Онтогенетический уровень организации жизни. Биология организма

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ. БИОЛОГИЯ ОРГАНИЗМА

На клеточном уровне организации обнаруживается удивительное сходство всех живых организмов. Ведь клетки любых организмов характеризуются общими чертами строения и функций. На онтогенетическом уровне выделяется огромное количество форм, отличных друг от друга. Эти различия отмечаются как между организмами, относящимися к разным систематическим группам, так и в пределах одного вида.

Элементарной единицей организменного уровня является особь. На уровне особи протекают процессы онтогенеза, т. е. развитие особи от момента ее зарождения до гибели.

Общая характеристика многоклеточного организма. Строение и обмен веществ

На онтогенетическом уровне в природе встречаются организмы разной степени сложности — от одноклеточных до сложных многоклеточных с хорошо развитыми тканями. У более сложных организмов различные ткани объединены в органы, выполняющие определенную работу. Группы органов, связанные между собой функционально, образуют системы органов. Деятельность различных систем органов взаимосвязана и находится под контролем регулирующих систем.

На онтогенетическом уровне, как и на уровне клетки, поддерживается постоянство внутренней среды (гомеостаз), осуществляется автоматическая регуляция всех процессов жизненной активности. У высших животных организмов регуляция процессов жизнедеятельности, взаимосвязь с окружающей средой обеспечиваются нервной и эндокринной системами. Эндокринная система обеспечивает выработку гормонов — веществ, поступающих непосредственно в кровь, способных оказывать регулирующее влияние на органы, удаленные от железы, синтезирующей гормон. Деятельность одних желез внутренней секреции регулируется гормонами других эндокринных желез. Например, щитовидная железа, гормоны которой влияют на интенсивность обмена веществ в организме, находится под контролем гормонов гипофиза.

Активность желез эндокринной системы зависит от деятельности нервной системы. Обе эти системы взаимосвязаны функционально. С помощью эндокринной и нервной систем высшие животные поддерживают постоянную температуру тела, создают условия внутренней среды, благоприятные для работы всех систем организма. А это требует притока в организм энергии и важных в функциональном отношении веществ, включающихся в процессы метаболизма. Все необходимые вещества и энергию животные получают с пищей.

Пища в организме животных подвергается сложным химическим изменениям. В пищеварительной системе под влиянием ферментов происходит расщепление крупных органических молекул на более мелкие, способные проникнуть через клеточные стенки в цитоплазму. Белки распадаются на аминокислоты, полисахариды — на моносахариды, жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды (см. с. 77). В клетках животных эти вещества могут подвергнуться дальнейшему расщеплению, в результате чего будет освобождаться энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки (диссимиляция), либо используются как исходный материал в процессах ассимиляции.

Обмен белков. В организме непрерывно идут процессы синтеза и разрушения белков. У многих млекопитающих примерно 50 % всех белков организма обновляется в течение полутода. В разных тканях скорость обновления белков различна. Особенно интенсивно происходит обмен белков в коре головного мозга, в плазме крови.

Образовавшиеся в кишечнике при расщеплении белков аминокислоты доставляются по воротной вене в печень. Здесь они используются для синтеза белковых молекул или откладываются в качестве резерва. Часть аминокислот доставляется с током крови к клеткам различных органов, где они вступают в процессы метаболизма.

Для синтеза белков в организме человека необходимо более 20 аминокислот. Часть их может образовываться в клетках из других органических соединений. Такие аминокислоты называются заменимыми. Однако некоторые аминокислоты синтезироваться в организме человека не могут и, следовательно, должны поступать в организм с пищей, содержащей белки. Такие аминокислоты называются незаменимыми. К ним относятся лейцин, изолейцин, метионин, треонин, фенилаланин, триптофан, валин, лизин. Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными. Полноценными являются белки животного происхождения. Если белки не содержат всех незаменимых аминокислот, они называются неполноценными (например, многие растительные белки).

Если в пище недостаточно белков или они отсутствуют, нарушается обмен веществ в организме и развивается состояние белкового голодания. При этом уменьшается масса тела, а у растущих организмов, кроме того, происходит остановка роста, так как при белковом голодании возникает недостаток материала, необходимого для построения клеточных структур. Известно, что белки являются важными компонентами клетки, входящими в состав различных ее структур. Особенно велика роль белков-ферментов. В клетке все химические реакции идут с участием ферментов, резко ускоряющих химические процессы. Ферменты обладают высокой специфичностью, т. е. каждый фермент катализирует только определенную химическую реакцию или несколько очень сходных. Активность многих ферментов регулируется, что способствует регуляции катализируемых ими химических процессов. Некоторые ферменты вырабатываются в неактивной форме и переходят в активное состояние только в определенной среде. Например, железистые клетки желудка вырабатывают неактивную форму пепсина. При воздействии соляной кислоты пепсин переходит в активную форму и расщепляет белки до альбумоз и пептонов. Ферменты могут ингибироваться продуктами реакций, которые этими ферментами катализируются. Многие ферменты ингибируются специфическими молекулами, по своей структуре сходными с субстратом (вещество, с которым связывается данный фермент в ходе химической реакции). Подавление ферментативной активности лежит в основе действия различных лекарственных веществ и ядов.

Отсутствие или недостаток каких-либо ферментов в организме приводит к развитию тяжелых заболеваний. Например, гемофилия (одна из форм нарушения свертывания крови) обусловлена тем, что в организме не образуется один из ферментов, участвующих в процессе свертывания крови.

Обмен углеводов. В организме углеводы используются как источник энергии, а также выполняют опорную, структурную (в составе межклеточного вещества различных видов соединительных тканей) и некоторые другие функции. В пищеварительном тракте из полисахаридов и дисахаридов образуются три моносахарида: глюкоза, фруктоза, галактоза. Эти вещества поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Избыток глюкозы в печени используется для синтеза гликогена, а если в крови понижается уровень углеводов, то гликоген вновь расщепляется до глюкозы. Печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови на определенном уровне (не ниже 60 мг на 100 мл крови). Снижение ее количества в крови прежде всего отражается на клетках головного мозга. Эти клетки почти не содержат запасов углеводов и не могут использовать молекулы жиров и аминокислот в качестве источника энергии. Поэтому при понижении уровня глюкозы в крови клетки головного мозга испытывают недостаток энергии, в них нарушаются процессы обмена веществ, что может привести к потере сознания, судорогам и гибели организма.

Потребление больших количеств углеводов способствует отложению жира, так как глюкоза в организме человека накапливается не только в виде гликогена, но и превращается в резервный жир.

Нарушение углеводного обмена в организме приводит к развитию различных заболеваний, в частности сахарного диабета. Это заболевание характеризуется неспособностью печени превращать глюкозу в гликоген, что обусловлено нарушением деятельности клеток эндокринной части поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин.

Обмен жиров. Жиры входят в состав всех клеточных мембран. В кишечнике молекулы жиров расщепляются на глицерин и жирные кислоты и всасываются клетками кишечного эпителия. Здесь вновь образуются молекулы жиров, которые в виде липопротеидных комплексов (хиломикронов) поступают в лимфатические и далее в кровеносные сосуды и доставляются к различным органам.

В организме жиры являются важным источником энергии. Около 30 % всей потребности энергии удовлетворяется за счет жира. Жиры имеют важное значение в процессах терморегуляции, так как жировая ткань обладает слабой теплопроводностью. Они обеспечивают механическую защиту внутренних органов. Например, органы брюшной полости у человека надежно защищены значительной жировой прослойкой в передней стенке живота и большим сальником — особым органом, образованным жировой тканью.

При нарушениях жирового обмена возможно увеличение концентрации липидов в крови, а это способствует развитию атеросклероза. В ряде случаев отмечается избыточное отложение жировой ткани в подкожной клетчатке, сальнике и других органах — ожирение.

Водно-солевой обмен. Минеральные вещества имеют важное значение в жизнедеятельности организма. Присутствие различных ионов в тканях необходимо для их нормального функционирования. Например, ионы кальция влияют на возбудимость нервных центров, стимулируют мышечное сокращение. Кальций и фосфор в больших количествах содержатся в костной ткани и зубах, обеспечивая их механическую прочность. Фосфор входит в состав ряда органических соединений (АТФ, нуклеиновые кислоты) и участвует в процессах обмена белков, жиров, углеводов. Ионы натрия и хлора играют большую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия в жидкостях организма, в обеспечении постоянства осмотического давления внеклеточной жидкости. Ионы калия обеспечивают осмотическое давление внутри клеток. При снижении уровня калия в крови возможно нарушение сократительной функции сердечной мышцы. Велика роль микроэлементов в организме. Железо содержится в дыхательных ферментах, гемоглобине. Йод является необходимым компонентом гормона щитовидной железы. В состав некоторых ферментов входят марганец, молибден, кобальт, цинк. Большое значение в профилактике кариеса зубов имеет фтор.

Минеральный обмен тесно связан с водным обменом. Вода поступает в организм в виде жидкости или в составе плотной пищи. Некоторое количество воды образуется в процессе обмена веществ. Количество воды в организме взрослого человека составляет 2/3 массы тела. Вода находится как внутри клетки, так и вне ее: в крови, лимфе, межклеточном веществе (до 28 %). Роль воды в организме огромна (см. 2.1.1). При ее недостатке нарушаются процессы обмена веществ. Потеря 20 % воды приводит к смерти.

Витамины. Эта группа биологически активных веществ была открыта русским врачом Н. И. Луниным в 1880 г. В опытах на животных он показал, что для нормальной жизнедеятельности организма, кроме белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды, необходимы некоторые дополнительные вещества. Несколько позже на необходимость для организма этих дополнительных пищевых факторов указал врач Эйкман. Он наблюдал у кур, питавшихся длительное время полированным рисом, болезнь, сходную с заболеванием человека — бери-бери, распространенную тогда в Японии, Китае и других странах. В 1912 г. К. Функ ввел термин «витамины» (лат. vita — жизнь), сделав вывод о жизненной необходимости этих веществ. Действительно, роль витаминов в организме огромна. Многие из них входят в состав ферментов и участвуют непосредственно в обмене веществ. Витамины регулируют различные стороны обмена веществ.

В организме человека витамины, как правило, не образуются и должны поступать с пищей. При недостаточном поступлении витаминов развиваются гиповитаминозы, при полном их отсутствии — авитаминозы; избыток в организме витаминов приводит к гипервитами- нозам.

Витамины обозначают буквами латинского алфавита. Все витамины можно разделить на две группы: жирорастворимые и водорастворимые (табл. 3.1).

к к к

Все виды обмена веществ в организме тесно связаны между собой и находятся под регулирующим влиянием нервной и гуморальной систем. Важное значение в организме имеют различные группы витаминов. Витамины входят в состав многих ферментов, определяя их активность и тем самым существенно влияя на процессы обмена веществ.

Вопросы для самоконтроля

• 1. Что такое заменимые и незаменимые аминокислоты, полноценные и неполноценные белки?
• 2. Какова роль в организме белков, жиров, углеводов?
• 3. Почему при снижении уровня глюкозы в крови прежде всего страдает головной мозг?

Витамины и их роль в организме

• 00
• 00

• 4. Какова роль минеральных веществ в организме?
• 5. Каково значение воды в организме?
• 6. Какие вы знаете витамины и какова их роль в организме?
• 7. Что такое гиповитаминозы, авитаминозы, гипервитаминозы?