно ». Это означает, что полярные молекулы хорошо растворяются в полярных жидкостях, таких как вода. Сахара (например, глюкоза) и соли являются полярными молекулами, и они растворяются в воде, потому что положительная и отрицательная части двух типов молекул могут удобно распределяться между собой.

Ионные связи

У натрия есть единственный электрон во внешней орбитальной оболочке, и он термодинамически более стабилен, если он откажется от этого электрона. Эта потеря отрицательного электрона приводит к образованию положительно заряженного иона натрия, сокращенно Na + . Хлор, с другой стороны, имеет семь электронов во внешней орбитальной оболочке, и он более термодинамически стабилен, если он приобретает дополнительный электрон для завершения внешней орбитальной оболочки.В результате образуется отрицательно заряженный хлорид-ион, сокращенно Na +. Положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлорида притягиваются друг к другу и приводят к образованию ионной связи. В отсутствие воды натрий и хлорид образуют кристаллическую решетку из-за притяжения отрицательных и положительных ионов.

Однако, если кристаллы хлорида натрия поместить в воду, полярные молекулы воды будут «гидратировать» атомы натрия и хлорида, потому что молекулы воды полярны.На рисунке ниже темно-синие V-образные фигуры представляют собой полярные молекулы воды. Положительные концы молекул воды притягиваются к отрицательно заряженным ионам хлорида, в то время как отрицательный полюс молекулы воды притягивается к положительным ионам натрия. В результате ионы гидратируются, и кристаллическая решетка растворяется в водном растворе. Именно это происходит, когда вы добавляете кристаллическую поваренную соль в стакан воды.

Видео ниже дает анимированное объяснение того, как соли, такие как NaCl, растворяются в воде.

Более сложные биологические молекулы


молекулы сахара

Вещество жизни удивительно разнообразно и сложно, но все это основано на комбинациях простых биологических молекул. Биологические молекулы часто состоят из цепочек и колец углерода. Эти молекулярные структуры могут быть представлены «рисунками палками», на которых показаны составляющие атомы (например, C, H, N, O для углерода, водорода, азота и кислорода соответственно), а связи между ними показаны штрихами.Одиночный тире (-) представляет одинарную связь, а двойной тире (=) представляет двойную связь.

Обратите внимание, что некоторые общие «группы» изображены без показа связей между ними. Например, гидроксильная группа (-OH) состоит из атома водорода, связанного с атомом кислорода:

Гидоксильная группа обычно связана с атомом углерода следующим образом:

И эта структура может быть обнаружена, например, как часть молекулы глюкозы, изображенной ниже.

Эта молекула сахарной глюкозы состоит из 6 атомов углерода, связанных вместе в цепь с дополнительными атомами кислорода и водорода. Обратите внимание, что предыдущая структура (углерод, с которым связаны два атома водорода и одна гидроксильная группа) находится внизу этой глюкозной цепи, где она записана с использованием обозначения CH 2 OH.

Эта цепь глюкозы образует кольцо в водных растворах, например, в жидкостях организма, как показано ниже.

Фруктоза — это еще один сахар, который также имеет 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.Однако расположение атомов другое, и это делает его намного более сладким, чем глюкоза, а также влияет на его способность соединяться с другими молекулами.

Другой важной темой является то, что отдельные единицы биологических молекул (мономеров) могут соединяться, образуя все более сложные молекулы (полимеры). Например, два моносахаридных сахара также могут химически связываться вместе с образованием дисахарида. Сахароза — это дисахарид обычного сахара, который мы покупаем в продуктовом магазине.Ниже представлена ​​структура сахарозы.

Полисахариды: крахмал, гликоген и целлюлоза

Глюкоза и фруктоза являются примерами моносахаридов, что означает, что они состоят из одной сахарной единицы, в то время как сахароза является примером дисахарида. Однако сахарные звенья могут быть связаны или связаны вместе с образованием полисахаридов, которые состоят из множества сахаров, связанных вместе, чтобы образовать обширные цепи сахаров. Растения хранят энергию в виде крахмала, который состоит из очень длинных цепочек глюкозы, связанных вместе.

Источник: http://www.science-projects.com/Amylase.htm

Животные хранят энергию в виде гликогена, который состоит из более разветвленных цепей глюкозы. В совокупности сахар, крахмал и гликоген известны как углеводы и являются важным источником клеточной энергии.

Источник: https://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/glycogen.htm

Целлюлоза — еще один полисахарид, образованный из глюкозы.Целлюлоза состоит из неразветвленных параллельных цепей глюкозы. Ключевой особенностью является то, что цепи соединяются друг с другом, образуя прочные волокна, которые служат структурным целям. У людей нет ферментов, необходимых для разрыва связей в целлюлозе, и любая целлюлоза, которую мы глотаем, проходит через нашу пищеварительную систему. Это основной компонент того, что мы называем диетической «клетчаткой».

Источник: http://www.intechopen.com/books/cellulose-fundamental-aspects/cellulose-microfibril-angle-in-wood-and-its-dynamic-mechanical-significance


Липиды — это семейство соединений, разнообразие которых также стало возможным благодаря построению сложных молекул из множества единиц более простых молекул, и мы снова видим характерные кольца и цепи.

Полярные и неполярные молекулы

Вы, вероятно, слышали выражение «масло и вода не смешиваются», и вы наблюдали, как заправка для салатов, состоящая из уксуса (который является водным, т.е. в основном вода) и масла, отделяется, когда его оставляют стоять. Эта несовместимость связана с тем, что молекулы воды полярны, а масло неполярно. Вода — полярная молекула, потому что отрицательно заряженные электроны, вращающиеся вокруг ядер атомов, распределены неравномерно.Атом кислорода имеет гораздо большую массу, чем два атома водорода, и поэтому электроны проводят больше времени рядом с атомом кислорода. В результате конец молекулы воды, где расположен кислород, имеет относительно отрицательный заряд, тогда как конец с атомами водорода относительно положительно заряжен. Положительные концы молекулы воды притягиваются к отрицательным концам соседних молекул воды, как показано на рисунке ниже, и это позволяет молекулам воды объединяться. Вы также могли видеть капли воды на лобовом стекле автомобиля в результате этого явления.

Источник: http://www.personal.psu.edu/staff/m/b/mbt102/bisci4online/chemistry/chemistry3.htm

Липиды, т. Е. Жирные молекулы, с другой стороны, неполярны, что означает, что распределение заряда равномерно, и молекулы не имеют положительных и отрицательно заряженных концов. Неполярные молекулы плохо растворяются в полярных такие растворы, как вода; на самом деле полярные и неполярные молекулы имеют тенденцию отталкиваться друг от друга так же, как масло и вода не смешиваются и отделяются друг от друга, даже если их сильно встряхнуть в попытке смешать их.Это различие между полярными и неполярными молекулами имеет важные последствия для живых существ, которые состоят как из полярных, так и из неполярных молекул. Следующие разделы продемонстрируют важность этого.

Жирные кислоты

Жирные кислоты представляют собой цепочечные молекулы, которые являются важными компонентами нескольких типов липидов. На рисунках ниже показаны две разные молекулы жирных кислот. Каждый из них имеет характерную карбоксильную группу (-COOH), присоединенную к углеродной цепи с атомами водорода, присоединенными к углеродной цепи.Следует отметить две вещи. Во-первых, углеводородная цепь очень неполярна и поэтому плохо растворяется в воде. Однако углеводородные цепи легко связываются друг с другом. Во-вторых, обратите внимание, что из ненасыщенной жирной кислоты удалены два атома водорода, и это позволяет образовывать двойную связь, то есть более прочную связь между двумя атомами углерода. Также обратите внимание, что двойная связь имеет тенденцию вызывать изгиб или перегиб жирной кислоты. На рисунке справа показаны две другие распространенные жирные кислоты: стеариновая кислота, которая представляет собой прямую 18-углеродную цепь без двойных связей, и олеиновая кислота, которая представляет собой 18-углеродную цепь с одинарной двойной связью, которая вызывает изгиб углерода. цепь.

Триглицериды

Молекула жира — это тип липида, который состоит из трех молекул жирных кислот, связанных с трехуглеродным глицериновым остовом, как показано справа. Три жирные кислоты могут отличаться друг от друга. Поскольку углеводородные цепи очень неполярны, жиры не растворяются в воде; вместо этого молекулы жира имеют тенденцию сливаться друг с другом. Поскольку молекула жира состоит из 3 жирных кислот, связанных с молекулой глицерина, их также называют тригилцеридами.

Фосфолипиды

Фосфолипиды составляют еще один важный класс липидов. Они похожи на тригилцериды тем, что имеют глицериновую основу, но есть только две жирные кислоты, связанные с глицерином. Третий углерод глицеринового остова присоединен к фосфатной группе (атом фосфора, связанный с четырьмя атомами кислорода), а фосфатная группа присоединена к основной молекуле холина, серина или этаноламина.Часть фосфолипида с фосфатом и основанием на самом деле очень полярна и имеет тенденцию отворачиваться от двух жирных кислот. Это придает молекулам фосфолипидов форму шпильки. Головка шпильки очень полярна и поэтому любит ассоциироваться с водой (она гидрофильна), в то время как две цепи жирных кислот («хвосты») очень неполярны и, как правило, избегают воды (гидрофобны) и связываются с другими углеводородные цепи.

Фосфолипиды можно описать как амфипатические («амфи» означает «оба»), потому что они имеют двойную природу (частично полярную и частично неполярную).Эта характеристика вызывает самоассоциацию фосфолипидов в большие макромолекулярные комплексы в водной (водной) среде.

Холестерин

Холестерин также является важным компонентом мембран животных (мембраны растений имеют похожий, но отличный от других «стерин» в мембранах). Это липид, потому что он почти полностью состоит из углерода и водорода, но он отличается от жирных кислот, жиров и фосфолипидов тем, что расположен в виде ряда колец.Кольца состоят из 5 или 6 атомов углерода, связанных вместе. Атомы углерода на вершинах гексагонального и пентагонального колец имеют присоединенные к ним атомы водорода. Кольцеобразные структуры довольно жесткие, но есть еще углеводородный хвост, который несколько гибкий. Вся конструкция чем-то напоминает навороченный коршун с хвостом.

Холестерин очень неполярен, за исключением гидроксильной группы, присоединенной к первому кольцу. Следовательно, в мембране животной клетки полярная гидроксильная группа прилипает к водной среде (внеклеточной или внутриклеточной воде), а остальная часть молекулы холестерина, которая неполярна, находится среди неполярных жирнокислотных хвостов фосфолипиды.На изображении ниже изображен участок клеточной мембраны с водой снаружи и внутри. Полярные головные группы фосфолипидов представлены красным, а их неполярные жирнокислотные хвосты показаны зигзагообразными линиями, отходящими от полярной головной группы. Как мы видим более подробно, клеточные мембраны состоят из бислоя фосфолипидов с другими молекулами, вставленными в бислой. На этой иллюстрации показаны пять молекул холестерина (черные структуры с четырьмя соединенными кольцами), вставленные в липидный бислой.Большая часть молекулы холестерина неполярна и, следовательно, связана с неполярными жирнокислотными хвостами фосфолипидов. Однако гидроксильная группа (-ОН) холестерина несет отрицательный заряд и поэтому ассоциируется с полярным окружением воды либо внутри клетки, либо снаружи.


Клеточная мембрана — жидкая мозаика молекул

Если бы вы добавили в воду небольшое количество молекул фосфолипидов, они всплыли бы на поверхность и выровнялись бы так, чтобы полярные головные группы находились в воде, а хвосты неполярных жирных кислот торчали бы из поверхности воды. и образуют маслянистую пленку.Если вы продолжите добавлять фосфолипиды, пленка в конечном итоге покроет всю поверхность.

Как только поверхность воды станет полностью насыщенной фосфолипидом, добавление еще большего количества фосфолипида приведет к образованию двойного слоя внутри воды (как показано слева), так как это будет наиболее термодинамически стабильная структура, позволяющая использовать все полярные головки фосфолипидов должны контактировать с водой, в то же время позволяя всем хвостам неполярных жирных кислот укрываться между собой в масляном слое, удаленном от воды.

При добавлении еще большего количества фосфолипидов к этому водному раствору фосфолипиды будут спонтанно образовывать сферические бислои фосфолипидов, которые содержат воду внутри и снаружи, как показано на рисунке ниже.

Эта двухслойная структура фактически является базовой структурой клеточных мембран и многих внутренних структур (органелл) внутри клеток. Представьте клетку как трехмерный мешок, состоящий из бислоя молекул фосфолипидов.Вода находится внутри клетки и снаружи клетки, и полярные головки фосфолипидов выступают в воду (показаны синим цветом). Конечно, структура клеток намного сложнее. Клеточные мембраны содержат много белков и гликопротеинов, которые выполняют множество функций, например как сигнальные рецепторы и транспортные каналы для перемещения молекул внутрь и из клетки. Видео ниже дает представление о структуре и функции плазматической мембраны или клеточной мембраны и изображает ее как «жидкую мозаику».«

Источник: http://www.youtube.com/watch?v=owEgqrq51zY

Flash-анимация ниже дает более подробную информацию о функциях некоторых белков мембраны. Щелкните название каждого типа белка, чтобы просмотреть более подробную информацию. [Эта флэш-анимация взята из книги «Биология — единство и разнообразие жизни», 9-е издание, Сеси Старр и Ральф Таггарт, Brooks / Cole — Thomson Learning, 2001.]


Есть два типа нуклеиновых кислот, которые важны для живых существ.

  • ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)
  • РНК (рибонуклеиновая кислота)

Эти молекулы также представляют собой полимеры из более мелких звеньев, называемых нуклеотидами; каждый нуклеотид состоит из сахара (рибозы или дезоксирибозы), фосфатной группы и одного из нескольких «оснований», которые представляют собой пурины или пиримидины. Чередующиеся молекулы сахара и фосфатные группы связаны вместе, образуя основу нуклеиновой кислоты, а пуриновое или пиримидиновое основание связано с каждым из сахаров, как показано ниже.

Есть несколько различий между ДНК и РНК.

  • ДНК содержит сахарную дезоксирибозу, а РНК содержит сахарную рибозу.
  • ДНК

  • состоит из двух нуклеотидных цепей, которые связаны друг с другом слабыми водородными связями между комплементарными парами оснований. Двойные нити сворачиваются в двойную спираль.
  • Основания, обнаруженные в ДНК, ограничены аденином, цитозином, гуанином и тимином; РНК содержит аденин, цитозин и гуанин, но вместо тимина имеет другое основание, называемое урацилом.

Клетки живых организмов имеют хромосомы, которые содержат унаследованный код для синтеза всех белков, производимых организмом. По сути, каждая хромосома представляет собой гигантскую молекулу двухцепочечной ДНК, плотно скрученную в двойную спираль. Одна хромосома содержит тысячи генов, сегментов ДНК, которые кодируют определенные белки. В строго регулируемом процессе клеточные ферменты могут раскручивать определенный сегмент (ген), а другие ферменты перемещаются по гену, используя одну цепь ДНК в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи матричной РНК.Эта недавно синтезированная информационная РНК затем покинет ядро ​​клетки и переместится в цитоплазму клетки, где РНК, в свою очередь, будет использоваться в качестве матрицы для синтеза определенного белка.

Этот процесс станет понятнее, когда мы рассмотрим его более подробно в другом онлайн-модуле. На данный момент видео ниже предоставляет обзор этого процесса, который будет полезен.

Обзор транскрипции и перевода

Эта короткая анимация с канала Discovery дает хороший обзор транскрипции и перевода.Транскрипция — это процесс, с помощью которого ген, сегмент ДНК, кодирующий определенный белок, служит шаблоном для синтеза информационной РНК (мРНК) для этого конкретного белка. Транскрипция происходит внутри ядра клетки, где расположена хромосомная ДНК. Затем мРНК покидает ядро ​​через специальные поры в мембране ядра. Как только мРНК выходит из ядра, она присоединяется к двухчастной структуре, называемой рибосомой, которая состоит из рибосомальной РНК (рРНК). Ферменты также присоединяются к рибосомному комплексу и помогают в процессе трансляции, в котором кодированная последовательность оснований на мРНК транслируется и направляет синтез цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

Источник: http://youtu.be/1fiJupfbSpg


Белки — это еще один класс чрезвычайно разнообразных органических молекул, которые состоят из множества единиц более простых молекул, расположенных в цепочки. Все белки состоят из комбинаций 20 аминокислот, показанных ниже. Как показано ниже, каждая из этих 20 аминокислот имеет центральный углерод (альфа-углерод), связанный с аминогруппой (-NH 2 , т.е. азот, связанный с двумя атомами водорода) на одном конце и карбоксильную группу (-COOH) на одном конце. другой конец.

Источник: http://study.com/academy/lesson/threonine-amino-acid-structure-function.html

Что отличает одну аминокислоту от другой, так это боковая цепь атомов, которая также связана с альфа-углеродом (обозначенная справа «R-группа»).

Источник: http://quotesgram.com/amino-quotes/

Первичная структура белков является результатом соединения различных комбинаций этих 20 аминокислот пептидными связями, которые связывают карбоксильную группу одной аминокислоты с аминогруппой другой аминокислоты.

Источник: https://biochemistry3rst.wordpress.com/tag/proteins/

А теперь представьте, что десятки или даже сотни аминокислот связаны друг с другом в цепочки разной длины, чтобы создать первичную структуру белка. Белки иногда называют полипептидами, потому что они состоят из цепочек аминокислот, связанных вместе пептидными связями.


Цепи аминокислот определяют первичную структуру белка, но взаимодействия (как силы притяжения, так и силы отталкивания) между компонентами цепи преобразуют белок в его нитевидную трехмерную структуру.Эти силы притяжения и отталкивания между аминокислотами в цепи заставляют сегменты цепи принимать одну из нескольких характерных форм, которые обеспечивают вторичную структуру белка. Например, водород в аминогруппе одной аминокислоты может образовывать слабую «водородную связь» с атомом кислорода в карбоксильной группе другой аминокислоты в другом месте цепи. Водородная связь может привести к тому, что части полипептидной цепи образуют зигзагообразные участки, называемые «бета-листами» (которые, например, очень заметны в белковом волокне шелка), а также может вызвать скручивание участков полипептида в пробку. Винтовая структура называется «альфа-спиралью».«Другие участки полипептида могут называться« случайными спиралями », потому что они складываются, но не имеют правильной структурной формы.

Белки также имеют третичный уровень структуры в результате ионных, водородных или ковалентных связей между группами «-R» аминокислот. В результате альфа-спиральные сегменты, бета-гофрированные листы и случайные катушки складываются сами по себе. На складывание и размещение в ячейке также влияет полярность аминокислот.Некоторые аминокислоты имеют полярные боковые цепи, а другие — неполярные. Если некоторые участки цепи содержат в основном неполярные аминокислоты, в то время как другие участки содержат в основном полярные аминокислоты, неполярные участки будут самоассоциироваться внутри молекулы вдали от воды, и полярные участки будут расположены на внешний вид молекулы.

Наконец, четвертичная структура относится к ассоциации двух или более полипептидных цепей или субъединиц в более крупный объект.Например, молекула гемоглобина (показана на (d) слева) состоит из двух альфа-субъединиц и двух бета-субъединиц; каждая из этих четырех полипептидных цепей имеет сайт связывания кислорода. Транспортные белки в клеточных мембранах также часто состоят из нескольких субъединиц.

Трехмерная структура белков неразрывно связана с их функцией. Более того, трехмерная форма белка (его конформация) может изменяться в зависимости от изменений в его локальном окружении, и это также может иметь отношение к его функции.Для иллюстрации рассмотрим функцию фермента, целью которого является отщепление фосфатных групп от молекулы, называемой циклическим АМФ. Фермент изображен на рисунке справа. Рисунки в левой части рисунка показывают сворачивание фермента в его четвертичную конформацию (свернутый белок), а рисунок справа — это крупный план сайта связывания, показывающий молекулу циклического АМФ (розовая заливка), расположенную в плечи места привязки. Химические группы циклического АМФ (субстрата) взаимодействуют с химическими группами фермента посредством ионных и водородных связей.Сайт связывания специфичен для циклического AMP, который входит в сайт связывания белка во многом так же, как ключ входит в конкретный замок. Это взаимодействие затем вызывает изменение конформации фермента, и это изгибает циклический АМФ таким образом, чтобы облегчить расщепление фосфатной группы. Как только это происходит, два образующихся продукта высвобождаются, и фермент возвращается в свою конформацию покоя.

(Иллюстрация адаптирована из http: // accessexcellence.org / RC / VL / GG / ecb / protein_binding_site.php)

Трехмерная форма белков и эта концепция специфического сайта связывания важна не только для взаимодействия ферментов и их субстратов, но также и для рецепторов, которые специфическим образом связывают химические сигналы, например, рецептор протеина, внедренный в клеточная мембрана, которая имеет форму, комплементарную сигнальной молекуле гистаминового рецептора, как показано ниже. Связывание молекул гистамина с соответствующими рецепторами вызывает изменение конформации рецептора проэина, которое запускает серию биохимических реакций внутри клетки, таких как сокращение гладкомышечных клеток в бронхах ребенка, страдающего приступом астмы.

Антитела, которые вырабатываются в ответ на инфекции, имеют сайты связывания, которые позволяют им связываться с дополнительными формами на чужеродных белках. На приведенной ниже иллюстрации показано антитело IgG синим цветом, состоящее из двух коротких полипептидных цепей и двух длинных цепей, которые удерживаются вместе дисульфидными связями (SS). Два идентичных сайта связывания на этом антителе имеют карманы связывания, которые позволяют им связываться в очень высокой степени. особый способ дополнения форм на чужеродных молекулах (показано черным цветом).Связывание с иностранными веществами может нейтрализовать их, а также пометить их, чтобы облегчить их удаление лейкоцитами.

В качестве последнего примера рассмотрим гормон инсулин, который связывается со специфическими карманами на рецепторах инсулина, встроенными в клеточные мембраны жировых и мышечных клеток. И снова связывание вызывает изменение конформации (формы) рецепторного белка, что запускает последовательность биохимических событий, которые приводят к встраиванию переносчиков глюкозы (трансмембранных транспортных белков) в плазматическую мембрану, как показано ниже.

Как вы увидите в следующем разделе, структура белков позволяет им выполнять широкий спектр функций.


Транспорт кислорода

У каждого из нас есть десятки тысяч белков, которые выполняют множество функций, и каждый белок имеет уникальную трехмерную структуру, которая определяет его функцию. Например, гемоглобин — это белок, содержащийся в красных кровяных тельцах, который играет ключевую роль в транспорте кислорода; он имеет 4 субъединицы двух различных типов (2 альфа и 2 бета субъединицы).

из http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/3_14d.jpg

Серповидноклеточная анемия

Критическая взаимосвязь между структурой и функцией белка наглядно иллюстрируется серповидно-клеточной анемией, наследственным заболеванием, наблюдаемым у людей, чьи предки были выходцами из Африки, Ближнего Востока, Средиземноморья или Индии. В США около 4 из 1000 афроамериканцев страдают серповидно-клеточной анемией (около 80 000 человек), и около 10% несут серповидно-клеточную анемию.

Люди с серповидно-клеточной анемией — аномальный тип гемоглобина, называемый гемоглобином S (вместо нормального гемоглобина A). Гемоглобин S отличается от гемоглобина A тем, что аминокислота валин находится в положении номер 6 в бета-цепи вместо глутамата аминокислоты. В отличие от глутамата, боковая цепь валина очень неполярна и создает липкое пятно на внешней стороне каждой из бета-цепей. В другом месте гемоглобина есть дополнительное липкое пятно, но оно замаскировано, пока молекулы гемоглобина связаны с кислородом.Однако, если большое количество молекул гемоглобина деоксигенируется, липкие участки, созданные аномальными валинами, начинают связываться с дополнительным липким участком на других молекулах гемоглобина. При этом образуются длинные агрегаты гемоглобина, которые искажают эритроцит и придают ему характерную серповидную форму. Это вызывает агрегацию эритроцитов и снижает их способность циркулировать по мелким кровеносным сосудам (артериолам и капиллярам), а также делает их хрупкими, сокращая продолжительность их жизни и приводя к анемии.

Острые обострения, называемые «серповидно-клеточными кризами», иногда возникают из-за деоксигенации гемоглобина, например, после тяжелых физических нагрузок или инфекций. Серп может быть очень обширным и приводить к недостаточному притоку крови к органам с сильной болью и такими осложнениями, как инсульт, повреждение почек и проблемы с дыханием.

Белки как ферменты

Некоторые белки действуют как ферменты, то есть белки, катализирующие определенные биохимические реакции.Ферменты облегчают биохимические реакции и значительно ускоряют их, делая их в миллион раз быстрее. Существуют тысячи ферментов, и каждый из них способствует определенной биохимической реакции. Другими словами, данный фермент действует только на определенные молекулы реагента (субстраты) для получения определенного конечного продукта или продуктов. На приведенной ниже диаграмме показано ферментативное расщепление дисахарида лактозы (субстрата) на моносахариды галактозу и глюкозу.

Источник: http: // www.indiana.edu/~ensiweb/lessons/tp.milk3.html

Трехмерная форма фермента будет включать в себя очень специфический сайт связывания, в который субстрат будет вписываться очень точно, почти так же, как ключ подходит к определенному замку.

После связывания субстрата фермент расщепляет субстрат, и продукты высвобождаются. Хотя этот рисунок иллюстрирует расщепление субстрата, многие ферменты синтезируют новые биохимические вещества, связывая два субстрата вместе с образованием нового продукта.В конкретной клетке могут быть тысячи различных ферментов, катализирующих множество различных реакций.

Короткое видео ниже иллюстрирует основы работы фермента.

Источники: http://youtu.be/V4OPO6JQLOE

Биохимические реакции могут потребовать целой серии стадий, каждая из которых катализируется отдельным ферментом. Хорошим примером является серия реакций, посредством которых глюкоза метаболизируется с образованием клеточной энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата).

  • Сначала идет серия реакций, которые превращают глюкозу в две молекулы пирувата, как показано ниже. Эти реакции называются «гликолизом» или анаэробным метаболизмом (поскольку они не требуют кислорода). В результате этих реакций происходит чистое производство небольшого количества АТФ.
  • Затем пируват входит в цикл лимонной кислоты (также известный как цикл Креба или цикл трикарбоновой кислоты). Последующий метаболизм пирувата генерирует даже больше чистого АТФ, чем гликолиз, в результате реакции, проиллюстрированной ниже.Желтым цветом выделены шаги, которые в конечном итоге приводят к генерации АТФ в митохондриях клетки.

Эти реакции показаны на рисунке ниже.

Источник: http://chemwiki.ucdavis.edu/Core/Biological_Chemistry/Metabolism/Kreb’s_Cycle

Лизоцим — защитный фермент

На рисунке справа показан белковый лизоцим (красные, белые, синие и серые аминокислоты), который является важным защитным ферментом, обнаруженным в слезах, слюне и слизи.Функция лизоцима заключается в расщеплении полисахаридов (сахарных полимеров), которые являются компонентами стенок бактериальных клеток. Первоначально лизоцим синтезируется как одна длинная полипептидная цепь, но он сворачивается характерным образом, образуя глобулярный белок с характерным карманом. Бактериальный полисахарид (показан зеленым) связывается с лизоцимом, потому что он точно помещается в карман так же, как ключ вставляется в замок. Как только происходит это специфическое связывание, лизоцим разрушает бактериальный полисахарид, расщепляя его на части.

Антитела — это белки

Антитела — это защитные белки, которые имеют сайты связывания, трехмерная структура которых позволяет им идентифицировать очень специфические чужеродные молекулы и связываться с ними. Связываясь с чужеродными белками, они могут помочь нейтрализовать их и пометить, облегчая их поглощение и удаление защитными клетками. Антитела IgG имеют четвертичную структуру с четырьмя субъединицами, двумя «легкими цепями» и двумя «тяжелыми цепями». Цепи связаны друг с другом дисульфидными мостиками, показанными справа как связи «-S-S-».После рождения каждый В-лимфоцит может вырабатывать антитела только к одной конкретной чужеродной форме. Часть антигена, которая специфически распознается антителом, называется «эпитопом». По сути, эпитоп — это определенная часть антигена, которая имеет отличительную молекулярную форму, которая соответствует сайту связывания белка на антителе.

Посмотрите короткое видео ниже, чтобы увидеть иллюстрацию действия антител. В начале видео показаны красные и белые кровяные тельца, протекающие по кровеносному сосуду.Следующие объекты в форме картофеля представляют вирусы, которые начинают связываться с рецепторами клетки. Зеленые Y-образные объекты представляют собой антитела, которые связываются с вирусом. Наконец, структура, подобная Медузе, представляет собой лейкоцит, который поглощает меченный антителами вирус и уничтожает его.

Структурные белки

Существуют также структурные белки, которые часто бывают длинными и волокнистыми, такие как шелк, кератин в волосах и коллаген в сухожилиях и связках.

Источник: http://www.sdsc.edu/ScienceAlive/reel6/collagen.gif

Сократительные белки

Существуют сократительные белки, такие как актин и миозин, которые обеспечивают движение в мышцах и движение внутри отдельных клеток.

Источник: http://www.bmb.psu.edu/courses/bisci004a/muscle/musc-img/myofibril.jpg

Сигнальные белки

Есть сигнальные белки, такие как гормон инсулин, который состоит из двух полипептидных цепей, связанных между собой дисульфидными (двумя серными) мостиками.

Рецептор инсулина (белок распознавания) встроен в клеточные мембраны мышечных, жировых клеток и некоторых типов других клеток. Его функция состоит в том, чтобы облегчить поглощение глюкозы из кровотока через специальные белки, транспортирующие глюкозу, которые обычно присутствуют внутри клетки в неактивной форме. Например, в мышечных клетках переносчик глюкозы называется «GLUT4». Когда молекула инсулина связывается с альфа-субъединицами рецептора, она запускает цепную реакцию в цитозоле (внутри клетки), которая активирует GLUT4 и заставляет его перемещаться и вставляться в клеточную мембрану.

См. Http://arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/pancreas/insulin_phys.html флэш-модель действия инсулина.

Транспортировка через клеточную мембрану

За исключением простой диффузии, белки также необходимы для перемещения поляризованных или заряженных молекул и больших молекул через клеточные мембраны.

Простая диффузия

Небольшие молекулы, такие как кислород и углекислый газ, могут диффундировать через липидный бислой клеточной мембраны.Направление движения зависит от градиента концентрации. Вещества с более высокой концентрацией внутри ячейки (например, CO 2 ) будут диффундировать из ячейки в сторону с более низкой концентрацией. Вещества с более высокой концентрацией вне клетки (например, O 2 ) будут диффундировать внутрь клетки, то есть вниз по градиенту концентрации.

Однако многие другие молекулы не могут пересекать клеточные мембраны путем простой диффузии и требуют специальных механизмов для перемещения через мембраны.Различные транспортные белки, часто агрегаты белковых субъединиц, обеспечивают способ транспортировки заряженных молекул и больших молекул с помощью одного из двух механизмов:

Облегченный транспорт

Полярные молекулы и заряженные ионы не могут пересекать липидный бислой; их транзит зависит от специальных транспортных каналов, созданных белками, встроенными в клеточную мембрану. Облегченный транспорт пассивен в том смысле, что не требует затрат клеточной энергии, и, как и при простой диффузии, движение молекул происходит вниз по градиенту концентрации от высокой до низкой.Для каждого вещества, транспортируемого этим механизмом, существуют определенные белки, и этот транзит может регулироваться клеткой. Таким образом транспортируются такие молекулы, как глюкоза и аминокислоты. Они будут связываться со своим белком-носителем / транспортером, и связывание вызывает изменение формы носителя, который перемещает молекулу через мембрану. Как только молекула высвобождается, носитель возвращается к своей исходной форме (конформации).

Активный транспорт

Активный транспорт также зависит от трансмембранных транспортных белков, но этот процесс способен транспортировать вещества против градиента концентрации, а это означает, что даже если концентрация, скажем, ионов калия внутри клетки выше, чем снаружи, больше калия может транспортироваться в клетку. клетка.Это потому, что клеточная энергия (АТФ) расходуется.

Таким образом, белки играют важную роль в функционировании клетки. Многие из них встроены в клеточные мембраны или охватывают весь липидный бислой, где они играют важную роль в распознавании, передаче сигналов и транспорте.


Перспектива размера

Ангстрем — одна десятимиллионная миллиметра, или 1 × 10 −10 метров. Иллюстрация ниже дает представление об относительном масштабе некоторых биологических структур, рассмотренных выше.

Расстояние между двумя атомами углерода в цепи жирной кислоты немногим больше одного ангстрем. Молекула глюкозы составляет около 9 ангстрем. Бактерии составляют десятки тысяч ангстрем. И, по приблизительным оценкам, типичная человеческая клетка может составлять примерно 1/100 и миллиметра, что составляет примерно 1/10 ширины человеческого волоса. Чтобы получить интригующее представление о размерах вещей, от самых маленьких до самых больших объектов во вселенной, взгляните на http: // htwins.net / scale2 /.

Несмотря на микроскопические размеры, в клетках постоянно происходит много процессов. Диаграммы и микрофотографии изображают клетки как жесткие, статические мешочки, застывшие во времени, но если бы мы могли каким-то образом совершить путешествие внутри клетки, мы были бы поражены красотой, сложностью и невероятной активностью. Вы можете получить хотя бы некоторое представление о внутренней жизни клетки, посмотрев анимационный фильм Гарвардского университета «Внутренняя жизнь клетки» (полный текст с повествованием), показывающий активацию лейкоцитов при воспалении.Некоторые термины, использованные в видео, будут вам чужды, но видео дает великолепное представление о внутренней работе клеток и показывает, что клетки являются динамическими структурами, в которых постоянно происходят многие процессы.

Сила полимеров

Одна из фундаментальных концепций биологии состоит в том, что простые молекулярные структуры (мономеры) могут быть связаны вместе, образуя все более сложные структуры. Например, мономеры сахаров, такие как глюкоза и фруктоза, могут быть связаны вместе с образованием очень крупных полисахаридов, таких как крахмал и гликоген.Аминокислоты могут быть связаны вместе с образованием полипептидов (белков). Нуклеотиды могут быть связаны вместе с образованием ДНК и РНК.

Помимо связывания молекул вместе с образованием длинных цепей, многие молекулы будут самоорганизовываться в соответствующих условиях с образованием все более сложных молекулярных агрегатов, таких как мембраны или липопротеины. А биологические мембраны могут обеспечивать структуру внутриклеточных органелл, которые могут выполнять специализированные и сложные функции. Например, микротрубочки представляют собой полые цилиндры, которые обеспечивают внутренний каркас для эукариотических клеток, а также обеспечивают дорожки, по которым связанные с мембраной материалы или органеллы могут транспортироваться с места на место внутри клетки.Например, сеть микротрубочек соединяет аппарат Гольджи с плазматической мембраной, чтобы направлять секреторные везикулы для экспорта или для встраивания в плазматическую мембрану. Движению этих связанных с мембраной «пакетов» по ​​микротрубочкам способствуют моторные белки (носители), которые перемещаются по микротрубочкам, изменяя их трехмерную конформацию. В основе этого процесса лежит аденозинтрифосфат ( ATP ). На каждом «шаге» моторная молекула высвобождает одну часть микротрубочки и захватывает второй участок, расположенный дальше по длине нити.

Эти микротрубочки представляют собой полимеров , состоящих из субъединиц белка, называемого тубулин . Каждая субъединица микротрубочек состоит из двух немного разных, но тесно связанных более простых единиц, называемых альфа -тубулин (показан на рисунке ниже желтыми шариками) и бета -тубулином (показан зелеными шариками). В соответствующих условиях эти субъединицы агрегируют или самоорганизуются определенным образом, что быстро формирует микротрубочки.И наоборот, эти микротрубочки также могут быстро дезагрегироваться.

Источник: https://micro.magnet.fsu.edu/cells/microtubules/microtubules.html

Видео ниже представляет собой выступление на TED, в котором аниматор Дэвид Болински описывает сотрудничество между аниматорами и биологами из Гарвардского университета, в ходе которого можно получить представление о красоте и сложности эукариотических клеток. Обратите внимание, что явление сборки мономеров в сложные и высокофункциональные макромолекулярные полимеры проиллюстрировано в нескольких местах.

Продолжительность выступления 9:49. Переместите видео на 3:24, чтобы пропустить вводное описание. Настоящее действие начинается примерно в 6:50. В этом нет ничего, что нужно запоминать. Просто оцените сложность и красоту клеток.

В следующем видео ниже представлен базовый обзор клеточной структуры и функции (6:00 мин.), А во втором — краткое описание структуры и функции органелл в эукариотической клетке (4:46 мин.).

Высшие уровни организации

Видно, что клетки — самая маленькая единица, отвечающая критериям жизни, — очень сложны. Тем не менее, эта сложность возникает из-за того, что простые молекулы соединяются вместе, образуя множество все более разнообразных и сложных структур, которые, в свою очередь, обеспечивают основу для еще более высокого уровня организации и сложности путем сборки в макромолекулярные комплексы, такие как мембраны, органеллы, микротрубочки и липопротеины.Затем на клеточном уровне можно представить себе агрегацию клеток с образованием тканей, которые становятся основой органов и даже систем органов в невероятно разнообразном множестве многоклеточных организмов.

Взято из: http://www.theorganicstartupbook.com/2012/07/07/evolutionary-levels-sublevels-4-of-5/

Виды транспорта — как вещества попадают в наш организм, из него и вокруг него? — OCR 21C — Редакция GCSE Biology (Single Science) — OCR 21st Century

Частично проницаемые клеточные мембраны

Все клетки имеют клеточную мембрану.Эта мембрана контролирует то, что входит в клетки и выходит из них. Некоторые вещества, такие как газы и вода, могут легко проходить через мембрану путем диффузии. Однако другие вещества, такие как глюкоза, должны транспортироваться через клеточную мембрану. Вот почему мембрана частично проницаема — она ​​контролирует, какие вещества могут легко проходить через нее.

Диффузия

Кислород будет диффундировать от высокой концентрации в альвеолах в легких до более низкой концентрации в красных кровяных тельцах.Это пассивный процесс, а значит, он не требует энергии. Кислород диффундирует через частично проницаемую мембрану клеток альвеол и стенку капилляров в красные кровяные тельца, которые переносятся по всему телу.

Осмос

Осмос — это чистое движение молекул воды от высокой до более низкой концентрации через частично проницаемую мембрану. Осмос — это пассивный процесс, поэтому он не требует энергии.

Активный транспорт

Некоторые вещества, которым необходимо попасть в клетки, попадают туда посредством активного транспорта.Этот процесс переноса перемещает вещества против градиента концентрации — вещества переходят от низкой концентрации к более высокой. Это требует ввода энергии. Глюкоза может поступать в клетки посредством активного транспорта, если концентрация глюкозы внутри клетки уже достаточно высока. Для этого требуются белки-носители.

Биологические вещества | ИБП — США

Инфекционные вещества, категория B:

Что такое инфекционное вещество, категория B (также известное как биологическое вещество, категория B)?

«Инфекционное вещество, не соответствующее критериям для включения в категорию А.Инфекционным веществам категории B должен быть присвоен номер ООН 3373 »(Правила перевозки опасных грузов, 3.6.2.2.2.2)

Примечание: Надлежащее отгрузочное наименование UN 3373 — «Биологическое вещество категории B.

».

При отгрузке по 49CFR см. 49 USC § 173.134 для получения дополнительной информации.

Каковы требования при транспортировке инфекционных веществ категории B с помощью ИБП?

ИБП

принимает биологические вещества категории B, относящиеся к UN3373, при соблюдении следующих условий перед предложением этого товара:

  • Убедитесь, что пункт назначения пригоден для обслуживания, используя список утвержденных стран. Щелкните здесь, чтобы получить доступ к списку утвержденных стран.
  • Для перевозки за пределы США требуется международный контракт на специальные товары (ISC). Обратитесь в торговое представительство UPS для получения дополнительной информации.

Какие нормативные требования необходимо соблюдать при предложении Инфекционных веществ категории B ?

Правила ИАТА требуют, чтобы грузы, содержащие биологические вещества категории B, были упакованы в тройную упаковку в соответствии с Инструкцией по упаковыванию 650.Дополнительные сведения о маркировке, этикетировании и требованиях к упаковке см. В Правилах перевозки опасных грузов, Инструкции по упаковыванию 650.

Если этот товар предлагается в соответствии с 49CFR, обратитесь к 49 USC § 173.199 для получения более подробной информации о маркировке, этикетировании и упаковке.

Освобожденный образец человека или освобожденный образец животного:

Что такое освобожденный образец человека или освобожденный образец животного?

«Образцы пациентов, для которых минимальная вероятность присутствия патогенных микроорганизмов.»(Правила перевозки опасных грузов, 3.6.2.2.3.8)

Дополнительную информацию о доставке внутри страны см. В 49 USC § 173.134.

Каковы требования при отправке освобожденного образца человека или освобожденного образца животного с UPS ?

UPS примет, Освобожденный образец человека или Освобожденный образец животного, при условии соблюдения следующих условий перед предложением этого товара:

  • Убедитесь, что пункт назначения пригоден для обслуживания, используя список утвержденных стран. Щелкните здесь, чтобы получить доступ к списку утвержденных стран.
  • Для перевозки за пределы США требуется международный контракт на специальные товары (ISC). Обратитесь в торговое представительство UPS для получения дополнительной информации.

Какие нормативные требования необходимо соблюдать при предоставлении освобожденных образцов от человека или животных ?

Образцы от пациентов, для которых существует минимальная вероятность присутствия патогенов, не подпадают под действие других положений Правил при условии, что они помечены словами «Освобожденный образец человека» или «Освобожденный образец животного» и , упакованные в соответствии с Правила IATA. (Правила перевозки опасных грузов, 3.6.2.2.3.8)

Если этот товар предлагается в соответствии с 49CFR, обратитесь к 49 USC § 173.134 для получения более подробной информации о маркировке, этикетировании и упаковке.

Медицинские, клинические или регулируемые отходы:

Что такое медицинские, клинические или регулируемые отходы?

«Медицинские или клинические отходы — это отходы, полученные в результате лечения животных или людей или в результате биологических исследований». (Правила перевозки опасных грузов, 3.6.2.1.5)

См. 173.134 для получения дополнительной информации о доставке внутри страны.

Каковы требования при транспортировке Медицинские, клинические или регулируемые отходы с ИБП?

UPS не принимает к перевозке медицинские, клинические или регулируемые отходы. Сюда входят все формы отходов, которые могут быть реклассифицированы под другим надлежащим отгрузочным наименованием.

Если у вас есть какие-либо вопросы о доставке инфекционных веществ с помощью UPS, обратитесь к торговому представителю UPS или позвоните в центр поддержки опасных материалов по телефону 1-800-554-9964.

Свойства растворителей | BioNinja

Понимание:

• Водородная связь и диполярность объясняют когезионные, адгезионные, термические свойства и свойства растворителя воды

Воду обычно называют универсальным растворителем из-за ее способности растворять большое количество веществ

Вода может растворять любое вещество, содержащее заряженные частицы (ионы) или электроотрицательные атомы (полярность)

Это происходит из-за полярного притяжения больших количеств молекул воды могут в достаточной степени ослабить внутримолекулярные силы (например, ионные связи) и привести к диссоциации атомов

Слабо заряженные области молекулы воды окружают атомы с противоположным зарядом, образуя диспергирующие гидратные оболочки

Растворители воды

Понимание:

• Вещества могут быть гидрофильными или гидрофобными

Вещества, которые свободно связываются и легко растворяются в воде, характеризуются как гидрофильные («любящие воду»)

  • Гидрофильные вещества включают все полярные молекулы и ионы

Вещества, которые не связываются свободно или не растворяются в воде, охарактеризованы как гидрофобный (ненавидящий воду)

  • Гидрофобные вещества включают большие неполярные молекулы (например, жиры и масла)

Приложение:

• Режимы транспорта глюкозы, аминокислот, холестерина, жиров, кислорода и хлорида натрия в крови в

в зависимости от их растворимости в воде

Транспорт основных молекул в кровотоке будет зависеть от их растворимости в воде

  • Водорастворимые вещества обычно могут свободно перемещаться в плазме крови, тогда как нерастворимые в воде вещества не могут

Вода Растворимые Вещества

  • Хлорид натрия (NaCl) представляет собой ионное соединение, и его компоненты (Na + и Cl ) могут свободно переноситься в крови
  • Кислород растворим в воде, но в небольших количествах — большая часть кислород переносится гемоглобином в эритроцитах
  • Глюкоза содержит много гидроксильных групп (–ОН), которые могут связываться с водой и, таким образом, могут свободно перемещаться по крови
  • Аминокислоты будут переноситься в крови в ионизированном состоянии (либо аминовые и / или карбоксильные группы могут быть заряжены)

Вода Нерастворимые Вещества

  • Липиды (жиры и холестерин) неполярны и гидрофобны и, следовательно, не растворяются в воде
  • Они образуют комплексы с белками ( липопротеинов ), чтобы перемещаться по кровотоку
  • Гидрофильные части белки, холестерин и фосфолипиды обращены наружу и защищают внутренние гидрофобные компоненты

AQA | Биология | Содержание темы

Внутренняя среда клетки или организма отличается от внешней среды.Обмен веществ между внутренней и внешней средами происходит на поверхностях обмена. Чтобы действительно проникнуть в организм или покинуть его, большинство веществ должны пересечь плазматические мембраны клетки.

В крупных многоклеточных организмах непосредственное окружение клеток представляет собой некоторую форму тканевой жидкости. Большинство клеток находятся слишком далеко от поверхностей обмена и друг от друга для простой диффузии, чтобы поддерживать состав тканевой жидкости в подходящем метаболическом диапазоне. У крупных организмов обменные поверхности связаны с системами массопереноса, которые переносят вещества между обменными поверхностями и остальной частью тела, а также между частями тела.Массовый транспорт поддерживает конечные градиенты диффузии, которые доставляют вещества к клеточным мембранам отдельных клеток и из них. Это также помогает поддерживать относительно стабильную среду, которая представляет собой тканевую жидкость.

3.3.1 Отношение площади поверхности к объему

Содержание

Возможности повышения квалификации

Взаимосвязь между размером организма или
структура и соотношение ее площади к объему.

Изменения формы тела и развитие систем в
более крупные организмы как приспособления, способствующие обмену, как это
соотношение уменьшается.

Студенты должны уметь понимать взаимосвязь между
отношение площади поверхности к объему и скорость метаболизма.

ПС 1.1

Студенты могут использовать агаровые блоки, содержащие индикатор, для
определить влияние отношения площади поверхности к объему и
градиент концентрации при диффузии кислоты или щелочи.

МС 4.1

Студентам могут быть заданы размеры ячеек различной формы, из которых можно рассчитать отношение площади поверхности к объему этих ячеек.

3.3.2 Газообмен

Содержание

Возможности повышения квалификации

Адаптация поверхностей газообмена, показанная с помощью газообмена:

  • на поверхности тела одноклеточного организма
  • в трахейной системе насекомого (трахеи, трахеи и дыхальца)
  • через жабры рыбы (жаберные пластинки и волокна, включая принцип противотока)
  • листьями двудольных растений (мезофилл и устьица).

Структурный и функциональный компромисс между противоположными потребностями в эффективном газообмене и ограничением потери воды, проявляемой наземными насекомыми и ксерофитными растениями.

Общая структура газообменной системы человека, ограниченная альвеолами, бронхиолами, бронхами, трахеей и легкими.

Основные характеристики альвеолярного эпителия как поверхности, на которой происходит газообмен.

Вентиляция и газообмен в легких.Механизм дыхания включает роль диафрагмы и антагонистическое взаимодействие между внешними и внутренними межреберными мышцами, вызывающими изменения давления в грудной полости.

Студенты должны уметь:

  • интерпретировать информацию, относящуюся к влиянию болезней легких на газообмен
    и / или вентиляция
  • интерпретировать данные, касающиеся последствий загрязнения окружающей среды и курения
    по заболеваемости легочными заболеваниями
  • анализировать и интерпретировать данные, связанные с конкретными факторами риска и заболеваемостью легких
  • оценить, каким образом экспериментальные данные привели к установленным законом
    ограничения на источники факторов риска
  • распознает корреляции и причинно-следственные связи.

AT j

Студенты могли препарировать млекопитающих
легкие, система газообмена костистой рыбы или насекомого.

АТ д

Студенты могли использовать
оптический микроскоп до:

  • осмотреть подготовленные крепления газообменных поверхностей
    млекопитающее, рыба и насекомое, или временные группы жабр
  • исследуют вертикальные срезы двудольных
    лист.

AT b

Студенты могли использовать трехходовые краны,
манометры и простые респираторы для измерения объемов вовлеченного воздуха
в газообмене.

МС 2.2

Студентам могут быть предоставлены значения скорости легочной вентиляции (PVR).
и еще одна мера, требующая от них изменить предмет
уравнение:

3.3.3 Переваривание и абсорбция

Содержание

Возможности повышения квалификации

Во время пищеварения большие биологические молекулы гидролизуются до более мелких молекул, которые могут абсорбироваться через клеточные мембраны.

Пищеварение у млекопитающих:

  • углеводы амилазами и мембраносвязанными дисахаридазами
  • липидов липазой, включая действие солей желчных кислот
  • белков за счет эндопептидаз, экзопептидаз и мембраносвязанных дипептидаз.

Механизмы абсорбции продуктов пищеварения клетками, выстилающими
подвздошная кишка млекопитающих, в том числе:

  • механизмы совместного транспорта для абсорбции аминокислот и моносахаридов
  • роль мицелл в абсорбции липидов.

PS 1.1

Студенты смогли:

  • разработать и провести исследования влияния pH или солей желчных кислот на скорость реакции, катализируемой пищеварительным ферментом
  • используют модели трубок Visking для исследования абсорбции продуктов
    пищеварение.

3.3.4 Общественный транспорт

На больших расстояниях обеспечивается эффективное перемещение вещества к поверхностям обмена и от них.
обеспечивается общественным транспортом.

3.3.4.1 Массовый транспорт животных

Содержимое Возможности повышения квалификации

Гемоглобины представляют собой группу химически подобных молекул, обнаруженных в
много разных организмов.Гемоглобин — это белок с четвертичной структурой.

Роль гемоглобина и красных кровяных телец в переносе кислорода.
Загрузка, транспортировка и разгрузка кислорода по отношению к оксигемоглобину
кривая диссоциации. Кооперативный характер связывания кислорода, чтобы показать, что изменение
в форме гемоглобина, вызванного связыванием первых атомов кислорода, делает связывание
дальше кислородом легче.Влияние концентрации углекислого газа на
диссоциация оксигемоглобина (эффект Бора).

Многие животные адаптируются к окружающей среде, обладая разными
типы гемоглобина с разными кислородными транспортными свойствами.

Общая картина кровообращения у млекопитающего. Имена
требуется только для коронарных артерий и кровеносных сосудов, входящих и выходящих
сердце, легкие и почки.

Грубая структура человеческого сердца. Изменения давления и объема и
связанные движения клапана во время сердечного цикла, которые поддерживают однонаправленное
поток крови.

Строение артерий, артериол и вен по отношению к их
функция.

Строение капилляров и важность капиллярного ложа как
обменные поверхности.Образование тканевой жидкости и ее возврат в кровообращение.
система.

Студенты должны уметь:

  • анализировать и интерпретировать данные, относящиеся к изменениям давления и объема
    во время сердечного цикла
  • анализировать и интерпретировать данные, связанные с конкретными факторами риска и
    заболеваемость сердечно-сосудистыми заболеваниями
  • оценить противоречивые доказательства, связанные с факторами риска, влияющими на
    сердечно-сосудистые заболевания
  • распознает корреляции и причинно-следственные связи.

AT h

Студенты могли разработать и провести исследование эффекта названного
варьируется от частоты пульса человека или от частоты пульса беспозвоночного, например
Дафния .

МС 2.2

Студентам могут быть предоставлены значения сердечного выброса (СО) и другие значения.
меры, требуя от них изменить предмет уравнения:

Обязательный практический 5: Диссекция газов животных или растений
система обмена или система общественного транспорта, или орган внутри такой системы.

AT j

3.3.4.2 Массовый транспорт на заводах

Содержимое Возможности повышения квалификации

Ксилема как ткань, переносящая воду в стебель и листья
растения.Когезионно-натяжная теория переноса воды в ксилеме.

Флоэма как ткань, переносящая органические вещества в растениях. В
гипотеза массового расхода для механизма транслокации в растениях. Использование
трассеры и кольцевые эксперименты для изучения транспорта в растениях.

Студенты должны уметь:

  • распознавать корреляции и причинно-следственные связи
  • интерпретировать свидетельства трассирующих и кольцевых экспериментов и
    оценить доказательства за и против гипотезы массового расхода.

АТ б

Студенты могут установить и использовать потометр для исследования эффекта именованного
переменная окружающей среды на скорость транспирации.

Химия биологии: Вода

Вода

Вода — одна из самых уникальных молекул, известных человеку, а также одна из самых важных для биологических систем.Мало того, что вода существует в природе во всех трех состояниях материи (твердое, жидкое, газообразное), она также покрывает 75 процентов земли и составляет примерно 78 процентов человеческого тела.

Уникальность воды заключается в ее молекулярной структуре. Поскольку это полярная ковалентная молекула, у нее есть небольшой положительный и небольшой отрицательный заряд на противоположных концах. Изучите иллюстрацию Молекула воды и обратите внимание на две важные характеристики. Во-первых, обратите внимание на расположение слабых положительных и отрицательных концов.Во-вторых, обратите внимание, что вода представляет собой изогнутую молекулу, а не прямую или линейную.

Поскольку вода представляет собой изогнутую частично полярную молекулу, она обладает следующими биологически важными характеристиками того, что образуется в результате соединения многих молекул воды: все они имеют решающее значение для создания и поддержания жизни на Земле:

Молекула воды .

  • Полярность
  • Водородная связь
  • Когезия
  • Поверхностное натяжение

Полярность

Полярность просто означает, что молекула имеет как положительно, так и отрицательно заряженный конец.Что еще более важно, полярность воды отвечает за эффективное растворение других полярных молекул, таких как сахара и ионные соединения, такие как соль. Ионные соединения растворяются в воде с образованием ионов. Это важно помнить, потому что для большинства биологических реакций реагенты должны быть растворены в воде. Поскольку вода способна растворять очень много обычных веществ, он известен как универсальный растворитель . Вещества, которые не могут быть растворены водой (например, масла), называются жирорастворимыми и являются неполярными неионными соединениями, которые сильно ковалентно связаны.Нерастворимые вещества служат отличными резервуарами для воды, такими как клеточные мембраны и клеточные стенки.

Водородная связь

Когда молекулы воды выравниваются друг с другом, между отрицательно заряженным атомом кислорода одной молекулы воды и положительно заряженными атомами водорода соседней молекулы воды устанавливается слабая связь. Слабая связь, которая часто образуется между атомами водорода и соседними атомами, — это водородная связь . Водородные связи очень распространены в живых организмах; например, водородные связи образуются между основаниями ДНК, чтобы удерживать цепь ДНК вместе.Водородные связи придают молекулам воды две дополнительные характеристики: сцепление и поверхностное натяжение.

Сплоченность

Из-за протяженных водородных связей в воде молекулы имеют тенденцию прилипать друг к другу в регулярном порядке. Это явление, называемое когезией , легко наблюдать, если вы осторожно переполните стакан водой и наблюдаете, как молекулы воды удерживаются вместе над ободом, пока сила тяжести не перехватит водородные связи и молекулы воды не разольются по стенке стекла.Точно так же связующее свойство воды позволяет высоким деревьям доставлять воду к самым верхним листьям из подземных источников.

Bionote

Чтобы избежать боли, связанной с опрокидыванием живота, дайверы сначала входят в воду руками или ногами, чтобы снизить поверхностное натяжение воды.

Поверхностное натяжение

Особый тип сцепления — это поверхностное натяжение . Напряжение на поверхности воды возникает, когда молекулы воды снаружи системы выравниваются и удерживаются вместе водородными связями, создавая эффект, похожий на сеть из атомов.Например, поверхностное натяжение воды позволяет водяным паукам буквально ходить по воде.

Выдержка из The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 Глен Э. Моултон, редактор Д. Все права защищены, включая право на воспроизведение полностью или частично в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.