Odgovori na školske udžbenike

Ishrana je proces u kome organizmi dobijaju supstance i energiju. Hrana sadrži hemikalije potrebne za stvaranje novih ćelija i obezbeđivanje energije za telesne procese.

2. Šta je suština probave?

Hrana, kada uđe u organizam, u većini slučajeva se ne može odmah apsorbovati. Zbog toga se podvrgava mehaničkoj i hemijskoj obradi, usled čega se složene organske supstance pretvaraju u jednostavnije; zatim se apsorbiraju u krv i distribuiraju po cijelom tijelu.

3. Recite nam o ishrani biljaka u zemljištu.

Uz ishranu tla, biljke koriste svoje korijenje za apsorpciju vode i minerala otopljenih u njemu, koji ulaze u stabljike i listove kroz provodna tkiva.

4. Šta je ishrana biljaka iz vazduha?

Glavni organi ishrane vazduha su zeleni listovi. Zrak u njih ulazi kroz posebne stanične formacije u obliku proreza - stomate, iz kojih biljka koristi samo ugljični dioksid za ishranu. Kloroplasti lista sadrže zeleni pigment hlorofil, koji ima nevjerovatnu sposobnost hvatanja sunčeve energije. Koristeći ovu energiju, biljke složenim kemijskim transformacijama formiraju potrebne organske tvari od jednostavnih neorganskih tvari (ugljični dioksid i voda). Ovaj proces se naziva fotosinteza (od grčkog "fotografija" - svjetlost i "sinteza" - veza). Tokom fotosinteze, sunčeva energija se pretvara u hemijsku energiju sadržanu u organskim molekulima. Nastale organske tvari iz listova prelaze u druge dijelove biljke, gdje se troše na vitalne procese ili skladište.

5. U kojim organelama biljne ćelije dolazi do fotosinteze?

Proces fotosinteze odvija se u hloroplastima biljne ćelije.

6. Kako se provodi probava u protozoa?

Probava u protozoama, kao što je ameba, provodi se na sljedeći način. Nakon što na svom putu naiđe na bakteriju ili jednoćelijsku algu, ameba polako obavija svoj plijen uz pomoć pseudopoda koji, spajajući se, formiraju vezikulu - probavnu vakuolu. U njega iz okolne citoplazme ulazi probavni sok, pod čijim se uticajem probavlja sadržaj vezikule. Rezultirajuće hranjive tvari ulaze u citoplazmu kroz zid vezikule - od kojeg je izgrađeno tijelo životinje. Nesvareni ostaci se kreću na površinu tijela i istiskuju se, a probavna vakuola nestaje.

7. Koji su glavni dijelovi probavnog sistema kičmenjaka?

Probavni sistem kičmenjaka obično se sastoji od usta, ždrijela, jednjaka, želuca, crijeva i anusa, kao i brojnih žlijezda. Probavne žlijezde luče enzime (od latinskog "fermentum" - fermentacija) - tvari koje osiguravaju probavu hrane. Najveće žlijezde su jetra i gušterača. U usnoj duplji hrana se drobi i navlaži pljuvačkom. Ovdje pod utjecajem enzima pljuvačke počinje proces probave koji se nastavlja u želucu. U crijevima se hrana konačno vari, a hranjive tvari apsorbiraju u krv. Nesvareni ostaci se eliminišu iz organizma.

8. Koji organizmi se nazivaju simbionti?

Simbioti (od grčkog "symbiosis" - život zajedno) su organizmi koji se hrane zajedno. Na primjer, gljive - vrganji, vrganji, vrganji i mnoge druge - rastu na određenim biljkama. Micelij gljive prepliće korijenje biljke i čak raste unutar njenih stanica, dok korijenje stabla dobiva dodatnu vodu i mineralne soli iz gljive, a gljiva iz biljke prima organske tvari koje ona, bez klorofila, ne može da se sintetiše.

10. Kako se probavni sistem planarije razlikuje od probavnog sistema kišne gliste?

U probavnom sistemu planarije, kao i hidre, postoji samo jedan otvor za usta. Stoga, dok se probava ne završi, životinja ne može progutati novi plijen.

Glista ima složeniji i napredniji probavni sistem. Počinje oralnim otvorom i završava se analnim otvorom, a hrana kroz njega prolazi samo u jednom smjeru - kroz ždrijelo, jednjak, želudac i crijeva. Za razliku od planarije, ishrana glista ne zavisi od procesa varenja.

11. Koje biljke mesožderke poznajete?

Sunčanica živi na siromašnim zemljištima i močvarama. Ova mala biljka hvata insekte koristeći ljepljive dlake koje prekrivaju njezino lišće. Na njih se lijepe neoprezni insekti, privučeni sjajem ljepljivih kapljica slatkog soka. Zaglave se u njemu, dlake čvrsto pritiskaju žrtvu na lisnu ploču, koja, savijajući se, hvata plijen. Izlučuje se sok koji nalikuje životinjskom probavnom soku i insekt se probavlja, a hranljive materije apsorbuje list. Još jedna grabežljiva biljka, bešika, takođe raste u močvarama. Ona lovi male rakove koristeći posebne vrećice. Ali venerina muholovka može uhvatiti čak i mladu žabu sa svojim listovima nalik na čeljust. Američka biljka Darlingtonia mami insekte u prave zamke - hvatajući listove koji izgledaju kao vrč jarkih boja. Opremljene su žlijezdama nektarima koje luče aromatični slatki sok, vrlo privlačan budućim žrtvama.

12. Navedite primjere svaštojeda.

Primjeri svaštojeda su primati, svinje, pacovi, itd.

13. Šta je enzim?

Enzim je posebna hemijska supstanca koja probavlja hranu.

14. Koje se adaptacije za apsorpciju hrane nalaze kod životinja?

Male biljojede koje se hrane grubom biljnom hranom imaju jake organe za žvakanje. Kod insekata koji se hrane tekućom hranom - muvama, pčelama, leptirima - usni organi se pretvaraju u sisajući proboscis.

Brojne životinje imaju uređaje za cijeđenje hrane. Na primjer, školjke i morski žir filtriraju hranu (mikroskopske organizme) pomoću cilija ili čekinjastih antena. Kod nekih kitova ovu funkciju obavljaju oralne ploče - baleen. Napunivši usta vodom, kit ga filtrira kroz ploče, a zatim proguta male ljuskare zaglavljene između njih.

Sisavci (zečevi, ovce, mačke, psi) imaju dobro razvijene zube kojima odgrizu i melju hranu. Oblik, veličina i broj zuba zavise od načina hranjenja životinje,

Probava se odvija u probavnom sistemu, koji uključuje posebne žlijezde koje proizvode enzime. Enzimi su biološki aktivne tvari koje mogu ubrzati biokemijske reakcije.

Enzimi djeluju kao biokatalizatori. Digestivni enzimi razgrađuju komponente hrane u probavnom kanalu.

Enzimi se formiraju u ćelijama probavnih žlijezda: pljuvačke, želuca, gušterače, crijevnih zidova. Iz ovih žlijezda luče se kao dio pljuvačke i probavnih sokova:

• želudac;
• crijevni;
• pankreas.

Funkcije enzima

Svaki od enzima ima svojstvo da obavlja određenu funkciju i da ne utiče na druge, tj. ima specifičnost.

Dakle, enzimi koji razgrađuju proteine ​​djeluju samo na njih. Ova grupa enzima se zove proteaze. To uključuje pepsine, želatinazu, želučani kimozin, tripsin i himotripsin pankreasa, enterokinazu iz žlijezda crijevnih zidova.

Enzimi koji razgrađuju masti se nazivaju lipaze. Najaktivnije su lipaze koje se izlučuju sokom pankreasa.

Treća grupa probavnih enzima je amilaze(karbohidrata). Razgrađuju ugljikohidrate. To uključuje pljuvački ptyalin i maltazu, amilazu, pankreasnu maltazu i laktazu.

Ovdje su navedeni samo glavni enzimi. U stvari, ima ih više. Unatoč svoj njihovoj raznolikosti, oni imaju uredan slijed djelovanja na supstance. Tako se početne faze razgradnje ugljikohidrata javljaju u usnoj šupljini, naknadne faze u želucu, a zatim u crijevima. Razgradnja proteina počinje u želucu pod dejstvom pepsina, a nastavlja se u crevima pod dejstvom drugih proteaza.

Enzimi funkcionišu samo pod određenim uslovima okoline: pH, temperatura, prisustvo niza supstanci, itd.

Dakle, enzim želučanog soka - pepsin - djeluje u oštro kiseloj sredini, njegov optimum je na pH = 1,5-2,5. Djelovanje lipaza je efikasnije ako se masti emulgiraju. Žuč igra ulogu emulgatora. Intestinalni enzimi zahtijevaju alkalno okruženje za funkcioniranje. Poželjna temperatura za njihov normalan rad je +36-37°C.

Ako se iz nekog razloga promijene uvjeti u probavnom kanalu, enzimi smanjuju svoju aktivnost, što dovodi do probavnih poremećaja i bolesti.

Sastav hemolimfe. Kod viših životinja tijelom kruže dvije tekućine: krv, koja obavlja respiratornu funkciju, i limfa, koja uglavnom obavlja funkciju transporta hranjivih tvari. Zbog svoje značajne razlike od krvi viših životinja, krv insekata dobila je posebno ime - hemolimfa . To je jedina tkivna tečnost u telu insekata. Poput krvi kralježnjaka, sastoji se od tekuće međustanične supstance - plazma i ćelije u njemu - hemociti . Za razliku od krvi kralježnjaka, hemolimfa ne sadrži ćelije opskrbljene hemoglobinom ili drugim respiratornim pigmentom. Kao rezultat toga, hemolimfa ne obavlja respiratornu funkciju. Svi organi, tkiva i ćelije uzimaju iz hemolimfe hranjive i druge tvari koje su im potrebne i u nju luče produkte metabolizma. Hemolimfa transportuje produkte probave od zidova crijevnog kanala do svih organa, a proizvodi razgradnje do organa za izlučivanje.

Količina hemolimfe u tijelu pčela varira: kod sparene matice - 2,3 mg; kod matice jajolike - 3,8; za dron - 10,6; u pčeli radilici - 2,7-7,2 mg.

Hemolimfna plazma je unutrašnje okruženje u kojem žive i funkcionišu sve ćelije tela insekata. To je vodeni rastvor neorganskih i organskih materija. Sadržaj vode u hemolimfi je od 75 do 90%. Hemolimfna reakcija je uglavnom blago kisela ili neutralna (pH od 6,4 do 6,8). Slobodne neorganske supstance hemolimfe su veoma raznovrsne i nalaze se u plazmi u obliku jona. Njihov ukupan broj prelazi 3%. Koriste ih insekti ne samo za održavanje osmotskog tlaka hemolimfe, već i kao rezervu iona neophodnih za funkcioniranje živih stanica.

Glavni hemolimfni kationi uključuju natrijum, kalijum, kalcijum i magnezijum. Za svaku vrstu insekata, kvantitativni odnosi između ovih jona zavise od njenog sistematskog položaja, staništa i režima ishrane.

Drevni i relativno primitivni insekti (vilinski konjici i pravokrilci) odlikuju se visokom koncentracijom natrijevih jona uz relativno nisku koncentraciju svih ostalih kationa. Međutim, u redovima kao što su Hymenoptera i Lepidoptera, sadržaj natrijuma u hemolimfi je nizak, pa stoga drugi katjoni (magnezijum, kalijum i kalcij) postaju dominantni. Kod pčelinjih ličinki u hemolimfi dominiraju kationi kalija, dok kod odraslih pčela dominiraju kationi natrijuma.

Među hemolimfnim anionima, hlor je na prvom mestu. Kod insekata koji se razvijaju s nepotpunom metamorfozom, od 50 do 80% hemolimfnih kationa je uravnoteženo anjonima klora. Međutim, u hemolimfi insekata koji se razvijaju potpunom metamorfozom, koncentracija klorida je znatno smanjena. Dakle, kod Lepidoptera, anjoni hlora mogu uravnotežiti samo 8-14% kationa sadržanih u hemolimfi. U ovoj grupi insekata dominiraju anjoni organskih kiselina.

Osim klora, hemolimfa insekata sadrži i druge anjone anorganskih tvari, na primjer H 2 PO 4 i HCO 3. Koncentracija ovih aniona je obično niska, ali oni mogu igrati važnu ulogu u održavanju acido-bazne ravnoteže u hemolimfnoj plazmi.

Hemolimfa pčelinje larve sadrži sljedeće katione i anjone anorganskih tvari, g na 100 g hemolimfe:

Natrijum - 0,012-0,017 magnezijum - 0,019-0,022
kalijum - 0,095 fosfor - 0,031
kalcijum - 0,014 hlor - 0,00117

Hemolimfa uvijek sadrži rastvorljive gasove - nešto kiseonika i značajnu količinu CO2.

Hemolimfna plazma sadrži razne organske supstance - ugljikohidrate, proteine, lipide, aminokiseline, organske kiseline, glicerol, dipeptide, oligopeptide, pigmente itd.

Sastav hemolimfnih ugljikohidrata kod pčela različite starosti nije stabilan i direktno odražava sastav šećera koji se apsorbira hranom. Mlade pčele (ne starije od 5-6 dana) imaju nizak sadržaj glukoze i fruktoze, a kod pčela radilica - sakupljača nektara - hemolimfa je bogata ovim monosaharidima. Nivo fruktoze u hemolimfi pčela je uvijek veći od glukoze. Glukozu sadržanu u hemolimfi pčela u potpunosti potroši tokom 24 sata posta. Zalihe glukoze u hemolimfi dovoljne su da pčela hranilica leti 15 minuta. Dužim letom pčele smanjuje se volumen njene hemolimfe.

U hemolimfi trutova ima manje glukoze nego u pčelama radilicama, a njena količina je prilično konstantna - 1,2%. Kod neplodnih matica uočen je visok sadržaj glukoze u hemolimfi (1,7%) tokom bračnih letova, ali s prelaskom na polaganje jaja, količina šećera se smanjuje i održava se na prilično konstantnom nivou, bez obzira na njenu dob. U hemolimfi matica dolazi do značajnog povećanja koncentracije šećera kada se nalaze u kolonijama koje se pripremaju za rojenje.

Osim glukoze i fruktoze, hemolimfa sadrži značajne količine disaharida trehaloze. Kod insekata trehaloza služi kao transportni oblik ugljikohidrata. Ćelije masnog tijela ga sintetiziraju iz glukoze, a zatim ga izlučuju u hemolimfu. Sintetizirani disaharid se prenosi kroz hemolimfu kroz tijelo i apsorbira ga ona tkiva kojima su potrebni ugljikohidrati. U tkivima se trehaloza razlaže u glukozu pomoću posebnog enzima, trehalaze. Trehalaza je posebno bogata pčelama koje sakupljaju polen.
Ugljikohidrati se pohranjuju u tijelu pčela u obliku glikogena i akumuliraju u masnom tijelu i mišićima. U lutki se glikogen nalazi u hemolimfi, koja se u nju oslobađa iz ćelija tokom histolize organa tijela larve.

Proteini čine značajan dio hemolimfe. Ukupni sadržaj proteina u hemolimfi insekata je prilično visok - od 1 do 5 g na 100 ml plazme. Koristeći disk elektroforezu na poliakrilamidnom tijelu, moguće je izolirati od 15 do 30 proteinskih frakcija iz hemolimfe. Broj takvih frakcija varira ovisno o taksonomskom položaju, spolu, fazi razvoja insekata i režimu hranjenja.

Hemolimfa pčelinje larve sadrži znatno više proteina nego hemolimfa drugih ličinki insekata. Udio albumina u larvi pčela je 3,46%, a udio globulina 3,10%. Sadržaj proteina je konstantniji kod odraslih pčela nego kod ličinki. Hemolimfa matice i pčele radilice sadrži nešto više proteina u odnosu na hemolimfu truta. Osim toga, kod mnogih insekata hemolimfa spolno zrelih ženki sadrži proteinske frakcije koje su odsutne kod mužjaka. Takvi proteini se nazivaju - vitelogenini , protein žumanceta specifičan za žene jer se koristi u svrhu vitelogeneze - formiranja žumanca u jajima u razvoju. Vitelogenini se sintetiziraju u masnom tijelu, a hemolimfa ih transportuje do zrelih oocita (germinativnih stanica).

Hemolimfa pčela, kao i većine drugih insekata, posebno je bogata aminokiselinama, kojih ima 50-100 puta više nego u plazmi kralježnjaka. Obično se u hemolimfi nalazi 15-16 slobodnih aminokiselina, među kojima glutaminska kiselina i prolin dostižu maksimalan sadržaj. Zalihe aminokiselina u hemolimfi nadopunjuju se hranom koja se probavi u crijevima i masnim tijelom, čije ćelije mogu sintetizirati neesencijalne aminokiseline. Masno tijelo, koje opskrbljuje hemolimfu aminokiselinama, također djeluje kao njihov potrošač. Upija aminokiseline iz hemolimfe, koje se koriste za sintezu proteina.

Lipidi (masti) ulaze u hemolimfu uglavnom iz crijeva i masnog tijela. Najznačajniji dio lipidne frakcije hemolimfe čine gliceridi, odnosno estri glicerola i masnih kiselina. Sadržaj masti je promjenjiv i ovisi o hrani insekata, u nekim slučajevima dostižući 5% ili više. 100 cm 3 hemolimfe larvi pčela radilica sadrži od 0,37 do 0,58 g lipida.

Gotovo sve organske kiseline mogu se naći u hemolimfi insekata. Larve insekata koje se razvijaju potpunom metamorfozom imaju posebno visok sadržaj limunske kiseline u hemolimfnoj plazmi.

Među pigmentima sadržanim u hemolimfi, najčešći su karotenoidi i flavonoidi, koji stvaraju žutu ili zelenkastu boju hemolimfe. Hemolimfa medonosnih pčela sadrži bezbojni hromogen koji se zove melanin.

Hemolimfa uvijek sadrži produkte razgradnje u obliku slobodne mokraćne kiseline ili u obliku njenih soli (urata).

Uz zapažene organske supstance, u hemolimfi pčela medonosnih pčela uvek su prisutni oksidativni i redukcioni enzimi, kao i digestivni enzimi.

U hemolimfi pčela ima hemociti , koje su ćelije s jezgrom koje potiču iz mezoderma. Većina ih se obično taloži na površini različitih unutrašnjih organa, a samo određena količina slobodno cirkulira u hemolimfi. Hemociti u blizini tkiva i srca formiraju fagocitne organe. Kod pčela, hemociti prodiru u srce i kruže čak i u tankim venama krila.

Ukupan broj hemocita koji slobodno kruže u tijelu insekta je 13 miliona, a njihov ukupni volumen dostiže 10% zapremine hemolimfe. Vrlo su raznoliki po svom obliku i podijeljeni su u nekoliko tipova. Svi hemociti koji se nalaze u larvama, lutkama, mladim i starim pčelama su 5-7 tipova. B. A. Shishkin (1957) je detaljno proučavao strukturu hemocita kod pčela i identifikovao pet glavnih tipova: plazmociti, nimfociti, sferulociti, enocitoidi i platociti (slika 22). Svaki tip je nezavisna grupa hemocita koji nisu međusobno povezani porijeklom i nemaju morfološke prijelaze. Opisao je i faze razvoja hemocita od mladih rastućih oblika do zrelih i degenerirajućih.

Rice. 22.

A - plazma ćelije; B - nimfociti; B - sferulociti; G - enocitoidi; D - platociti (u fazi razvoja i degeneracije); c - citoplazma; ja sam jezgro; c - vakuole; bz - bazofilna zrna; c - kugle; hg - nakupine hromatina; xs - zrna hromatina

Plazmociti su ćelijski elementi hemolimfe larve. Mlade ćelije se često dijele mitotički i prolaze kroz pet faza razvoja. Ćelije se razlikuju po veličini i strukturi.

Nimfociti su ćelijski elementi hemolimfe kukuljice, koji su upola manji od plazma ćelija. Nimfociti imaju granule i vakuole koje prelamaju svjetlost.

Sferulociti se nalaze u lutki i odrasloj pčeli. Ove ćelije se razlikuju po prisutnosti inkluzija u citoplazmi - sferula.

Enocitoidi se takođe nalaze kod kukuljica i odraslih pčela. Ćelije imaju okrugli oblik. Citoplazma enocitoida sadrži granularne ili kristalne inkluzije. Sve ćelije ovog tipa prolaze kroz šest faza razvoja.

Platociti su mali, raznolikog oblika i najbrojniji hemociti u hemolimfi odrasle pčele, koji čine 80-90% svih pčelinjih hemocita. Platociti prolaze kroz sedam faza razvoja od mladih do zrelih oblika.

Zahvaljujući sposobnosti i transformacijama, ćelije hemolimfe u različitim morfološkim stanjima mogu obavljati različite funkcije. Obično se svaka vrsta hemocita akumulira u maksimalnom broju u određenim fazama životnog ciklusa. Broj hemocita u hemolimfi posebno naglo opada od 10. dana života pčela. Očigledno, ovo je prekretnica u životu pčele i povezana je s promjenom njene funkcije.

U ljetno-jesenjem periodu, u hemolimfi pčela zahvaćenih varoom, dolazi do povećanja broja platocita zrele i starije dobi, kao i prisustva velikog broja mladih oblika ćelija. To je očigledno zbog činjenice da kada se grinja hrani pčelom, volumen hemolimfe se smanjuje, što dovodi do metaboličkih poremećaja i regeneracije platocita.

Funkcije hemolimfe. Hemolimfa ispire sve ćelije, tkiva i organe insekata. To je unutrašnje okruženje u kojem žive i funkcionišu sve ćelije pčelinjeg tela. Hemolimfa obavlja sedam glavnih vitalnih funkcija.

Hemolimfa prenosi hranljive materije od crevnih zidova do svih organa. U sprovođenju ovoga trofička funkcija učestvuju hemociti i hemijska jedinjenja plazme. Dio hranljivih materija dolazi iz hemolimfe u ćelije masnog tela i tamo se deponuje u obliku rezervnih hranljivih materija, koje ponovo prelaze u hemolimfu kada pčele izgladnjuju.

Druga važna funkcija hemolimfe je učešće u uklanjanju produkata raspadanja . Hemolimfa, koja teče kroz tjelesnu šupljinu, postepeno je zasićena produktima raspadanja. Tada dolazi u kontakt s Malpigijevim žilama, čije ćelije iz otopine odabiru produkte raspadanja, mokraćnu kiselinu. Dakle, hemolimfa prenosi mokraćnu kiselinu, urate i druge tvari iz stanica pčelinjeg tijela do Malpigijevih žila, koje postupno smanjuju koncentraciju produkata razgradnje u hemolimfi. Iz Malpigijevih žila, mokraćna kiselina ulazi u stražnje crijevo, odakle se izlučuje fecesom.

N. Ya. Kuznetsov (1948) je pokazao da se fagocitoza bakterija sastoji od dva procesa. Najprije na bakterije djeluju kemijski agensi hemolimfe, a zatim dolazi do procesa apsorpcije bakterije od strane fagocita.

O. F. Grobov (1987) pokazao je da tijelo larve na unošenje uzročnika američke gnjilavke uvijek odgovara odbrambenom reakcijom - fagocitozom. Fagociti hvataju i uništavaju bacile larve, ali to ne pruža potpunu zaštitu tijelu. Razmnožavanje bacila je intenzivnije od njihove fagocitoze i larva umire. U ovom slučaju uočeno je potpuno odsustvo fagocitoze.

Takođe značajno mehanička funkcija hemolimfa - stvaranje potrebnog unutrašnjeg pritiska, odnosno turgora. Zahvaljujući tome, larve održavaju određeni oblik tijela. Osim toga, kontrakcijom mišića može doći do povećanog pritiska hemolimfe koji se preko nje prenosi na drugo mjesto radi obavljanja druge funkcije, na primjer, pucanja kutikularnog pokrova kod ličinki tokom linjanja ili širenja krila pčela koje su upravo izašle iz ćelije.

Uloga hemolimfe u održavanje konstantne aktivne kiselosti . Gotovo svi životni procesi u tijelu mogu se odvijati normalno uz stalnu reakciju okoline. Održavanje konstantne aktivne kiselosti (pH) postiže se zahvaljujući puferskim svojstvima hemolimfe.

M. I. Reznichenko (1930) pokazao je da hemolimfa pčela ima dobra puferska svojstva. Dakle, kada je hemolimfa razrijeđena 10 puta, njena aktivna kiselost je ostala gotovo nepromijenjena.

Hemolimfa uzima učešće u razmeni gasa , iako ne prenosi kiseonik po celom telu pčele. CO 2 koji nastaje u ćelijama direktno ulazi u hemolimfu i sa njom se prenosi na mesta gde povećane mogućnosti aeracije obezbeđuju njegovo uklanjanje kroz trahealni sistem.

Nema sumnje da antibiotici i neki proteini plazme mogu stvoriti otpornost insekata na patogene (imunitet).

Kao što je poznato, u krvi kičmenjaka djeluju dva nezavisna imunološka sistema - nespecifični i specifični.

Nespecifični imunitet je uzrokovan oslobađanjem antibakterijskih proteinskih proizvoda u krv, koji stvaraju prirodnu ili stečenu otpornost životinja na bolesti. Među najviše proučavanim spojevima ovog roda je lizozim, enzim koji uništava membranu bakterijskih stanica. Utvrđeno je da kod insekata nespecifični imuni sistem uključuje i upotrebu istog enzima.

Specifični imunitet kod kralježnjaka povezan je sa stvaranjem antitijela. Antitijela pripadaju proteinima globulina. Zaštitni učinak bilo kojeg antitijela zasniva se na njegovoj sposobnosti da se veže za određeni antigen. Vakcinacija, odnosno upotreba vakcine sa oslabljenim ili ubijenim uzročnicima zarazne bolesti, stimuliše stvaranje specifičnih antitela i stvara otpornost na ovu bolest.

Vjeruje se da se antitijela ne stvaraju u hemolimfi insekata. Međutim, uprkos tome, poznato je da vakcinacija efikasno štiti insekte od brojnih bolesti.

I. L. Serbinov je još 1913. godine izneo hipotezu o mogućnosti stvaranja imuniteta kod pčela primenom vakcine koja se unosi u organizam kroz usta. Kasnije su V.I. Poltev i G.V. Aleksandrova (1953) zabilježili da kada su odrasle pčele zaražene evropskim patogenom gljivičnog legla, razvile su imunitet nakon 10-12 dana.

Hemolimfa ispire sve organe i tkiva pčele, ujedinjujući ih u jedinstvenu cjelinu. Hormoni, enzimi i druge supstance ulaze u hemolimfu i raznose se po celom telu. Pod uticajem hormona nastaju procesi metamorfoze: transformacija larve u lutku i lutke u odraslu pčelu. Dakle, glavni metabolički procesi u tijelu pčele su direktno povezani sa hemolimfom.

Hemolimfa u određenoj mjeri obezbjeđuje termoregulaciju tijela. Pranjem područja povećane proizvodnje topline (prsni mišići), hemolimfa se zagrijava i prenosi tu toplinu na mjesta s nižom temperaturom.

Novi dizajn košnice omogućava vam da dobijete med „sa česme“ bez uznemiravanja pčela

Prethodna stranica -

Struktura biljnih i životinjskih ćelija

1. Prema građi ćelije sva živa bića se dijele na... ( Nuklearne i nenuklearne.)

2. Svaka ćelija spolja je prekrivena... ( Plazma membrana.)

3. Unutrašnje okruženje ćelije je... ( Citoplazma.)

4. Strukture koje su stalno prisutne u ćeliji nazivaju se... ( Organoidi.)

5. Organele uključene u formiranje i transport raznih organskih supstanci -
Ovo … ( Endoplazmatski retikulum.)

6. Organela uključena u unutarćelijsku probavu čestica hrane i mrtvih dijelova ćelije naziva se... ( Lizozom.)

7. Zeleni plastidi se zovu... ( Hloroplasti.)

8. Supstanca sadržana u hloroplastima naziva se... ( Hlorofil.)

9. Prozirni mjehurići ispunjeni ćelijskim sokom nazivaju se... ( Vakuole.)

10. Mesto nastanka proteina u ćelijama je... ( Ribosomi.)

11. Nasljedne informacije o datoj ćeliji se pohranjuju u... ( Core.)

12. Energija potrebna ćeliji se proizvodi u... ( Mitohondrije.)

13. Proces apsorpcije čvrstih čestica od strane ćelije naziva se... ( Fagocitoza.)

14. Proces apsorpcije tečnosti od strane ćelije naziva se... ( Pinocitoza.)

Biljna i životinjska tkiva

1. Grupa ćelija sličnih po strukturi, porijeklu i funkcijama naziva se... ( Tekstil.)

2. Ćelije tkiva su međusobno povezane... ( Međućelijska supstanca.)

3. Tkivo koje osigurava rast biljke zove se... ( Obrazovni.)

4. Kožicu lista i pluto formira... tkivo . (Pokrvnoy.)

5. Podršku biljnim organima obezbjeđuje... tkivo . (Mehanički.)

6. Kretanje vode i hranljivih materija vrši... tkivo. ( Conductive.)

7. Voda i minerali rastvoreni u njoj kreću se duž ... ( Provodni sudovi.)

8. Voda i rastvori organskih supstanci kreću se duž ... ( Sitaste cijevi.)

9. Spoljni omotač tela životinja formira... tkivo. ( Epitelni.)

10. Prisustvo velike količine međućelijske supstance između ćelija je svojstvo... tkiva. ( Vezivno.)

11. Kosti, hrskavica, krvna forma... tkivo. ( Vezivno.)

12. Životinjski mišići se sastoje od... tkiva. ( Mišićav.)

13. Glavna svojstva mišićnog tkiva su... i... ( Ekscitabilnost i kontraktilnost.)

14. Nervni sistem životinja sastoji se od... tkiva. ( Nervozan.)

15. Nervna ćelija se sastoji od tela, kratkog i dugog... ( Procesi.)

16. Glavna svojstva nervnog tkiva su... i... ( Ekscitabilnost i provodljivost.)

Organi cvjetnica

1. Dio biljnog tijela koji ima određenu građu i obavlja određene funkcije naziva se ... ( Orgulje.)

2. Korijenski sistemi su... i... ( Šipke i vlaknaste.)

3. Korenov sistem sa dobro definisanim glavnim korenom naziva se... ( Rod.)

4. Pšenica, pirinač, luk imaju... korenov sistem. ( vlaknaste.)

5. Korijeni su glavni, ... i ... ( Bočni i podređeni.)

6. Stabljika na kojoj se nalaze listovi i pupoljci naziva se... ( Bekstvo.)

7. List se sastoji od... i... ( Listna ploča i peteljka.)

8. Ako se na peteljci nalazi jedna lisna ploča, list se zove... ( Jednostavno.)

9. Ako peteljka ima nekoliko listova, onda se takav list naziva ... ( Tesko.)

10. Bodlje kaktusa i vitice graška su... lišće. ( Izmijenjeno.)

11. Formira se vjenčić cvijeta... ( Latice.)

12. Tučak se sastoji od...,... i... ( Stigma, stil i jajnik.)

13. Anter i filament su komponente... ( Stamens.)

14. Grupa cvijeća raspoređenih određenim redoslijedom naziva se... ( Inflorescencija.)

15. Cvijeće koje sadrži i tučak i prašnik naziva se... ( Biseksualac.)

16. Cvijeće koje sadrži samo tučke ili samo prašnike naziva se... ( Dioecious.)

17. Biljke čiji embrioni sjemena imaju dva kotiledona nazivaju se... ( Dicotyledons.)

18. Biljke čiji embrioni sjemena imaju jedan kotiledon nazivaju se... ( Monocots.)

19. Skladišno tkivo semena se zove... ( Endosperm.)

20. Organi koji vrše funkciju reprodukcije nazivaju se... ( Reproduktivne.)

21. Biljni organi čije su glavne funkcije ishrana i disanje nazivaju se... ( Vegetativno.)

Ishrana i probava

1. Proces u kome telo dobija supstance i energiju koje su mu potrebne naziva se... ( Ishrana.)

2. Proces transformacije složenih organskih supstanci hrane u jednostavnije koje su dostupne tijelu za apsorpciju naziva se ... ( Varenje.)

3. Zračna ishrana biljaka vrši se u procesu ... ( fotosinteza.)

4. Proces stvaranja složenih organskih supstanci u hloroplastima na svjetlosti naziva se ... ( fotosinteza.)

5. Biljke karakteriše vazduh i... ishrana. ( Zemlja.)

6. Glavni uslov za fotosintezu je prisustvo u ćelijama... ( Hlorofil.)

7. Životinje koje se hrane plodovima, sjemenkama i drugim biljnim organima nazivaju se... ( Biljojedi.)

8. Organizmi koji se hrane "zajedno" zovu se... ( Simbioti.)

9. Lisice, vukovi, sove prema načinu ishrane - ... ( Predators.)

11. Kod većine višećelijskih životinja, probavni sistem se sastoji od usne duplje –– > ... (nastavite redom). ( farynx––>jednjak––>želudac––> crijeva.)

12. Probavne žlijezde luče ... - supstance koje probavljaju hranu. ( Enzimi.)

13. Konačna probava hrane i njena apsorpcija u krv se dešava u ... ( crijeva.)

1. Proces razmjene gasova između tijela i okoline naziva se ... ( Dah.)

2. Tokom disanja,... se upija i izdiše... ( Kiseonik, ugljen-dioksid.)

3. Apsorpcija kisika cijelom površinom tijela je ... vrsta disanja. ( Cellular.)

4. Razmjena plinova u biljkama se odvija kroz... i... ( Stomati i leće.)

5. Rakovi i ribe dišu uz pomoć... ( Gill.)

6. Dišni organi insekata -... ( Traheja.)

7. Kod žabe disanje obavljaju pluća i ... ( Skin.)

8. Organi za disanje, koji izgledaju kao ćelijske vrećice i kroz koje prodiru krvni sudovi, nazivaju se... ( Pluća.)

Transport tvari u tijelu

1. Voda i minerali otopljeni u njoj kreću se u biljci duž ... ( Plovila.)

2. Organske tvari od listova do drugih biljnih organa kreću se duž ... ( Sito cijevi od limena.)

3. Transport kiseonika i hranljivih materija kod životinja uključuje... sistem . (Krv)

4. Krv se sastoji od ... i ... ( Plazma I krvne ćelije.)

5. Crvena krvna zrnca sadrže supstancu... ( Hemoglobin.)

6. Kiseonik se prenosi... krvnim ćelijama. ( Crveni.)

7. Zaštitnu funkciju – uništavanje patogenih bakterija – obavljaju... krvna zrnca. ( Bijelo.)

8. Kod insekata, ... teče kroz posude ... ( Hemolimfa.)

9. Sudovi koji prenose krv iz srca se zovu... ( Arterije.)

10. Sudovi koji prenose krv u srce se zovu... ( Beč.)

11. Najmanji krvni sudovi su... ( Kapilare.)

Metabolizam i energija

1. Složeni lanac transformacija supstanci, počevši od trenutka kada uđu u tijelo i završava se uklanjanjem produkata razgradnje, naziva se ... ( Metabolizam.)

2. Složene organske supstance se u organima razlažu na jednostavnije... ( Varenje.)

3. Raspadanje složenih supstanci je praćeno oslobađanjem... ( Energija.)

4. Životinje čiji je metabolizam spor i njihova tjelesna temperatura zavisi od temperature okoline nazivaju se... ( Hladnokrvnih.)

5. Životinje čiji je metabolizam aktivan, oslobađajući velike količine energije, su... ( Toplokrvni.)

Kostur i pokret

1. Postoje dvije glavne vrste skeleta: ... i... ( Eksterni i unutrašnji.)

2. Oklopi rakova, školjki mekušaca su natopljeni... ( Mineralne soli.)

3. Kostur insekata sastoji se uglavnom od... ( Chitina.)

4. Zakačen za skelet... ( Mišići.)

5. Skelet kičmenjaka je formiran od... ili... tkiva. ( Kost ili hrskavica.)

6. U biljkama potpornu funkciju obavlja... tkivo. ( Mehanički.)

7. Najjednostavniji organizmi kreću se uz pomoć... i... ( Trepavice I flagella.)

8. Lignje, hobotnice i jakobne kapice karakterizira... kretanje. ( Reaktivan.)

9. Kod riba i kitova glavni organ kretanja je... ( Repno peraje.)

10. Kretanje višećelijskih životinja se odvija zahvaljujući... ( Kontrakcija mišića.)

11. Razlika u vazdušnom pritisku iznad i ispod krila ptica stvara ..., zahvaljujući čemu je let moguć. ( Sila dizanja.)

Koordinacija i regulacija

1. Sposobnost organizama da reaguju na uticaje okoline naziva se... ( Razdražljivost.)

2. Odgovor tijela na iritaciju, koji se provodi uz učešće nervnog sistema, naziva se ... ( Reflex.)

3. Nervne ćelije hidre, u kontaktu jedna sa drugom, formiraju... nervni sistem. ( Mesh.)

4. Nervni sistem kišne gliste sastoji se od... i... ( Nervni ganglije i ventralna nervna vrpca.)

5. Kod kičmenjaka, nervni sistem se sastoji od...,... i... ( Kičmena moždina, mozak i nervi.)

6. Dio mozga odgovoran za koordinaciju pokreta zove se... ( Mali mozak.)

7. Složeni oblici ponašanja životinja nazivaju se... ( Instinkti.)

8. Refleksi koji se nasljeđuju nazivaju se... ( Bezuslovno.)

9. Refleksi stečeni tokom života nazivaju se... ( Uslovno.)

10. Talas ekscitacije koji se širi duž nerva naziva se... ( Nervni impuls.)

11. U regulaciji tjelesnih funkcija, pored nervnog sistema, ... učestvuje i sistem. ( Endokrine.)

12. Hemijske supstance koje luče endokrine žlezde nazivaju se... ( Hormoni.)

Seksualno razmnožavanje životinja

1. Polne ćelije koje učestvuju u reprodukciji nazivaju se... ( Gamete.)

2. Muške polne ćelije se zovu... ( Sperma.)

3. Ženske polne ćelije se zovu... ( Ovules.)

4. Proces fuzije zametnih ćelija naziva se... ( Gnojidba.)

5. Životinje kod kojih neke jedinke proizvode samo spermu, dok druge proizvode jaja, nazivaju se ... ( Dioecious.)

6. Pojedinci sposobne da istovremeno proizvode muške i ženske polne ćelije u svom telu nazivaju se..., ili... ( Biseksualac ili hermafrodit.)

7. Sposobnost embriona da se razvije iz neoplođenog jajeta naziva se... ( Partenogeneza.)

8. Oplođeno jaje se zove... ( Zigota.)

9. Genitalni organi muškaraca su... ( Testisi.)

10. Ženski genitalije –... ( Jajnici.)

Razmnožavanje biljaka

1. Biljke karakteriziraju dva načina razmnožavanja - ... i... ( Aseksualno i seksualno.)

2. Formiranje novih jedinki iz korijena ili izdanka naziva se ... ( Vegetativno razmnožavanje.)

3. Organ polnog razmnožavanja kod biljaka je... ( Flower.)

4. Proces kojim polen pada na žig tučka naziva se ... ( Oprašivanje.)

5. Fuzija zametnih ćelija se zove... ( Gnojidba.)

6. Spermatozoidi se razvijaju u... ( Polen zrna.)

7. Jaja se razvijaju u ..., koji se nalazi unutar ... ( Embrionalna vreća ovule; plodište jajnika.)

8. Prva sperma se spaja sa ..., a druga sperma se spaja sa ... ( Ovum; centralna ćelija.)

9. Kada se spermatozoid spoji sa jajetom, ... ( Zigota.)

10. Kada se sperma spoji sa centralnom ćelijom, ... ( Endosperm.)

11. Zidovi jajnika postaju zidovi... ( Fetus.)

12. Integument ovula pretvara se u... ( Sjemenski omotač.)

Rast i razvoj životinja

1. Razvoj od trenutka oplodnje do rođenja organizma naziva se ... ( Embrionalni.)

2. Faza podjele zigota na mnoge ćelije naziva se ... ( Razdvajanje.)

3. Sferni embrion sa šupljinom unutar naziva se ... ( Blastula.)

4. Faza formiranja tri klica u embrionu naziva se... ( Gastrula.)

5. Vanjski zametni sloj se zove... ( Ektoderm.)

6. Unutrašnji zametni sloj se zove... ( Endoderm.)

7. Srednji zametni sloj se zove... ( Mezoderm.)

8. Faza u kojoj dolazi do formiranja organskih sistema naziva se ... ( Neyrula.)

9. Razvoj organizma od trenutka njegovog rođenja do smrti naziva se ... ( Postembrionalni.)

Organizam i okolina

1. Nauka o odnosu između živih organizama i njihove okoline naziva se... ( Ekologija.)

2. Komponente životne sredine koje utiču na organizam nazivaju se..., ili... ( Faktori okoline, ili uh faktori životne sredine.)

3. Svjetlost, vjetar, vlaga, grad, salinitet, voda – to je... ( Neživi faktori.)

4. Faktori povezani sa uticajem živih organizama jedni na druge nazivaju se... ( Faktori žive prirode.)

5. Odnos "lisica-miš" je... ( Predation.)

6. Odnos "gljiva - drvo" je ... ( Simbioza.)

8. Nestanak šuma, životinjskih i biljnih vrsta uzrok je uticaja na prirodu... ( Ljudske aktivnosti.)

9. Zajednice životinja i biljaka koje dugo postoje na određenoj teritoriji, u interakciji jedna sa drugom i okolinom, formiraju... ( Ekosistem.)

Članak za konkurs "bio/mol/tekst": Reakcije ugljičnog dioksida u obliku CO 2 ili bikarbonata (HCO 3 −) u ćeliji kontroliraju karboanhidraza, najaktivniji poznati enzim, koji ubrzava reverzibilnu reakciju hidratacije atmosferskog CO 2. U ovom članku ćemo pogledati proces fotosinteze i ulogu karboanhidraze u njemu.

Da li je prerano?
Uzalud barem jedan
Zraka sunca na zemlji?
Ili nije ustao?
Preobraženi u njemu,
U smaragdnom lišću.
N.F. Shcherbina

Istorija procesa koji loš vazduh ponovo pretvara u dobar

Slika 1. Eksperiment D. Priestleya

Sam termin "fotosinteza" predložio je 1877. poznati njemački biljni fiziolog Wilhelm Pfeffer (1845-1920). Vjerovao je da zelene biljke stvaraju organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlosti i oslobađaju kisik. A energija sunčeve svjetlosti se apsorbira i transformira uz pomoć zelenog pigmenta hlorofil. Termin "hlorofil" predložili su 1818. godine francuski hemičari P. Pelletier i J. Cavantou. Nastaje od grčkih riječi "chloros" - zeleno - i "phyllon" - list. Istraživači su kasnije potvrdili da su za ishranu biljaka potrebni ugljični dioksid i voda, koji daju većinu mase biljke.

Fotosinteza je složen proces u više faza (slika 3). U kojoj fazi je tačno potrebna svetlosna energija? Pokazalo se da reakcija sinteze organskih tvari i uključivanje ugljičnog dioksida u sastav njihovih molekula ne zahtijeva direktno svjetlosnu energiju. Ove reakcije su se zvale mračno, iako hodaju ne samo po mraku, već i po svjetlu - samo im svjetlo nije potrebno.

Uloga fotosinteze u životu ljudskog društva

Poslednjih godina čovečanstvo se suočilo sa nedostatkom energetskih resursa. Predstojeće iscrpljivanje rezervi nafte i gasa navodi naučnike da traže nove, obnovljive izvore energije. Upotreba vodonika kao energenta otvara izuzetno atraktivne izglede. Vodik je izvor ekološki prihvatljive energije. Kada se sagori, nastaje samo voda: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O. Vodik proizvode više biljke i mnoge bakterije.

Što se tiče bakterija, većina njih živi u strogo anaerobnim uvjetima i ne mogu se koristiti za proizvodnju ovog plina u velikim količinama. Međutim, nedavno je u okeanu otkrivena vrsta aerobnih cijanobakterija koja je vrlo efikasna u proizvodnji vodonika. Cyanobacterium cyanothece 51142 kombinuje dva osnovna biohemijska puta odjednom - skladištenje energije tokom dana tokom fotosinteze i fiksaciju azota sa oslobađanjem vodonika i potrošnjom energije noću. Prinos vodonika, već prilično visok, dodatno je povećan u laboratorijskim uslovima „podešavanjem“ trajanja dnevnog svetla. Zabilježeni prinos od 150 mikromola vodonika po miligramu hlorofila na sat je najveći koji je uočen za cijanobakterije. Ako ove rezultate ekstrapoliramo na malo veći reaktor, prinos bi bio 900 ml vodika po litri bakterijske kulture za 48 sati. S jedne strane, čini se da to nije puno, ali ako zamislite reaktore s bakterijama koje rade punim kapacitetom rasprostranjene na hiljadama kvadratnih kilometara ekvatorijalnih okeana, onda konačna količina plina može biti impresivna.

Novi proces za proizvodnju vodonika zasniva se na pretvaranju energije ksiloze, najčešćeg jednostavnog šećera. Naučnici sa Virginia Tech-a uzeli su skup enzima iz brojnih mikroorganizama i stvorili jedinstveni sintetički enzim, koji nema analoga u prirodi, koji će im omogućiti da iz bilo koje biljke izvuku velike količine vodika. Na temperaturama od čak 50°C, ovaj enzim oslobađa neviđeno veliku količinu vodika koristeći ksilozu - otprilike tri puta više od najboljih modernih "mikrobnih" tehnika. Suština procesa je da energija pohranjena u ksilozi i polifosfatima cijepa molekule vode i proizvodi vodonik visoke čistoće, koji se odmah može poslati u gorivne ćelije koje proizvode električnu energiju. Rezultat je izuzetno efikasan, ekološki prihvatljiv proces koji zahtijeva malo energije samo za pokretanje reakcije. U smislu energetskog intenziteta, vodonik nije inferioran visokokvalitetnom benzinu. Biljni svijet je ogromna biohemijska biljka, koja zadivljuje obimom i raznovrsnošću biohemijskih sinteza.

Postoji još jedan način na koji ljudi koriste sunčevu energiju koju apsorbiraju biljke - direktna transformacija svjetlosne energije u električnu energiju. Sposobnost hlorofila da donira i dobije elektrone pod uticajem svetlosti leži u osnovi rada generatora koji sadrže hlorofil. Godine 1972. M. Calvin je iznio ideju ​​stvaranje fotoćelije u kojoj bi hlorofil služio kao izvor električne struje, sposoban da uzima elektrone iz nekih supstanci kada se osvijetli i prenese ih na druge. Trenutno su u toku mnoga razvoja u ovom pravcu. Na primjer, naučnik Andreas Mershin ( Andreas Mershin) i njegove kolege sa Massachusetts Institute of Technology kreirali su baterije zasnovane na kompleksu bioloških molekula koji sakupljaju svjetlost - fotosistem I iz cijanobakterije Thermosynecho coccuselongates(Sl. 4). Pod normalnom sunčevom svjetlošću, ćelije su pokazale napon otvorenog kola od 0,5 V, specifičnu snagu od 81 μW/cm 2 i gustinu fotostruje od 362 μA/cm 2 . A to je, prema pronalazačima, 10.000 puta više od bilo kojeg prethodno prikazanog biofotovoltaika zasnovanog na prirodnim fotosistemima.

Slika 4. Prostorna struktura fotosistema 1 (PS1). PS su važne komponente kompleksa odgovornih za fotosintezu u biljkama i algama. Sastoje se od nekoliko varijacija hlorofila i pratećih molekula – proteina, lipida i kofaktora. Ukupan broj molekula u takvom skupu je do više od dvije stotine.

Efikasnost dobijenih baterija bila je samo oko 0,1%. Ipak, kreatori čuda smatraju da je to važan korak ka masovnom uvođenju solarne energije u svakodnevni život. Uostalom, takvi uređaji se potencijalno mogu proizvesti po izuzetno niskim troškovima! Stvaranje fotonaponskih ćelija samo je početak u industrijskoj proizvodnji alternativnih vrsta energije za cijelo čovječanstvo.

Drugi važan zadatak biljne fotosinteze je opskrba ljudima organskim tvarima. I ne samo za potrošnju hrane, već i za farmaceutske proizvode, industrijsku proizvodnju papira, škroba itd. Fotosinteza je glavna ulazna tačka za neorganski ugljenik u biološki ciklus. Sav slobodni kiseonik u atmosferi je biogenog porekla i nusproizvod je fotosinteze. Formiranje oksidirajuće atmosfere (tzv katastrofa kiseonika) potpuno promijenio stanje zemljine površine, omogućio pojavu disanja, a kasnije, nakon formiranja ozonskog omotača, omogućio postojanje života na kopnu. S obzirom na važnost procesa fotosinteze, otkrivanje njegovog mehanizma jedan je od najvažnijih i najzanimljivijih problema s kojima se suočava fiziologija biljaka.

Pređimo na jedan od najzanimljivijih enzima koji rade “ispod haube” fotosinteze.

Najaktivniji enzim: volonter fotosinteze

U prirodnim uslovima, koncentracija CO 2 je prilično niska (0,04% ili 400 µl/l), pa je difuzija CO 2 iz atmosfere u unutrašnje vazdušne šupljine lista otežana. U uslovima niskih koncentracija ugljen-dioksida, značajnu ulogu u procesu njegove asimilacije tokom fotosinteze ima enzim karboanhidraze(KA). Vjerovatno CA pomaže da se osigura Ribuloza bisfosfat karboksilaza/oksigenaza(Rubisco, ili RuBisCO) supstrat (CO 2) pohranjen u stromi hloroplasta u obliku bikarbonatnog jona. Rubisco je jedan od najvažnijih enzima u prirodi, jer igra centralnu ulogu u glavnom mehanizmu ulaska neorganskog ugljika u biološki ciklus i smatra se najzastupljenijim enzimom na Zemlji.

Karboanhidraza je izuzetno važan biokatalizator, jedan od najaktivnijih enzima. CA katalizira reverzibilnu reakciju hidratacije CO 2 u ćeliji:

CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 = H + + HCO 3 − .

Reakcija karboanhidraze odvija se u dvije faze. U prvoj fazi nastaje bikarbonatni jon HCO 3 −. U drugoj fazi, proton se oslobađa, a to je ono što ograničava proces.

Hipotetički, CA biljnih stanica mogu obavljati različite fiziološke funkcije ovisno o njihovoj lokaciji. Tokom fotosinteze, pored brze konverzije HCO 3 - u CO 2, koja je neophodna za Rubisco, može ubrzati transport anorganskog ugljika kroz membrane, održati pH status u različitim dijelovima stanica, ublažiti promjene kiselosti kod stresnih situacije, regulišu transport elektrona i protona u hloroplastu.

Karboanhidraza je prisutna u gotovo svim proučavanim biljnim vrstama. Uprkos brojnim eksperimentalnim činjenicama koje govore u prilog učešća karboanhidraze u fotosintezi, ostaje da se razjasni konačni mehanizam učešća enzima u ovom procesu.

Velika "porodica" karboanhidraza

U višoj biljci Arabidopsis thaliana Otkriveno je 19 gena iz tri (od pet do sada identifikovanih) familija koje kodiraju karboanhidraze. CA koji pripadaju α-, β- i γ-familijama pronađeni su u višim biljkama. Pet CA iz γ-familije pronađeno je u mitohondrijima; CA iz β-familije pronađeni su u hloroplastima, mitohondrijima, citoplazmi i plazmalemi (slika 6). Od osam α-KA, sve što se zna je da se α-KA1 i α-KA4 nalaze u hloroplastima. Do danas su u hloroplastima viših biljaka otkrivene karboanhidraze α-KA1, α-KA4, β-KA1 i β-KA5. Od ova četiri CA poznata je samo jedna lokacija, a nalazi se u stromi hloroplasta (slika 6).

CA spadaju u metaloenzime koji sadrže atom metala na aktivnom mjestu. Tipično, metal koji je vezan za ligande CA reakcionog centra je cink. CA su potpuno različite jedna od druge na nivou tercijarne i kvartarne strukture (slika 7), ali ono što posebno iznenađuje je da su aktivni centri svih CA slični.

Slika 7. Kvartarna struktura predstavnika tri porodice CA. Zelenoα-heliksa su naznačeni, žuta- područja β-preklapanja, roze- atomi cinka u aktivnim centrima enzima. U strukturama α i γ-CA prevladava β-listna organizacija proteinske molekule, u strukturi β-CA preovlađuju α-zavoji.

Lokacija CA u biljnim ćelijama

Raznolikost CA oblika ukazuje na višestruke funkcije koje obavljaju u različitim dijelovima ćelije. Eksperiment baziran na označavanju CA zelenim fluorescentnim proteinom (GFP) korišten je za određivanje intracelularne lokacije šest β-karbonskih anhidraza. Karboanhidraza je genetski konstruisana da se stavi u isti „okvir za čitanje“ sa ZPB, a ekspresija ovog „povezanog“ gena je analizirana korišćenjem laserske konfokalne skenirajuće mikroskopije (slika 8). U mezofilnim ćelijama transgenih biljaka u kojima su β-KA1 i β-KA5 „povezani” sa ZPB, signal ZPB se u prostoru poklopio sa fluorescencijom hlorofila, što ukazuje na njegovu povezanost (kolokalizaciju) sa hloroplastima.

Slika 8. Mikrofotografija ćelija sa GFP, koji je „vezan“ za kodirajuću regiju β-KA1-6 gena. Zeleno I crveni signali pokazuju GFP fluorescenciju i autofluorescenciju hlorofila, respektivno. Žuta (desno) prikazana je kombinovana slika. Fluorescencija je snimljena konfokalnim mikroskopom.

Upotreba transgenih biljaka otvara široke mogućnosti za proučavanje učešća karboanhidraza u fotosintezi.

Koje bi mogle biti funkcije CA u fotosintezi?

Slika 9. Pigmentno-proteinski kompleksi PS1 i PS2 u tilakoidnoj membrani. Strelice prikazuje transport elektrona iz jednog sistema u drugi i produkte reakcije.

Poznato je da su bikarbonatni joni neophodni za normalan transport elektrona duž lanca transporta elektrona hloroplasta. QA →Fe 2+ → QB, gde je QA primarni, a QB sekundarni akceptor kinona, pri čemu se QB nalazi na strani akceptora fotosistema 2 (PS2) (slika 9). Brojne činjenice ukazuju na učešće ovih jona u oksidacionoj reakciji vode i na strani donora PS2. Prisustvo karboanhidraze u kompleksu PS2 pigment-protein, koje regulišu dovod bikarbonata do željenog mesta, moglo bi da obezbedi efikasno odvijanje ovih reakcija. Već je sugerisano da CA učestvuje u zaštiti PS2 od fotoinhibicije u uslovima intenzivnog osvetljenja tako što vezuje višak protona da bi se formirao nenabijeni CO 2 molekul, visoko rastvorljiv u lipidnoj fazi membrane. Prikazano je prisustvo CA u multienzimskom kompleksu koji fiksira CO 2 i vezuje ribulozu. bis fosfat karboksilaza/oksigenaza tilakoidne membrane. Pretpostavlja se da CA povezan sa membranom dehidrira bikarbonat, proizvodeći CO 2 . Nedavno je pokazano da se intratilakoidni protoni akumulirani na svjetlosti koriste u dehidraciji bikarbonata dodanog u suspenziju izolovanih tilakoida, a sugerirano je da se ova reakcija može dogoditi na površini strome membrane ako CA obezbjeđuje kanal za curenje protona iz lumena.

Iznenađujuće je da toliko toga zavisi od jedne cigle sistema. A otkrivanjem njegove lokacije i funkcije, cijeli sistem se može kontrolirati.

Zaključak

Za životinje, ugljični dioksid je neiskorišteni produkt metaboličkih reakcija, da tako kažemo, „ispuh“ koji se oslobađa prilikom „sagorijevanja“ organskih spojeva. Iznenađujuće, biljke i drugi fotosintetski organizmi koriste isti ugljični dioksid za biosintezu gotovo svih organskih tvari na Zemlji. Život na našoj planeti izgrađen je na bazi ugljičnog skeleta, a upravo je ugljični dioksid „cigla“ od koje je izgrađen ovaj kostur. A sudbina ugljen-dioksida – bilo da je uključen u organsku materiju ili se oslobađa tokom njenog raspadanja – je ta koja je u osnovi ciklusa supstanci na planeti (Sl. 10).

Književnost

1. Timiryazev K.A. Život biljaka. M.: "Selhoziz", 1936;
2. Artamonov V.I. Zanimljiva fiziologija biljaka. M.: "Agropromizdat", 1991;
3. Aliev D.A. i Guliev N.M. Biljna karboanhidraza. M.: “Nauka”, 1990;
4. Černov N.P. fotosinteza. Poglavlje: Struktura i nivoi organizacije proteina. M.: “Drofa”, 2007;
5. Bakterije za energiju vodika;
6. Barlow Z. (2013). Proboj u proizvodnji vodikovog goriva mogao bi revolucionirati tržište alternativne energije. Politehnički institut Virdžinije i Državni univerzitet;
7. Andreas Mershin, Kazuya Macumoto, Liselotte Kaiser, Daoyong Yu, Michael Vaughn, et. al.. (2012). Samostalni fotosistem-I biofotovoltaici na nanostrukturiranom TiO2 i ZnO. Sci Rep. 2 ;
8. David N. Silverman, Sven Lindskog. (1988). Katalitički mehanizam karboanhidraze: implikacije protolize vode koja ograničava brzinu. Acc. Chem. Res.. 21 , 30-36;
9. Leninger A. Osnove biohemije. M.: "Mir", 1985;
10. Ivanov B.N., Ignatova L.K., Romanova A.K. (2007). Raznolikost oblika i funkcija karboanhidraze u višim kopnenim biljkama. "Fiziologija biljaka". 54 , 1–21;
11. Anders Liljas, Martin Laurberg. (2000). Točak izumljen tri puta. EMBO izvještaji. 1 , 16-17;
12. Natalia N. Rudenko, Ljudmila K. Ignatova, Boris N. Ivanov. (2007). . Photosynth Res. 91 , 81-89;
13. NICOLAS FABRE, ILJA M REITER, NOELLE BECUWE-LINKA, BERNARD GENTY, DOMINIQUE RUMEAU. (2007). Karakterizacija i analiza ekspresije gena koji kodiraju? i ? karboanhidraze u Arabidopsisu. Okruženje biljnih ćelija. 30 , 617-629;
14. Fluorescentna Nobelova nagrada za hemiju;
15. Jack J. S. van Rensen, Chunhe Xu, Govindjee. (1999). Uloga bikarbonata u fotosistemu II, voda-plastohinon oksido-reduktaza fotosinteze biljaka. Physiol Plant. 105 , 585-592;
16. A. Villarejo. (2002). Karboanhidraza povezana sa fotosistemom II reguliše efikasnost fotosintetske evolucije kiseonika. The EMBO Journal. 21 , 1930-1938;
17. Judith A. Jebanathirajah, John R. Coleman. (1998). Povezanost karboanhidraze sa enzimskim kompleksom Calvinovog ciklusa u Nicotiana tabacum. Planta. 204 , 177-182;
18. Pronina N.A. i Semanenko V.E. (1984). Lokalizacija membranski vezanih i rastvorljivih oblika karboanhidraze u Chlorellaćelija. Fiziol. Rast. 31 , 241–251;
19. L. K. Ignatova, N. N. Rudenko, M. S. Kristin, B. N. Ivanov. (2006). Heterogeno porijeklo aktivnosti karboanhidraze tilakoidnih membrana. biohemija (Moskva). 71 , 525-532.