Дія електричного струму на клітини рослин та інших живих істот реферат
Обновлено: 30.06.2024
Механизм создания АТФ оставался загадкой долгие годы, пока не обнаружилось, что данный процесс по сути своей является электрическим. В обоих случаях: и для дыхательной цепи (набора белков, которые осуществляют окисление субстратов кислородом) и для аналогичного фотосинтетического каскада, — генерируется ток протонов через мембрану, в которую погружены белки. Токи обеспечивают энергией синтез АТФ, а также служат источником энергии для некоторых видов работы. В современной биоэнергетике принято считать АТФ и протонный ток (точнее, протонный потенциал) альтернативными и взаимно конвертируемыми энергетическими валютами. Некоторые функции оплачиваются одной валютой, другие – второй.
Еще несколько лет споров и дотошных проверок в разных лабораториях по всему свету — и идеи Митчелла, наконец, были признаны. Он был принят в Королевское общество Великобритании (и соответственно, стал сэром), получил множество престижных международных наград, а в 1978 г. был удостоен Нобелевской премии, которая, вопреки традициям, на сей раз была вручена не за открытие нового явления, а за догадку о его существовании.
Поразительные успехи рентгеноструктурного анализа белков позволили увидеть полные пространственные структуры отдельных белковых комплексов, входящих в состав дыхательной цепи. Белки цепи переноса электронов, локализованные в мембранах митохондрий, способны менять свой спектр поглощения, получая и отдавая электроны. Микроспектральные методы позволяют проследить последовательность передачи электронов по цепочке белков и выяснить, в каких именно местах часть свободной энергии электронов используется для синтеза АТФ.
Согласно идее Митчелла, для синтеза АТФ из АДФ и фосфата в мембранах митохондрий используется электрическая энергия. Следовательно, если снять разность потенциалов через мембрану, можно предположить, что синтез прекратится. Именно такой эффект был продемонстрирован в ходе экспериментов на искусственных мембранах с использованием специально синтезированных ионов, резко повышающих проводимость мембран для протонов.
Одни из первых экспериментальных доказательств верности гипотезы Митчелла были получены в нашей стране под руководством Е.А. Либермана и В.П. Скулачева. В качестве индикаторов изменений электрического поля на мембране были использованы синтетические ионы, отличающиеся по своей природе и знаку заряда, но сходные в одном: все они легко проникали через фосфолипидную пленку. После многих попыток сложилась следующая изящная экспериментальная модель.
Еще более убедительная экспериментальная модель, позволяющая проводить прямые измерения электрического тока, генерируемого клеточными органеллами и отдельными белками, была разработана и успешно использована Л.А. Драчевым, А.А. Кауленом и В.П. Скулачевым. Частицы, генерирующие электрический ток (митохондрии, хроматофоры бактерий или липидные пузырьки с встроенными в них индивидуальными белками), заставляли слипаться с плоской искусственной мембраной. После этого протонный ток, созданный молекулами-генераторами в ответ на вспышку света или добавление соответствующих химических субстратов, обнаруживался напрямую измерительными электродами по обе стороны искусственной мембраны.
В 1973 г. У. Стокениус и Д. Остерхельт из США открыли необычный светочувствительный белок в мембранах фиолетовых бактерий, обитающих в соленых озерах Калифорнийских пустынь. Этот белок, подобно зрительному пигменту глаза животных – родопсину, — содержал производное витамина А – ретиналь, за что и был назван бактериородопсином. Американские ученые Рэкер и Стокениус изящно продемонтрировали участие бактериородопсина в энергетическом сопряжении. Объединив в модельной фосфолипидной мембране только что открытый светочувствительный белок фиолетовых бактерий с АТФ-синтазой, они получили молекулярный ансамбль, способный синтезировать АТФ при включении света.
Бактериородопсин оказался на редкость стабильным электрическим генератором: он продолжал работать при нагревании до 100 о С и даже в 0,1 N кислоте. В ходе опытов с бактериородопсином электрическая часть хемиосмотической гипотезы получила свое окончательное подтверждение.
После множества придирчивых проверок теория П. Митчелла была признана абсолютно корректной, и ее рамки были расширены далеко за пределы сопряжения в цепях переноса электрона с синтезом АТФ. Ученому с самого начала было ясно, что циркуляция протонов может поддерживать множество видов работы при посредстве мембранных белков.
Представим себе, например, белок, транспортирующий субстрат S. Если у белка есть два функциональных места, одно для S, другое для протона, так что поток S сопряжен с потоком протона, до движущая сила для протона оказывается приложенной и к S. Тогда транспорт протона будет не только облегчать перенос S через мембрану, но и действовать как насос, аккумулирующий субстрат внутри пузырька.
Главный вывод, к которому пришли исследователи: работа молекулярных моторов вряд ли основана на новых физических или химических принципах, однако, похоже, что для каждого типа белковых моторов придется создавать свое теоретическое описание.
У электрической энергетики живой клетки есть еще одно очень важное свойство. При хемиосмотическом сопряжении энергии и работы не требуется прямого контакта между специфическим белком, создающим разность потенциалов через мембрану, и белком, совершающим какой-то вид работы: поток ионов или метаболитов обеспечит сопряжение двух векторных реакций на расстоянии при условии, что они соответствующим образом ориентированы в одной и той же мембране. Данное свойство успешно используется живыми клетками в митохондриальных сетях, работающих как электрические кабели. Учеными под руководством В.П. Скулачева митохондриальные сети были выявлены у разных типов клеток и исследованы с помощью современных методов электронной микроскопии, прижизненных флуоресцентных зондов, лазерной микрохирургии.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Вплив електричного струму на організм людини
Підступність електрики полягає в тому, що вона не має видимих ознак, що вказують на небезпеку. Тому людина найчастіше занадто пізно розуміє, що опинилася в зоні дії електричного струму.
За кожною електротравмою, і особливо тяжкою, стоять трагедія особи, сім’ї, суспільства, значні матеріальні витрати і втрати трудових ресурсів, несприятливі для суспільства морально - етичні та суспільно-політичні наслідки. Щоб запобігти цьому, перш за все, потрібно кожному бути знайомим із засобами і методами захисту від електричного струму.
З побутової техніки найбільш небезпечні пральні машини: вони встановлюються у вологому приміщенні, поблизу водопроводу, і електричний кабель кидається, як правило, просто на підлогу. Небезпечні електронагрівачі. Електричні прилади, що мають металевий корпус, небезпечніше прилади в корпусі з пластмаси. У домашніх умовах трапляються смертельні результати із-за одночасного дотику до пошкодженого електроприладу і до батареї водяного опалювання або водопровідної труби. (Висновок: всі труби покривати товстим шаром фарби.)
Перед включенням електричної вилки в розетку переконайтеся, що вона саме від того приладу, який Ви збираєтеся включити. Також після висмикування вилки з розетки перевірте, що не помилилися. Якщо дроти, шнури від сусідніх пристроїв схожі, зробіть їх різними: оберніть ізоляційною стрічкою або пофарбуйте. Не беріться за електричну вилку мокрою рукою. Не забивайте цвях в стіну, якщо не знаєте, де проходіт прихована електропроводка. Стежте за тим, щоб розетки і інші роз'єми не іскрили, не не грілися, не потріскували. Якщо контакти потемніли, почистіть їх і усуньте причину нещільного з'єднання.
Якщо ви побачите лежить на землі провід - ні в якому разі не можна до нього наближатися, небезпечна зона може бути від 5-8 метрів навколо точки дотику проводу із землею і більше, залежно від класу напруги лінії і стану землі (мокра земля збільшує простір розтікання електричного струму).
Не рекомендується ходити під високовольтними лініями електропередачі. Створювана ними в повітрі електрична напруга шкідливо діє на організм. Не слід наближатися до обірваного дроту: може уразити крокова напруга.
Фактори, що діють на тяжкість ураження електричним струмом До цих факторів відносяться: сила, тривалість дії струму, його вид (постійний, змінний), шляхи проходження, також умови навколишнього середовища та ін. Сила струму і тривалість дії Зі збільшенням сили струму з'являються реакції організму: відчуття, судорожне скорочення м'язів і фібриляція серця. Шлях струму Ураження буде найбільш тяжким, якщо на шляху електричного струму виявляються серце, грудна клітка, головний і спинний мозок. Наприклад, при протіканні струму шляхом "нога-нога" через серце проходить 0,4% загального струму, а шляхом "рука-рука" – 3,3%.
Вид струму Електричний струм промислової частоти є найбільш несприятливим. При збільшенні і зменшенні частоти (більше 50 Гц) значення відчутного і невідпускаючого струму зростають. Довкілля Вологість і температура повітря, наявність заземлених металевих конструкцій і підлоги, струмоведучого пилу надають додатковий вплив на умови електробезпеки. Ступінь ураження електричним струмом залежить і від площі контакту людини зі струмоведучими частинами.
Має значення проходження струму через тіло і особливо місця входу і виходу струму. Із можливих шляхів проходення струму через тіло людини найбільш небезпечним є той, при якому вражається головний мозок (голова-руки, голова-ноги), серце і легені (руки-ноги). Але відомі випадки смертельних уражень електричним струмом, коли струм зовсім не проходив через серце, легені, а йшов, наприклад, через палець або через дві точки на гомілці. Це пояснюється існуванням на тілі людини особливо уразливих точок, які використовують при лікуванні голкотерапією.
Внаслідок дії електричного струму або електричної дуги виникає електротравма. Електротравми умовно поділяють на загальні і місцеві. До місцевих травм належать опіки, електричні знаки, електрометалізація шкіри, механічні пошкодження, а також електрофтальмія (запалення очей внаслідок впливу ультрафіолетових променів електричної дуги). Загальні електротравми називають також електричними ударами. Вони є найбільш небезпечним видом електротравм. При електричних ударах виникає збудження живих тканин, судомне скорочення м’язів, параліч м’язів опорно- рухового апарату, м’язів грудної клітки (дихальних), м’язів шлуночків серця.
Розрізняють три ступені впливу струму при проходженні через організм людини (змінний струм): відчутний струм – початок болісних відчуттів (до 0-1,5 мА); невідпускний струм – судоми і біль, важке дихання (10-15 мА); фібриляційний струм – фібриляція серця при тривалості діє струму 2-3с, параліч дихання (90-100 мА).
Змінний струм небезпечніший за постійний. При струмі 20-25 мА пальці судомно стискають узятий в руку предмет, який опинився під напругою, в м'язи передпліччя паралізуються і людина не може звільнитися від дії струму. У багатьох паралізуються голосові зв'язки: вони не можуть покликати на допомогу.
Домедична допомога потерпілим при ураженні електричним струмом Якнайшвидше звільнити потерпілого від дії електричного струму. Якщо неможливо відключити електричне обладнання від мережі, потрібно відкинути провід з яким стикається потерпілий, не доторкаючись при цьому до потерпілого ( за одяг ). Якщо вимкнути струм неможливо, необхідно ізолювати себе від землі, або від потерпілого: провід відкинути сухою деревяною палицею, на руки надіти гумові рукавиці, а на ноги – сухі гумовові калоші. За їх відсутності, можна обмотати руки шерстяною хустинкою або стати на суху деревяну дошку. Якщо потерпілий не знепритомнів, то забезпечити йому на деякий час спокій. Якщо потерпілий дихає рідко і судорожно, але послуховується пульс – робити штучне дихання. При відсутності дихання, розширення зіниць і посиніння шкіри потрібно робити штучне дихання і непрямий масаж серця
Правила надання першої допомоги потерпілому від електричного струму Людині, що потрапив під напругу, треба негайно, до прибуття лікаря, надати першу допомогу, попередньо звільнивши його від дії електричного струму. Порятунок потерпілого при ураженні електричним струмом в основному залежить від швидкості звільнення його від дії струму і надання першої допомоги. Дорога кожна секунда! Звільнення потерпілого від електричного струму і надання йому першої допомоги до прибуття лікаря може безпечно і швидко зробити тільки людина, що знає відповідні правила. Перш за все необхідно швидко звільнити потерпілого від дії електричного струму, тобто відключити ланцюг струму за допомогою найближчого штепсельні рознімання, вимикача (рубильника) або шляхом викручування пробок на щитку. У разі віддаленості вимикача від місця події можна перерізати дроти або перерубати їх (кожен дріт окремо) сокирою або іншим ріжучим інструментом з сухою ручкою з ізолюючого матеріалу.
Рисунок 7.15 – Звільнення потерплого від дії струму: а – відключенням електроустановки; б – відкиданням проводу сухою дошкою, рейкою; в – перерубуванням дротів; г – відтягуванням за сухий одяг; д – відтягуванням в рукавицях.
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.
Аннотация к презентации
Содержание
Електричний струм
Слайд 2
Електричний струм – впорядкований рух заряджених частинок у просторі.
Слайд 3
У металах це електрони, напівпровідниках – електрони та дірки, у електролітах – позитивно та негативно заряджені іони, у іонізованих газах – іони та електрони.
Слайд 4
Електричний струм за напрямомпротікає від позитивного полюса джерелаживлення до негативного
Слайд 5
Сила струму І – фізична величина, яка характеризує швидкість перерозподілу електричного заряду в провіднику. - сила струму [ I ]= 1 Кл/с =1 А - одиниця сили струму
Слайд 6
Робота електричного струмуА – фізична величина, що характеризує зміну електричної енергії струму – перехід її в інший вид. A=qU=UІt - робота електричного струму де:q – заряд, що пройшов через поперечний переріз провідника за час t,U – електрична напруга на ділянці кола, I – сила струму в ній.
Слайд 7
Потужність електричного струму Р – фізична величина, що характеризує здатність електричного струму виконувати певну роботу. - потужність електричного струму А – робота електричного струму t – час, за який ця робота виконана [ Р ]=1Дж/с=1 Вт – одиниця потужності – ват.
Слайд 8
Чим зумовлений струм?
Електричний струм в речовинівиникаєпіддієюелектричного поля. Електричне поле змушуєрухатисявільніносії заряду: електрони, діркичиіони. Узгодженийрухносіїв заряду в зовнішньомуелектричномуполіназиваєтьсядрейфовимструмом.
Слайд 9
Дія струму
Електричний струм створюємагнітне поле, напруженістьякоговизначається законом Біо-Савара. Магнітне поле, створенеструмом, використовуєтьсядля вимірюваннясили струму. Проходженняелектричного струму через речовину приводить до тепловиділення. Електричний струм в газах викликаєсвітіння.
Слайд 10
Густина електричного заряду j– фізична величина, яка характеризує розподіл електричного струму в провіднику. - густина електричного заряду де І – сила струму,S – площа перерізу провідника [j]= 1 А/ - одиниця густини електричного струму
Слайд 11
Закон Джоуля – Ленца: кількість теплоти Q, що виділяється за час tв провіднику з опором Rпід час проходження по ньому струму силою Iдорівнює Q= Rt. [ Q ]=1 Дж. – одиниця роботи електричного струму У побуті та техніці Використовують поза – системну одиницю 1кВт·год=3,6· Дж.
Слайд 12
Вимірювання
Сила струму вимірюєтьсяприладами, якіназиваютьамперметрами і гальванометрами. В цихприладахзазвичайвимірюється не сам струм, а механічнадіяствореного ним магнітного поля. Амперметри Гальванометри
Читайте также: