Дыхание - это универсальное свойство всего живого, что есть на Земле. Основным свойством дыхательного процесса является поглощение кислорода, взаимодействующего с органическими соединениями живых тканей с образованием воды и углекислоты. Дыхание растений сопровождается поглощением воды растительным организмом, а в окружающее пространство растения выделяют углекислоту.
При дыхании для выделения энергии растение расходует этот процесс является обратным фотосинтезу, когда в накапливаются питательные вещества. В дневные часы почти все растения производят кислород, однако в их клетках параллельно имеет место и дыхательный процесс, но он протекает менее интенсивно. Ночью дыхание растений происходит активнее, в отличие от фотосинтеза, который, без доступа света, прекращается.
Акт дыхания у растений
Растительная клетка и, соответственно, все растение в целом, существует при условии непрерывного притока пластических веществ и энергии. Акт дыхания, с химической точки зрения, складывается из многочисленных звеньев цепочки связанных окислительно-восстановительных реакций, которые происходят между клеточными органеллами и сопровождаются расщеплением веществ. Выделяемая при расщеплении энергия используется для питания растения.
Растений - это газообмен между непосредственно организмом растения и внешней средой через устьица листиков или чечевички в стволах деревьев. Органами дыхания более высокоорганизованных растений являются листья, стволы деревьев, стебли, каждая из клеток водорослей.
Тканевое дыхание
За у растений отвечают специальные структуры клеток - митохондрии. Эти органеллы существенно отличаются от таковых у животных, что можно объяснить особенностями процесса жизнедеятельности растений (образ жизни - прикрепленный, изменение метаболизма из-за переменчивых условий окружающей среды).
Поэтому дыхание растений сопровождается дополнительными путями окисления органических элементов, при которых продуцируются альтернативные ферменты. Алгоритм дыхания можно представить схематически как реакцию окисления до воды и углекислоты сахаров, благодаря поглощению кислорода. Это сопровождается выделением тепла, что отчетливо прослеживается при распускании цветов и прорастании семян. Дыхание растений - это не только поставка энергии для роста и дальнейшего развития растения. Роль дыхания очень важна. На промежуточных этапах дыхательного процесса образуются используемые затем при обмене веществ, например, пентоза и Дыхание и фотосинтез, несмотря на то, что противоположны по своей природе, взаимосвязаны, так как служат источниками таких энергетических носителей, как НАДФ-Н, АТФ и метаболитов в клетке. Вода, которая выделяется при дыхании, в засушливых условиях сохраняет растение от обезвоживания. При этом, если процесс слишком интенсивный, избыточное выделение дыхательной энергии в виде тепла может вызвать потерю сухого вещества живой клетки.
Выведение вредных веществ из организма происходит при дыхании, с потом, с мочой, калом, при помощи рвоты, слабительных средств и ряда лечебных процедур. Чрезмерная задержка вредных веществ в организме и их накопление вызывают потерю аппетита и являются причиной закупорок.
Так, при жажде появляются сухость во рту, головокружение, боль в сердце, потеря памяти. При нарушении отделения слюны и мокроты возникают болезни, исчезают силы, пропадает аппетит. При задержке чихания притупляется чувствительность, появляются головные боли, судороги в мышцах конечностей и затылка, при этом кривится рот, отвисает челюсть. При подавлении зевоты возникают такие же последствия, как и при задержке чихания. Голод вызывает головокружение и слабость. Избыток молочной кислоты ведет к усталости организма. Скопление газов вызывает запоры, опухоли, кишечную колику, ухудшает зрение, вызывает зябкость, различные сердечные заболевания. При задержке кала могут возникать головные боли и судорожные сокращения рук и ног. При задержке мочи образуются камни. При задержке спермы затрудняется мочеиспускание, развиваются простатит и импотенция. Недосыпание приводит к частой зевоте, слабости, тяжести в голове, несварению желудка, темноте в глазах.
При появлении этих нарушений необходимо голодать, вдыхать через рот дым алоэ и полоскать отваром алоэ рот. Очищать организм можно также рвотой и слабительными, но эти средства противопоказаны "людям с ослабленными мягкими тканями нижней части живота. Гиппократ рекомендовал вызывать рвоту не чаще двух раз подряд в течение месяца. Рвота извергает слизь и желчь, устраняет
несварение, очищает желудок (ведь у желудка нет такого очищающего фактора, каким является желчь для кишок), а также освобождает от тяжести в голове, проясняет зрение, укрепляет тело, помогает при язвах, образующихся в почках и мочевом пузыре. Это сильное лечебное средство при проказе, плохом цвете лица и желудочной эпилепсии, желтухе, паркинсонизме и параличе. Оно же является прекрасным средством лечения больных лишаями. К рвоте прибегают раз в месяц при наполнении желудка без соблюдения определенной периодичности. После рвоты необходимо промыть рот и лицо уксусом, разведенным водой, чтобы избавиться от тяжести в голове.
Слабительные средства нельзя принимать, если в кишечнике находятся сухие излишки (как бывает при запоре), сначала надо вывести твердые массы при помощи клизм или разжижающих средств.
Например, пользование баней в течение нескольких дней до принятия слабительного оказывает разжижающее действие на излишки, однако необходимо, чтобы между посещением бани и приемом лекарства прошло небольшое время. Слабительный отвар нужно пить в теплом виде, после чего согреть желудок и стопы, немного подвигаться. При этом надо периодически пить небольшими глотками горячую воду в таком количестве, которое не помешало бы действию лекарства. Принявший слабительное не должен есть и пить, пока лекарство не перестанет действовать. В это время нельзя спать. Запах изо рта от принятого лекарства устраняется порошком ячменного толокна. Слабительное полезнее принимать весной или осенью.
Более подробно об очищающих процедурах сказано в разделе «Лечебные процедуры».
Тибетская медицина выделяет ряд общих принципов сохранения здоровья:
Содержи в чистоте тело, часто купайся. Купание усиливает страсть, силу, продлевает жизнь, смывает пот, грязь, запах, снимает усталость, удаляет жажду и жар;
Содержи в чистоте язык и душу, гони от них грехи. Отказывайся от плохих дел, как бы тебя ни подстрекали, совершай хорошие дела, как бы тебе ни препятствовали. Не все услышанное принимай за истину, а проверяй основательно. Все, что услышишь, произнеси про себя и сделай краткий вывод. Женщин не слушай, слова свои подавай им веско;
От любящих и верных не таись, разговаривай открыто. Будь нетороплив, но тверд, мирно и быстро вступай в общение. Врагам спуску не давай, но усмиряй их благородным способом. Храни дружбу, привязанности, не забывай о благодеяний. Уважай учителя, отца, дядю, вообще всех стариков. Живи умом и сердцем в согласии с земляками, родственниками, друзьями;
Неправоту свою и поражение признавай, а если сам победишь - будь сдержанным. Если мудр - не зазнавайся, а если богат-знай меру. Низких не попирай, высоким не завидуй. Дружбы и вражды с негодяями избегай. На чужое не зарься;
Остерегайся ошибок и грехов. Чтобы потом не раскаиваться, дурным людям власть не давай. Силы душевные не трать, но нравом будь широк. Страдающим, больным и бедным помогай чем можешь. Ко всем, начиная с червей, относись, как к себе. Улыбайся честно и искренне, говори прямо.
Инструкция
В человеческом организме дыханием называется процесс вентиляции легких, во время которого происходит интенсивный газообмен между атмосферным воздухом и кровью. Механизм дыхания можно условно разделить на две составляющие: физиологическую и биохимическую. Кроме того, во время дыхания в организме происходит множество самых разнообразных процессов, обеспечивающих как жизнедеятельность, так и восприятие окружающего мира.
Сама механика дыхательного процесса довольно проста. В грудной клетке человеческого организма имеется замкнутая полость, внутри которой располагаются самые крупные органы - легкие. Внутреннее давление в грудной клетке значительно ниже атмосферного, а поэтому поверхность легких плотно прилегает к внутренним стенкам свободного пространства. Таким образом, расширение и сужение объема легких происходит за счет камеры, в которой они расположены.
Можно выделить два типа дыхания, которые классифицируются по принципу расширения внутренней полости. Это грудной тип дыхания, при котором область грудной клетки расширяется поднятием ребер, и брюшной тип, в процессе которого участвует диафрагма - тонкая пластина, грудную полость от брюшной. Диафрагма имеет выпуклую форму и ее купол направлен кверху. При сокращении мышц брюшной полости она растягивается и выравнивается, за счет чего происходит расширение объема грудной клетки.
Внутренняя структура легких напоминает очень мягкую губку, которая состоит из несметного количества кровеносных сосудов с очень тонкими стенками, способными пропускать сквозь себя молекулы газов. Такие сосуды называют альвеолами, а их - обеспечивать посредственный контакт крови с атмосферным воздухом.
В крови содержатся три типа кровяных телец. Эритроциты, или красные кровяные тельца, содержат гемоглобин - сложный белок с высоким содержанием низковалентного железа. Основная функция - обратимое присоединение к себе молекул газов и их последующий перенос в ткани живого организма. Таким образом, при попадании в альвеолу кровяной клетки, в которой содержится гемоглобин, последний присоединяет к себе несколько молекул кислорода и транспортирует их в организм. В процессе обмена веществ происходит сжигание кислорода, в результате чего образуется углекислый газ. он, в свою очередь, также присоединяется к гемоглобину и переносится обратно в альвеолы легких, где и происходит его в выдыхаемый воздух.
В процессе дыхания осуществляется не только газообмен. Поток воздуха, проходящий через верхние дыхательные пути, активизирует работу рецепторов, реагирующих на его химический состав. Так человек чувствует запахи. При произнесении речи голосовые связки лишь регулируют тембр голоса и обеспечивают генерацию гласных звуков, в то время как легкие, при выдыхании, обеспечивают необходимое давление воздуха, благодаря чему становится возможным произношение согласных звуков, а также появляется сила голоса.
Ответы к школьным учебникам
Дыхание - это цепь процессов, происходящих в организме растений и животных, при которых поглощается кислород, выделяются углекислый газ и вода, а также энергия, обеспечивающая жизнедеятельность организма.
2. Как дышат растения?
3. Что такое устьица и чечевички?
У растений для осуществления дыхания имеются специальные приспособления и органы. У цветковых растений - это устьица и чечевички. Устьице - щелевидное отверстие в кожице листа, окруженное двумя замыкающими клетками. Устьица обычно располагаются на нижней стороне листа. Когда устьичные щели открываются, кислород поступает внутрьлиста, а из него выделяется углекислый газ. Стебель растения дышит через специальные отверстия среди клеток коры - чечевички.
Встречаются у растений и дополнительные приспособления: так, у болотного кипариса, растущего на переувлажненной почве, развиваются дыхательные корни.
4. В чем суть клеточного дыхания?
Самый простой тип дыхания - клеточный. Одноклеточные организмы - как растения, так и животные - поглощают растворенный в воде кислород всей поверхностью своего тела. Образующиеся в процессе дыхания углекислый газ и вода выделяются сквозь оболочки непосредственно в воду.
5. Какие животные имеют кожное дыхание?
Несмотря на наличие сложных органов дыхания, у позвоночных имеется и кожное дыхание. У лягушки оно даже преобладает над легочным, и при его нарушении лягушка с неповрежденными легкими погибает. Безлегочные саламандры также дышат кожей, так как легкие у них отсутствуют. Дышит кожей и человек; у него на долю кожного дыхания приходится около 1-2% от его общего объема.
6. Как дышат насекомые?
У насекомых в каждом сегменте брюшка имеется пара дыхалец - отверстий, от которых внутрь отходят ветвящиеся трубочки - трахеи. Они буквально пронизывают все тело. По этим трахеям в клетки тела насекомого поступает воздух, богатый кислородом.
7. Какое дыхание у рыб?
Рыбы дышат жабрами - особыми разветвленными кожными выростами тела. Заглатывая ртом воду и проталкивая ее через жаберные щели, рыба создает в них постоянный ток воды. Жабры пронизаны множеством кровеносных сосудов. Из омывающей жабры воды в кровь поступает кислород, а из крови в воду удаляется углекислый газ.
8. Как устроены легкие?
Легкие позвоночных имеют вид ячеистых мешков, пронизанных бесчисленным множеством кровеносных сосудов. Ячеистое строение позволяет увеличить внутреннюю поверхность легких во много раз.
9. Как дышат одноклеточные животные?
Одноклеточные организмы поглощают растворенный в воде кислород всей поверхностью своего тела (клеточный тип дыхания). Образующийся в процессе дыхания углекислый газ выделяется сквозь оболочки непосредственно в воду.
10. В чем сходство дыхания растений и животных?
И животные и растения при дыхании поглощают кислород, выделяют углекислый газ; в результате дыхания происходит расщепление органических веществ и выделение энергии, которая используется организмами на процессы жизнедеятельности.
Дыхание является универсальным физиологическим процессом, присущим всем живым организмам: бактериям, животным, растениям.
У растений дыхание выполняет две важные биологические функции. Во-первых, оно обеспечивает растение энергией в форме АТФ. Во-вторых, дыхание является многоэтапным процессом, в ходе которого образуются многочисленные промежуточные вещества, которые сами по себе представляют ценность для метаболизма растений. Они направляются на те или иные биохимические реакции. Эта функция дыхания может быть определена как создание метаболического фонда растения.
Суммарное уравнение процесса дыхания имеет следующий вид:
Это уравнение, которое показывает только начальные и конечные продукты процесса, свидетельствует, что дыхание является окислением органических веществ, в ходе которого сложное органическое вещество распадется до углекислого газа и воды с получением химической энергии.
При дыхании происходит распад органических веществ, и поэтому за биохимической сути дыхания противоположное фотосинтеза. Итак, продукция фотосинтетического процесса расходуется по двум каналам: основная часть образованных при фотосинтезе органических веществ направляется на строительство самого тела растения, а другая (меньшая чаще) включается в дыхательный процесс для освобождения связанной в этих веществах энергии.
Энергия, которая высвобождается в процессе дыхания, частично выделяется в виде тепла, а часть - накапливается в виде химической энергии, которая связывается и сохраняется в форме АТФ. Этот процесс называют окислительным фосфорилированием . Ему соответствует уравнение:
Синтез АТФ, их зарядка энергией - это основная функция дыхательного процесса. Схема на рис. 3.13 показывает разнообразие задач, решаемых при дыхании у растений благодаря продуцированию АТФ.
При дыхании расходуются органические вещества, и вес растения уменьшается. Так, например, если зерно кукурузы при посеве ва жить0,529 г, то после двух дней прорастания его вес равен всего 0,290 г. За это время оно тратит на дыхание почти 45% запасных питательных веществ.
Дыхание обуславливает и изменение состава воздуха вокруг растения. Количество кислорода снижается (он расходуется при дыхании), а количество
Рис. 3.13.
углекислого газа возрастает (при дыхании он выделяется). Связано дыхания и с производством тепловой энергии. Обычно ее выделяется немного, но при дыхании прорастающих семян количество выделенного тепла может быть настолько большой, что семена нагреваться до температуры 60-90 ° С.
Локализация дыхания
В отличие от животных и человека растения не имеют специальных органов или структур, выполняющих функцию дыхания. Его осуществляют все живые клетки, в протопласте которых есть специальные органеллы, ответственные за функцию дыхания - митохондрии, их количество в отдельной клетке колеблется от 50 до 5000 штук.
Химизм дыхания
Дыхание является сложным окислительно-восстановительным процессом, происходит в несколько этапов. В течение него начальный дыхательный материал последовательно через систему взаимосвязанных реакций окисляется с выделением энергии. Энергия, как отмечалось выше, идет на синтез АДФ.
В зависимости от свойств дыхательного материала, генетических особенностей растений и других факторов дыхания может осуществляться различными способами. При окислении углеводов, которое у растений реализуется чаще, дыхание происходит в два последовательных этапа.
На первом этапе начальный дыхательный материал окисляется в бескислородной, то есть анаэробных, условиях до пировиноградной кислоты. Этот процесс получил название гликолиза. На втором этапе пировиноградная кислота окисляется до углекислого газа с участием кислорода, то есть в аэробных условиях. Этот процесс был открыт и изучен английским ученым немецкого происхождения Г. Кребса. За это достижение в 1953 году ученый получил Нобелевскую премию, а сам комплекс преобразований получил название цикла Кребса .
Гликолиз . Гликолиз представлен рядом последовательных реакций. Локализованный он не в митохондриях, а обычно в цитозоле клеток. Общая схема преобразования веществ при гликолизе приведена на рис. 3.14.
При гликолизе глюкоза сначала испытывает процесса фосфорилирования с образованием глюкозофосфатата расходом одной молекулы АТФ, повышает ее реакционную способность, а затем превращается в фрукто- зофосфат с помощью фермента изомеразы. Фруктозофосфат еще раз подвергается фосфорилированию с образованием фруктозодифосфата. На этот процесс уходит еще одна молекула АТФ.
Следующий этап гликолиза заключается в расщеплении фруктозодифосфата ферментом альдолазы на две триозы - фосфо глицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Эти два вещества могут взаимно превращаться друг на друга под действием соответствующей изомеразы, так что всегда поддерживается их соотношение 1: 1, и по мере расходования фосфоглицеринового альдегида его фонд пополняется за счет фосфодиоксиацетон.
В дальнейшем в кислорода тельный процесс вовлекается только фосфоглицеринового альдегид. Под действием ферментного комплекса, содержит специальный ферментфосфоглицерин-альдегид-дегидрогеназу, он без участия кислорода воздуха окисляется с одновременным дополнительным фосфорилированием к дифосфоглицериновой кислоты.
Рис. 3.14.
Дифосфоглицериновая кислота, в процессе дальнейших преобразований дефосфорилируется с синтезом молекул АТФ и превращается в пировиноградную кислоту. В результате гликолиза из одной молекулы моносахарида образуется две молекулы пировиноградной кислоты. Углекислый газ в этом первом "этапе дыхательного процесса не выделяется. Чистая энергетическая производительность гликолиза составляет две молекулы АТФ.
Цикл Кребса. В цикле Кребса пировиноградная кислота вступает в ряд циклических преобразований, в ходе которых образуется несколько трех- и дикарбоновых кислот. Общая схема химических превращений веществ в цикле Кребса показана на рис. 3.15.
Рис. 3.15.
Ключевую роль в аэробной фазе дыхания играют реакции декарбоксилирования, ведущих к укорачиванию цепочки углеродных атомов в пировиноградной кислоты и выделения углекислого газа. Дальнейшие реакции цикла Кребса связанные с восстановлением запаса щавелевоуксусная кислоты, необходимой для включения в циклические реакции уксусной кислоты. Всего при окислении одной молекулы пировиноградной кислоты выделяется три молекулы СО2.
Основные звенья электронно-транспортных цепей составляют ферменты оксиредуктазы. Все ферменты - участники электронно-транспортной цепи является бужами за исключением убихинона, который по химической природе липидов.
Всего в цикле Кребса образуется 36 молекул АТФ. Вместе с гликолизом это дает 38 молекул АТФ. Принимая энергетическую ценность одной молекулы АТФ в 7 ккал, видим, что дыхание освобождает от дыхательного материала 266 ккал химической энергии.
Оценивая биохимические особенности дыхания растений, следует отметить, что оно обеспечивает растения химической энергией и связывает между собой различные звенья метаболизма растений. Важной чертой дыхания растения является его полифункциональность, которая заключается в способности привлекать к окислительной диссимиляции различные вещества от углеводов к белкам.
Биохимическая функция дыхания, как отмечалось выше, не ограничивается производством энергии для растения. Этот процесс представляет собой одну из центральных звеньев обмена веществ, потребляя широкий круг метаболитов и одновременно поставляя для обмена углеводов, липидов и белков ряд важнейших продуктов, которые используются для построения сложных органических соединений. В первую очередь из-за цикл Кребса связываются между собой углеводный, липидный и белковый обмен.
