Транспорт воды в животных клетках кратко

Обновлено: 02.07.2024

Кровь – жидкая и подвижная соединительная ткань внутренней среды организма, которая состоит из плазмы (жидкой среды) и взвешенных в ней клеток(форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов).

Сердце – полый мышечный орган, который обеспечивает с помощью повторных ритмичных сокращений движение крови по кровеносным сосудам.

*Артерии – кровеносные сосуды, несущие кровь от сердца к органам.

*Вены – кровеносный сосуд, по которому кровь движется к сердцу

*Капилляры – самым тонким сосудом в организме человека и других животных. он участвует в обмене веществ между кровью и тканями.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Биология. 5 – 6 класс. Линия жизни / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, Г. С. Калинова, Г. Г. Швецов, З. Г. Гапонюк. – М.: Просвещение, 2018.
Биология в схемах и таблицах / А. Ю. Ионцева, А. В. Торгалов.
Введение в биологию: Неживые тела. Организмы: учеб. Для уч - ся 5 – 6 кл. общеобразоват. учеб. заведений / А. И. Никишов. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2012.
Биология. Живой организм. 5 - 6 классы: учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе / Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко, И. Я. Колесникова. – М.: Просвещение, 2013.
Биология. Обо всем живом. 5 класс: учебник / С. Н. Ловягин, А. А. Вахрушев, А. С. Раутиан. – М.: Баласс, 2014.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На сегодняшнем уроке мы продолжим изучение процессов жизнедеятельности живых организмов и познакомимся с тем, как осуществляется транспорт веществ у животных.

Вы уже знаете, что перенос веществ в организме – это жизненно-необходимый процесс. Если бы мы могли заглянуть внутрь живых организмов, то увидели бы следующее. В одноклеточных организмах животных (например, амеба, инфузория - туфелька) перемещение питательных веществ в клетке происходит за счет движения цитоплазмы. При этом у амебы происходит перекатывание цитоплазмы, а, следовательно, перемешивание питательных веществ. У инфузории - туфельки осуществляется круговое движение цитоплазмы, которое приводит к распределению веществ в клетке.

Многоклеточные животные для переноса веществ имеют особые системы органов.

У них перенос питательных веществ и газов выполняет кровь или гемолимфа, образуя особую систему – кровеносную. Она состоит из сердца и сосудов, по которым движется кровь. Например, дождевой червь имеет развитую кровеносную систему. Она состоит из сосудов, по которым движется кровь. Кровь – жидкость красного цвета, которая находится внутри кровеносных сосудов.

Кровь состоит из плазмы и клеток крови. Плазма – это бесцветная жидкость. Клетки крови делятся на красные – эритроциты, белые – лейкоциты и тромбоциты. Эритроциты придают крови красный цвет, так как в их состав входит особое вещество – пигмент гемоглобин. Соединяясь с кислородом, он разносит его по всему организму. Таким образом, осуществляя транспортную и дыхательную функции крови. Лейкоциты выполняют защитную функцию: они уничтожают попавшие в организм болезнетворные микроорганизмы. Тромбоциты участвуют в процессе свертывания крови, например, при ранении.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Установите последовательность движения крови по большому кругу кровообращения начиная с левого желудочка.

Правильный вариант ответа:

левый желудочек
аорта
артерия
капилляры
правое предсердие
вена.

Тип кровеносной системы

Особенности строения

Какая жидкость циркулирует

У каких животных имеется

Незамкнутая кровеносная система

Замкнутая кровеносная система

Транспортная жидкость на определённых участках выходит из сосудов и попадает в полость тела. Потом она снова собирается в сосудах
Транспортная жидкость циркулирует только по сосудам
Гемолимфа
Кровь
Членистоногие
Моллюски
Кольчатые черви
Позвоночные

Правильный вариант:

Тип кровеносной системы

Особенности строения

Какая жидкость циркулирует

У каких животных имеется

Незамкнутая кровеносная система

Транспортная жидкость на определённых участках выходит из сосудов и попадает в полость тела. Потом она снова собирается в сосудах.

Свойства воды и ее роль в клетке:

На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.

1. Вода определяет физические свойства клетки - ее объем, упругость.

2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.

3. Вода - хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.

4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.

Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Биологические функции воды:

транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.

вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.

За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.

Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты

• Аквапорины обеспечивают быстрый и селективный транспорт молекул воды через мембраны клетки

• Аквапорины являются тетрамерами, состоящими из четырех идентичных субъединиц, каждая из которых образует пору

• Селективный фильтр аквапорина характеризуется тремя главными особенностями (фильтрация по размеру, электростатическое отталкивание и ориентация диполей воды), которые обеспечивают его высокую селективность по отношению к воде

Вода представляет собой основной компонент нашего организма, на долю которого приходится 70% веса, и надлежащее ее распределение важно для поддержания баланса жидкости. Для протекания многих физиологических процессов необходим транспорт воды через клеточные мембраны. Однако пассивная диффузия воды через липидный бислой биологических мембран не поддается регуляции и характеризуется ограниченной проницаемостью и низкой скоростью.

Быстрый и селективный транспорт воды через мембраны клетки обеспечивается аквапоринами, которые представляют собой специальные трансмембранные каналы. Аквапорины консервативны во всех клетках — от бактерий до человека, и принадлежат к суперсемейству транспортных белков.

У животных аквапорины участвуют во многих физиологических процессах. Так, они обусловливают развитие чувства жажды; участвуют в концентрировании мочи почками, в пищеварении, регуляции температуры тела, секреции и абсорбции спинномозговой жидкости, выделении слез, слюны, пота и желчи, а также в размножении. Например, эпителиальные клетки почек реабсорбируют обратно в кровь 99% воды из первичной мочи, что предотвращает обезвоживание организма.

Схематическая структура и кристаллическое строение комплекса аквапоринового канала.
Комплекс состоит из четырех идентичных субъединиц, и каждая субъединица образует пору.
Кристаллическая структура построена на основании данных Protein Data Bank file 1J4N.
Масштаб структуры, видимой со стороны внеклеточного пространства, меньше, чем при виде сбоку.
Показано предполагаемое положение мембраны.

Если начинается обезвоживание, то клетки нефрона, чувствительные к изменению осмотического давления, обнаруживают повышение осмолярности внеклеточных жидкостей. В ответ стимулируется выброс из гипофиза гормона вазопрессина (антидиуретического гормона). Повышение уровня этого гормона в плазме приводит к уменьшению объема мочи и к ее концентрированию. Связывание вазопрессина с рецепторами клеточной мембраны приводит к быстрой экспрессии аквапорина-2 в апикальной мембране собирательных трубочек почек.

Это достигается слиянием внутриклеточных везикул, содержащих аквапорин-2, с апикальной мембраной эпителиальных клеток. Таким образом, в ответ на повышение осмотического градиента, которое наступает при обезвоживании, аквапорины увеличивают реабсорбцию воды из мочи в кровь.

Аквапорины являются гомотетрамерными водными каналами, которые регулируют транспорт воды, происходящий за счет осмотического градиента. В отличие от К+-каналов, в которых четыре субъединицы образуют одну пору, в аквапорине каждая субъединица образует независимую пору. Каждая субъединица аквапорина состоит из шести трансмембранных сегментов (M1, М2, М4, М5, М6, и М8), образующих тандемные повторы, каждый из которых, в свою очередь, состоит из трех сегментов. Петли, соединяющие второй и третий трансмембранные сегменты каждого повтора, содержат сигнатурную последовательность аспарагин-пролин-аланин (NPA), одинаковую для всех аквапоринов.

Эти две NPA-последовательности в центре водной поры располагаются рядом, образуя часть селективного фильтра. Одна субъединица аквапорина обладает крайне высокой способностью к транспорту воды, которая достигает 3 х 109 молекул в 1 с. В то же время транспорт других растворителей и ионов происходит с существенно меньшей скоростью. Необходимо отметить, что аквапорины содержат трансмембранный водяной канал, через который вода проходит с высокой скоростью и в обоих направлениях. В то же время этот канал не пропускает ионы и даже протоны в форме Н₃О+. Такая высокая селективная пропускная способность играет существенную роль в функционировании почек, поскольку одновременная реабсорбция воды и протонов привела бы к несовместимому с жизнью ацидозу.

Пора аквапорина подразделяется на три отдела: наружное устье, собственно узкая пора, содержащая селективный фильтр, и внутреннее устье размером 20 А. Эти три отдела формируют транспортный путь, форма которого напоминает часовое стекло. На рисунке ниже выделены остатки аминокислот, участвующие в образовании селективного фильтра. Большая часть стенки канала селективного фильтра построена гидрофобными остатками. Гидрофильные остатки имеют химические группы, необходимые для осуществления селективного транспорта молекул воды.

Кристаллическая структура субъединицы аквапоринового канала AQP1.
Показано предполагаемое положение мембраны. Остатки, входящие в селективный фильтр, обозначены желтым цветом.
Остальная часть белка представлена в виде петель и спиралей (цилиндров).
Использованы данные Protein Data Bank file 1J4N.

Поры аквапорина характеризуются тремя особенностями, которые обеспечивают им необходимую специфичность по отношению к молекулам воды (рисунок ниже, AQP1 человека):

• Ограничения размера. С внешней стороны мембраны в самой узкой точке устье поры достигает 2,8 А в диаметре. Эта область называется область сжатия. Молекулы воды транспортируются через эту область поодиночке, причем гидратированные ионы и протоны в пору не проходят.

• Электростатическое отталкивание. Положительный заряд остатков Arg 197, выстилающих пору, способствует электростатическому отталкиванию положительно заряженных молекул и не дает возможность ионам гидрония (Н3О+, образующимся при протонизации молекул воды) проходить через пору. Вместе с тем, в результате внемембранного перекрытия а-спиралей М3 и М7 возникают частичные положительные заряды, которые блокируют протонную проводимость.

• Ориентация диполей воды. Селективность увеличивается за счет реориентации диполей воды при образовании водородных связей с частичными положительными зарядами боковых цепей двух аспарагиновых остатков в последовательности NPA (Asn78 и Asn194), находящихся в центре канала. При этом молекулы приобретают определенную ориентацию, и создается второй барьер для входа в пору Н3О+. Способность аквапорина связывать воду приводит к снижению энергетического барьера для процессов транспорта преимущественно по гидрофобному пути. Однако количество актов взаимодействия и величина сродства недостаточны для того, чтобы обеспечить быстрый транспорт воды.

Перечисленные особенности селективного фильтра аквапорина обеспечивают быстрый транспорт воды через мембраны, причем протоны, находящиеся в форме Н₃О+, и другие ионы в пору не проходят.

Различные формы аквапорина играют важную роль в поддержании гомеостаза жидкостей на органном и системном уровнях. В почках экспрессируется несколько изоформ аквапорина, которые участвуют в абсорбции воды из канальцев. Аквапорин I присутствует в эпителиальных клетках проксимальных канальцев и нисходящих тонких участков петли Генле, где обеспечивается постоянная высокая проницаемость для молекул воды. В организме человека аквапорин-1 ежедневно обеспечивает концентрацию 180 л крови до объема 1,5 л, что соответствует объему выводимой мочи.

При этом, за счет реабсорбции через апикальную мембрану, около 178,5 л воды из первичного фильтрата возвращается в кровь (реабсорбция воды также происходит внеклеточным путем). У больных с генетическими дефектами аквапорина-1 процесс концентрации мочи нарушен. Экспрессия аквапорина-2 в эпителиальных клетках почек отличается от экспрессии аквапорина-1. Как отмечалось ранее в данном разделе, гормон вазопрессин стимулирует экспрессию аквапорина-2 в клетках собирательных трубочек, что приводит к концентрированию мочи. Повышение потребления воды или подавление секреции вазопрессина при потреблении больших количеств алкоголя или кофе приводит к экскреции почками больших количеств разбавленной мочи. У больных несахарным диабетом аквапориновые-2 каналы обладают генетическим дефектом. Такие больные ежедневно выделяют до 20 л мочи. В клетках головного мозга, расположенных рядом с небольшими кровеносными сосудами, экспрессируется аквапорин-4.

Он регулирует транспорт воды между паренхимой мозга и сосудами. Аквапорин-4 является потенциальной мишенью для лекарственных средств, используемых при отеке мозга, который часто определяет прогноз при травмах головы и инсульте. Аквапорин-0 экспрессируется только в волокнах хрусталика, и миссенс-мутации приводят к развитию у детей врожденных катаракт.

Область поры аквапоринового канала характеризуется тремя особенностями, которые обеспечивают селективный транспорт воды.
В рамке показана только одна молекула воды, проникшая в кристаллическую структуру.
Атом кислорода этой молекулы образует водородные связи с двумя боковыми цепями Asn.
Кристаллическая структура построена на основании данных Protein Data Bank file 1J4N.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Вода – одна из важнейших составляющих организма. Она входит в состав каждого органа и ткани, занимает 40% от общей массы животного. Даже костная ткань на 10% состоит из воды.

Воду, которая содержится в организме можно разделить на три группы:

Вода в жизни животных выступает основным веществом, которое участвует во всех жизненно важных процессах:

Функции воды в животном организме

Из всех веществ организма вода стоит на первом месте. Для животных она важна не только как компонент клетки, но и как часть среды обитания.

Передвижение и поглощение любых веществ внутри клетки, либо организма происходить с помощью Н2О. Благодаря воде удаляются продукты метаболизма, которые могут оказать токсическое воздействие при длительном накоплении.

Протекание метаболических процессов, осуществление гидролиза, то есть расщепление белков и углеводов, также не возможно без нее. Она принимает участие в формировании смазывающей жидкости и слизи, которые омывают кости и суставы.

Вода участвует в важном процессе – терморегуляции, благодаря которому животные могут поддерживать оптимальную температуру тела для своего организма.

Вода способна транспортировать необходимое количество тепла, в те ткани, где ее не хватает. В процессе испарения, организм, напротив охлаждается, и лишняя жидкость выводится из организма, вместе с потом.

Какие живые существа очищают воду?

Роль воды в жизни животных не ограничивается лишь ее содержанием в тканях и клетках, без чистой воды не сможет существовать никто на планете. Именно поэтому существуют природные очистители воды. Это не только растения, но и животные, благодаря которым водоемы остаются чистыми и пригодными для жизни. И их гораздо больше, чем можно представить.

Любая водная среда водоема богата следующими животными:

двухстворчатые моллюски беззубки;

Каждый из этих представителей своего вида имеет специальное приспособление, с помощью которого происходит фильтрация воды. Отфильтрованные частицы они употребляют в пищу. Благодаря мельчайшим фильтраторам вода перестает быть мутной и не цветет.

Двухстворчатая перловица имеет парный трубчатый орган в ротовой полости, через который происходит фильтрация воды. В результате удаляются не только мелкие живые организмы, но и отходы рыб, разлагающиеся остатки флоры. Вода становится светлее и чище, также из нее удаляются опасные для других обитателей паразиты.

Далее по цепи питания животных фильтраторов находится жук плавунец, который употребляет в пищу моллюсков и мелких ракообразных.

Замыкающей цепью такого разнообразия являются птицы, которые тоже исполняют роль чистильщиков. Например, серая цапля, зимородок, чайка, пеликан, буревестник и баклан. Благодаря специальной железе они способны фильтровать соленую воду, превращая ее в опресненную.

Большую роль в очищении играют различные виды рыб:

Индикатором чистоты водоема принято считать членистоногого рака, который питается мертвым планктоном и испорченным мясом.

Вода в жизни водных животных

Для жизни в воде животные выработали целый ряд приспособлений, ведь их среда обитания бедна кислородом и обладает высокой теплопроводностью.

Так как плотность воды значительно выше, чем у воздуха, то пропускать ее через жабры довольно сложно. Именно поэтому мелкие организмы дышат всей поверхностью тела.

Водная среда многообразна. В ней обитают и млекопитающие: киты, белые медведи, морские львы. Пресноводные: тритоны, саламандры, лягушки, червяги, омары.

Земноводные животные не способны существовать в соленой воде, так как она оказывает губительное влияние на их икру.

Лягушки не могут жить в соленой воде из-за того, что их кожа способна потерять влагу из-за большого количества соли, что приведет к смерти.

К пресмыкающимся, которые обитают в водной среде, можно отнести: змей, крокодилов, черепах, ящериц.

Но самую большую роль в жизни вода занимает у рыб. Это их основной дом, без которого невозможно их существование.

Не стоит забывать и о насекомых. Некоторые из них появляются на свет именно из водной личинки, например, комар или стрекоза.

Как животные пустыни добывают воду?

Природа удивительна, именно поэтому животные пустыни могут прожить долгое время без питья. Но не стоит принижать значение воды для животных, ведь даже верблюд не может прожить без нее дольше двух недель.

Например, тушканчик не употребляет воду в чистом виде. Жидкость в его организм поступает вместе с пищей. Верблюды запасаются пищей и водой, откладывая жир в свой горб. После, происходит растворение липидного слоя, который дает им энергию.

Но самое долго без воды может продержаться жираф, он способен не употреблять воду в чистом виде от 4 до 8 недель. Необходимая жидкость в организм поступает ему вместе с пищей.

Многие пустынные животные выбрали ночной образ жизни, чтобы избежать пагубного воздействия жары.

Хищники получают необходимую им воду, поедая своих жертв. Также не стоит забывать и об утренних капельках росы, которые являются источником питья для ящериц.

Птицы способны улетать на большие расстояния к водоемам, чтобы намочить перья и принести необходимую воду своим птенцам.

Вода – именно тот элемент, который делает нашу планету уникальной. Без нее не возможна жизнь, речь идет не только о водных обитателях, ведь без воды погибнет даже человек. По утверждению ученых, именно в воде зародилась жизнь, а лишь после перешла на сушу.

Несмотря на свою распространенность, водная среда хранит в себе много тайн, которые исследуются до сих пор.

Читайте также: