Газообмен в органах и клетках. | Открытый класс
Муслюмовская средняя общеобразовательная школа №2, учитель биологии.
Республика Татарстан Характеристики ресурса основное общее образование Учитель (преподаватель) конспект урока (занятия) Краткое описание ресурса:
Урок по теме " Газообмен в органах и клетках" представлен в форме презентации и конспекта . На уроке преобладает изучение новых терминов
Тема: Газообмен в органах и клетках.
Класс: 8
Цель урока: разъяснить механизм вдоха и выдоха, роль дыхательного центра в ритмичном чередовании вдоха и выдоха, сформировать понятие «жизненная емкость легких», дать представления о легочном дыхании и обмене газов между кровью итканями; формировать умения анализировать, выделять главное, сравнивать; содействовать формированию основных этических норм, вести здоровый образ жизни.
Оборудование: таблица «Органы дыхания», модель, поясняющая механизм вдоха и выдоха, самодельный модель для определения ЖЕЛ, карточки для индивидуального опроса, тестовое задание для закрепления знаний, компьютер.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Актуализация опорных знаний
– Индивидуальная работа по карточкам:
Карточка №1
1. Определите по ым связкам, кто из них молчит, кто разговаривает в полный голос, а кто – шепотом?
2. Объясните, почему у мужчин голос более низкий, чем у женщин? Какие особенности гортани мужчин отразились на тембре их голоса? Почему у детей голос более высокий, чем у взрослых?
Карточка №2
1. Каковы функции гортани?
2.Почему нельзя громко кричать, особенно мальчикам 13-16 лет?
Карточка №3
Установите, последовательность органов дыхания?
1. Бронхи.
2. Гортань.
3. Легкое.
4.Трахея.
5. Альвеолы.
6. Носоглотка.
Запишите названия газов, которыми насыщена кровь при поступлении в капилляры легочных пузырьков и при выходе из них. Чем объяснить, что кровь за короткое время пребывания в капиллярах легочных пузырьков (менее 1 с) успевает насытиться кислородом и отдать углекислый газ в воздух легочных пузырьков?
– Фронтальный опрос .
1. Какую роль в организме человека играет кислород?
2. В чем заключается основная функция дыхательной системы?
3. Какими органами она образована?
4. В каком органе дыхательной системы происходит газообмен? Каковы особенности строения этого органа?
5. Как изменяется воздух в дыхательных путях? Почему надо дышать носом, а не ртом?
6.Почему обычно пища не попадает в гортань? Дайте физиологическое обоснование поговорки «Когда я ем, я глух и нем».
III. Изучение новой темы
Учительсообщает тему урока и акцентирует внимание учащихся на доску, где записан план занятия.
1.Механизм легочной вентиляции: вдох-выдох
2.Жизненная емкость легких.
3.Газообмен в легких
4.Газообмен в тканях
5.Процесс дыхания в клетках.
После ознакомления с планом работы учитель просит сформулировать основные задачи урока.
1). Вентиляция легких. «Дыхание – значит жизнь». Эта фраза бесспорна. Обычно дыхание ассоциируется с вдохом и выдохом, т. е. дыхательными движениями, необходимыми для вентиляции легких у человека.
Действительно, воздух поступает в легкие, потому что они способны менять свой объем благодаря высокой эластичности альвеол. Но легкие — орган дыхания — не имеют мышц, однако при дыхании они расширяются и сжимаются. Благодаря чему легкие обладают такой способностью?
Легкие самостоятельно никогда не растягиваются и не сокращаются, они пассивно следуют за грудной клеткой.
Полость же грудной клетки расширяется благодаря сокращению дыхательных мышц, к которым в первую очередь относятся диафрагма и межреберные мышцы. Диафрагма при вдохе опускается на 3-4 см. Опускание ее на 1 см увеличивает объем грудной клетки на 250-300 мл.
Таким образом, только за счет сокращения диафрагмы объем грудной клетки увеличивается на 1000-1200 мл. На прошлом занятии мы с вами говорили о плевральной щели, которая образуется между двумя листками плевры и герметически закрыта.
Давление в ней ниже атмосферного, за счет отрицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой, растягиваются. В растянутых легких давление становится ниже атмосферного, и в результате разности давления атмосферный воздух устремляете через дыхательные пути в легкие. Происходит вдох.
Кроме того, активное участие в дыхании принимают и межреберные мышцы, которые при их сокращении приподнимают ребра за счет чего, также увеличивается объем грудной полости.
За вдохом наступает выдох. При обычном выдохе диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, грудная клетка спадается и ее объем уменьшается. При этом объем легких уменьшается, и воздух выходит наружу.
Поступление воздуха в легкие и его изгнание из легких можно пронаблюдать на модели. (Учитель демонстрирует механизмы вдоха и выдоха на модели).
В сильном выдохе участвует брюшной пресс, который, напрягаясь, давит на внутрибрюшные органы. Они, в свою очередь, давят на диафрагму, которая еще более выпячивается в полость грудной клетки.
Давайте подведем итоги этой части урока.
Механизм вдоха
сокращение дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы)
↓
увеличение объема грудной полости
↓
уменьшение давления в грудной полости и в полости легких
↓
засасывание атмосферного воздуха через воздухоносные пути
Механизм выдоха
опускание ребер и расслабление диафрагмы
↓
уменьшение объема грудной полости и полости легких
↓
увеличение давления в легких
↓
выталкивание части воздуха наружу
2). Не весь вдыхаемый воздух участвует в газообмене с кровью. А именно, воздух, оказавшийся в конце вдоха в трахее и бронхах, не сможет отдать кислород в кровь и взять оттуда углекислый газ, так как в этих местах почти нет кровеносных сосудов.
Поэтому часть объема легких, занимаемую трахеей и бронхами (вместе с объемом верхних дыхательных путей), принято называть «мертвым пространством». Обычно мертвое пространство в легких человека имеет объем около 150 куб.см.
Наличие этого пространства не только не позволяет соответствующему количеству свежего воздуха достичь внутренней поверхности альвеол, богатой кровеносными сосудами, но и уменьшает среднюю концентрацию кислорода в той части воздуха, которая достигла альвеол.
У человека легкие занимают около 6 % объема тела независимо от его веса. Но объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково.
Измеряя дыхание, мы можем судить об интенсивности обмена вещества организме. Объем максимального выдоха после предшествовавшего максимального вдоха называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ).
ЖЕЛ = Дыхательный Резерв Резерв
объем + выдоха + вдоха
Общая Дыхательный Резерв Резерв Остаточный
емкость = объем + выдоха + вдоха + объем
легких 0,5 л 1,0-1,5 л 1,5-2,5 л 1,0-1,5 л
Объем, Объем, Объем, Объем,
который который который который
можно можно можно остается
вдохнуть дополни- дополни- после
после тельно тельно интенсив-
спокойного выдохнуть вдохнуть ного
выдоха после после выдоха
спокойного спокойного
выдоха вдоха
Равна ли ЖЕЛ всему объему легких? Нет. Это связано с тем, что легкие никогда не спадают, в них содержится так называемый остаточный объем.
Функциональная остаточная емкость состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в легких воздух, в котором разбавляется нормальный дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко не меняется.
Интенсивность вентиляции зависит от физической нагрузки, т. к. работающая ткань быстрее поглощает кислород.
Во время сна человек за 1 час поглощает от 15 до 20 л О2; когда он бодрствует, но лежит, потребление О2 увеличивается на 1/3, при ходьбе – вдвое, при легкой работе — втрое, при тяжелой в шесть и более раз.
Активность газообмена влияет на жизненную емкость легких.
Проанализируйте средние показатели ЖЕЛ спортсменов, занимающихся разными видами спорта. Почему отличаются средние показатели ЖЕЛ у спортсменов?
Спортсмен | Показатели ЖЕЛ, мл |
Штангист | 4000 |
Футболист | 4200 |
Гимнаст | 4300 |
Пловец | 4900 |
Гребец | 5500 |
Учитель предлагает выйти к доске нескольким ученикам для определения ЖЕЛ при помощи воздушных шаров и для сравнения показателей. Учитель также сообщает информацию, что ЖЕЛ измеряется при помощи прибора спирометра.
Сделайте выводы:
1)Как влияет мышечная активность на легочную вентиляцию?
2)Как спорт и физическая нагрузка способствуют развитию мышц, участвующих в дыхательных движениях?
Человек дышит ритмично. С первого и до последнего дня жизни ритм дыхания у него не нарушается, изменяется лишь его частота. старости вновь учащается. Новорожденный ребенок 60 раз в минуту совершает дыхательное движение, пятилетний — 25, с 15-16 лет частота дыхания устанавливается 16-18 раз в минуту и сохраняется такой до старости, а в старости вновь учащается.
3. Газообмен в легких.
За счет разницы парциального давления идет диффузия газов из области большего в область меньшего давления. Венозная кровь превращается в артериальную
1. Образуется обратимое присоединение О2 и СО2 к гемоглобину
О 2 + гемоглобин оксигемоглобин
СО 2+ гемоглобин карбоксигемоглобин
2. 75% СО2 передается кровью в виде солей угольной кислоты (бикарбонаты Naи К).
4.Газообмен в тканях.
За счет разницы давления: О2поступает из крови в тканевую жидкость, затем в клетки; СО2-из клеток тела в тканевую жидкость и кровь.
Артериальная кровь превращается в венозную.
5. Клеточное дыхание.
1)Аэробное (кислородное) дыхание:
С6Н12О6+6О2––>6СО2+6Н2О+Е (38 АТФ)
глюкоза энергия
Энергия запасается в молекулах АТФ и используется для жизненных процессов, часть энергии выделяется в виде тепла.
2) Анаэробное (бескислородное) дыхание:
С 6Н 12О 6 –––>2С2 Н 6 О 3+ Е (2 АТФ)
глюкоза молочная энергия
кислота
Благодаря этому процессу мы можем короткое время обходиться без О2.
V.Закрепление изученного материала
Из перечня (А-Д) выберите правильные ответы на вопросы (1-13)
А. Вдох.
Б. Выдох.
В. Жизненная емкость.
Г. Сокращение дыхательных мышц.
Д. Расслабление дыхательных мышц.
1. Обеспечиввает вентиляцию легких.
2. Следствие сокращения мышц диафрагмы.
3. Следствие расслабления мышц диафрагмы.
4. Следствие опускания ребер.
5. Следствие поднятия ребер.
6. Измеряется спирометром.
7. Причина увеличения грудной полости.
8. Причина уменьшения грудной полости.
9. Причина повышения давления в легких.
10. Причина понижения давления в легких.
11. Следствие повышения давления в легких.
12. Следствие понижения давления в легких.
13. Показатель физического развития человека.
Ответы: 1 А, Б 2А 3Б 4Б 5А 6В 7Г 8Д 9Д 10Г 11Б 12А 13В
Домашнее задание: § 25, 26, ответить на вопросы к параграфу. Провести самонаблюдение: положить руку на грудь и сосчитать число дыхательных движений в 1 мин в положении лежа, сидя, после 10 резких приседаний. Записать результаты.
Индивидуальное задание: Решите задачи.
1.Сколько воздуха проходит через легкие человека при спокойном дыхании в минуту, в 1 ч, в сутки, если дыхательный объем воздуха равен 500 мл, а частота дыхания – 18 раз в минуту?
2.Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится около 20 % кислорода, определите, сколько 02 человек пропускает через легкие в сутки при спокойном дыхании.
3. Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4 % углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 час, сколько – все учащиеся класса в 1 ч.
Источник: http://www.openclass.ru/node/217903
ДЫХАНИЕ
Физиология дыхания изучает в основном механизмы именно газообмена, т.е. поглощения кислорода и выделения углекислого газа через дыхательные поверхности, например в легких, а клеточным дыханием занимается биохимия.
Окислением называется процесс потери атомом или молекулой электрона. Обратная реакция, т.е.
присоединение электрона, определяется как восстановление. Электроны, теряемые в ходе окисления их «донором», присоединяются к «акцептору», восстанавливая его, поэтому в любом случае правильнее говорить об окислительно-восстановительных реакциях. Акцептор должен обладать высоким сродством к электронам.
Таким свойством обладает кислород, который и выступает в роли окислителя питательных веществ, или, точнее, «дыхательных субстратов», у большинства организмов, хотя в принципе его может заменить другое вещество, например сульфат или нитрат у ряда бактерий.
Атом водорода состоит из протона и электрона, поэтому в биологических системах окисление часто подразумевает потерю этого атома (с электроном), а восстановление – его присоединение.
Основатель современной химии Антуан Лавуазье (1743–1794) первым понял, что принципиальных различий между окислением углеводов в клетке и горением дров в печке нет. В обоих случаях органические вещества разрушаются при участии кислорода до углекислого газа и воды с выделением энергии.
В клетке окисление идет поэтапно и строго контролируется, поэтому часть энергии не выделяется сразу в виде тепла, а запасается в форме молекул АТФ, которые затем организм использует в качестве топлива для самых разнообразных процессов, включая перенос ионов через мембраны, сокращение мышц, деление клетки, синтез жизненно важных веществ и т.п. Клеточное дыхание включает в себя последовательность биохимических реакций, объединяемых в т.н. «метаболические пути», например гликолиз, окисление пировиноградной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, электронтранспортную цепь и др. Гликолиз протекает в цитозоле, т.е. жидкой внутренней среде клетки, не оформленной в определенные структуры. Другие названные выше реакции происходят у всех эукариот внутри митохондрий. Это микроскопические, окруженные мембранами, способные к самовоспроизведению тельца, плавающие в цитозоле и обычно называемые энергетическими станциями клетки. Полное окисление глюкозы до диоксида углерода приводит к образованию 32 молекул АТФ. Превращение глюкозы в две молекулы пирувата дает только две из этих 32 молекул АТФ и не требует участия молекулярного кислорода. Остальная часть АТФ может затем образовываться при окислении пировиноградной кислоты в цикле трикарбоновых кислот и в процессе электронов по электронтранспортной цепи – уже с использованием кислорода.
В отсутствие кислорода пировиноградная кислота может восстанавливаться до молочной или ацетальдегида, а последний – превращаться в этанол с выделением углекислого газа, например при брожении.
Молочная кислота образуется при дефиците кислорода в тканях большинства животных, а этанол дают некоторые рыбы, но главным образом бактерии и дрожжи. Расщепление углеводов (глюкозы) с образованием этих веществ нередко называют анаэробным дыханием.
Присутствие кислорода подавляет его в большинстве клеток – в таких условиях пировиноградная кислота окисляется дальше.
Это явление – ингибирование кислородом анаэробного использования глюкозы (при этом эффективность использования глюкозы обычно возрастает, поскольку одна ее молекула начинает давать больше АТФ) – называется эффектом Пастера в честь французского химика и биолога, основателя бактериологии Луи Пастера (1822–1895).
Дыхательный коэффициент (ДК) – это отношение объема
в ней намного ниже, а диффузия газов гораздо медленнее. В таких условиях периодически заполняемая и опорожняемая структура типа легких потребовала бы для обеспечения достаточной скорости газообмена слишком много энергии и места.
Перфузия дыхательной поверхности, т.е. омывание ее кровью, уносит диффундировавший
, образующийся при неполном сгорании топлива, например в двигателе автомобиля, чрезвычайно токсичен.
Кислород, поступивший в кровь в легких или жабрах, должен быть отдан тканям. Потребление
, осуществляемого кровью.
Дыхательный пигмент беспозвоночных
в эритроцитах вместе с карбоангидразой.
Скорость переноса газов через дыхательную поверхность зависит от т.н. вентиляционно-перфузионного отношения (соотношения интенсивностей вентиляции и перфузии этой поверхности), а также от абсолютных минутных значений объема вентиляции и сердечного выброса.
Вентиляционно-перфузионное отношение регулируется организмом таким образом, чтобы скорость газообмена соответствовала потребностям тканей. Системы этой регуляции лучше всего изучены у млекопитающих.
Центральный генератор ритма, расположенный в стволе головного мозга, поддерживает ритм дыхания и стимулирует центральную интегративную область – дыхательный центр в продолговатом мозге.
В состав этого центра входят инспираторные нейроны, активирующие мотонейроны, ответственные за вдох, и экспираторные нейроны, которые также посредством соответствующих мотонейронов вызывают выдох. Дыхательный центр получает информацию от нескольких типов механо- и хеморецепторов, включая рецепторы растяжения легочной ткани, реагирующие на раздувание легких, и расположенные в области разветвления сонных артерий каротидные тельца, реагирующие на повышение концентрации
азота, эндотелинов и простациклина.
Для поддержания нормальных функций организма животные
Источник: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/95a786c8-1f08-571a-1d2b-204ccf7d3909/1000339A.htm
7.2. Газообмен в легких
В обычных условиях состав атмосферного воздуха относительно постоянен. В сухом воздухе содержится 20,93 % кислорода, 0,03 — диоксида углерода, 79,04 % азота и инертных газов. В промышленных городах, крупных животноводческих помещениях состав воздуха может изменяться: в нем увеличивается концентрация диоксида углерода, появляются вредные примеси.
300
301
В выдыхаемом воздухе меньше кислорода (до 16 %) и больше диоксида углерода (до 4,5 %), а содержание азота немного больше, чем в атмосферном (79,5 %). Это не означает, что азот участвует в газообмене.
Дело в том, что объем выдыхаемого воздуха несколько меньше, чем вдыхаемого.
Часть кислорода в организме, превращаясь в воду, удаляется с мочой, калом и потом, а тот же самый объем азота, попавший в легкие, распределяется в меньшем объеме воздуха.
Если выдыхаемый воздух разделить на порции, то окажется, что их состав будет изменяться от первой порции к последней. Первые порции выдыхаемого воздуха будут похожи на атмосферный, это воздух из воздухоносных путей, где не совершается газообмен.
В последующих порциях постепенно уменьшается содержание кислорода и увеличивается диоксида углерода. Последние же порции уже содержат 14 % кислорода, 5,5 — углекислого газа, 80,5 % азота и инертных газов.
Состав выдыхаемого воздуха подобен альвеолярному.
Альвеолярный воздух является как бы внутренней газовой средой организма, и от его состава зависит газообмен между альвеолами легких и кровью. В состоянии покоя состав альвеолярного воздуха мало зависит от фазы дыхания, поэтому газообмен между альвеолярным воздухом и кровью совершается непрерывно—и при вдохе, и при выдохе.
Это обстоятельство играет большую роль в механизмах регуляции внешнего дыхания. Собственно говоря, значение внешнего дыхания и заключается в поддержании постоянного газового состава альвеолярного воздуха, что составляет основу постоянного содержания кислорода и диоксида углерода в артериальной крови.
Изменения в содержании газов в артериальной крови имеют ключевое значение в регуляции внешнего дыхания.
Состав альвеолярного воздуха зависит только от существенных изменений дыхательных движений.
Так, при задержке дыхания (апноэ) или удушении (асфиксия) в альвеолярном воздухе накапливается диоксид углерода и уменьшается содержание кислорода, а при одышке (гиперпноэ, гипервентиляция легких), напротив, уровень кислорода увеличивается, а диоксида углерода уменьшается. И в том и в другом случае изменения в частоте или глубине дыхания сказываются на газовом составе крови.
В легочные капилляры поступает венозная кровь из сосудов малого круга кровообращения. По сосудам большого круга кровообращения (бронхиальная артерия) артериальная кровь поступает для питания легочной ткани.
Из альвеолярного воздуха кислород переходит в венозную кровь, а диоксид углерода — из венозной крови в альвеолярный воздух.
Кислород из альвеолярного воздуха сначала растворяется в сурфактанте, затем диффундирует через эндотелиальные клетки альвеол, две основные мембраны, альвеолярную и сосудистую, и через эндотелиальные клетки крове-
носных капилляров поступает в кровь. Диоксид углерода движется в противоположном направлении. Площадь соприкосновения легочных капилляров со стенкой альвеол велика. Так, у овец общая поверхность альвеол, где происходит газообмен, в 100 раз и более превышает поверхность тела.
Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью происходит по физическим законам осмоса и диффузии, т. е. газы переходят через полупроницаемые мембраны из области более высокого давления в область более низкого давления. Активный транспорт газов через мембраны не обнаружен.
Давление одного газа в смеси газов называется парциальным. Оно зависит от общего давления и концентрации данного газа и показывает, какая часть давления приходится на тот или иной газ. Например, если при атмосферном давлении 760 мм рт. ст.
содержание кислорода составляет 20,9 %, то парциальное давление кислорода будет равно 158,9 мм рт. ст., а парциальное давление диоксида углерода, если его содержится 0,03 %, — 0,22 мм рт. ст.
При более высоком атмосферном давлении парциальное давление кислорода и диоксида углерода повышается, а в высокогорных местностях — понижается.
Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе ниже, чем в атмосферном, из-за того, что в альвеолах присутствуют водяные пары. В среднем давление водяных паров при нормальной температуре тела около 47 мм рт. ст.
, поэтому на долю других газов приходится меньшее давление. Так, если атмосферное давление 760 мм рт. ст., то давление в альвеолах будет на 47 мм меньше, т. е. составит 713 мм рт. ст. Тогда парциальное давление кислорода будет равно 100 мм рт. ст.
, углекислого газа — 40, а азота вместе с инертными газами — 573 мм рт. ст.
В крови растворенные газы создают парциальное давление, или напряжение (для воздушной смеси обычно используют понятие «парциальное давление», а для жидкостей — «напряжение газов»). Оно зависит от общего давления крови и содержания в ней данного газа.
Венозная кровь, поступающая в легкие, содержит 12 об.% кислорода (т. е. 12 мл кислорода в 100 мл крови), 55…58 — диоксида углерода и около 1 об.% азота.
При том уровне гидростатического давления крови, которое имеется в капиллярах, примыкающих к альвеолам, напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст., а диоксида углерода — 46 мм рт. ст.
Таким образом, между альвеолярным воздухом и венозной кровью создаются условия, при которых кислород из альвеол под давлением 100 мм рт. ст. диффундирует в кровь, где его давление 40 мм рт. ст. (рис. 7.6). Одновременно диоксид углерода из крови под давлением 46 мм рт. ст.
диффундирует в альвеолярный воздух, где его давление 40 мм рт. ст. Каждый газ перемещается из одной области в другую только под воздействием собственного давления, независимо один от другого, как бы в пустоту.
302
303
Альвеола
легкого
Р0 = 102 мм рт.ст.
Рсо =40 мм рт.ст.
Р0 =40 мм рт.ст. Рсо =47 мм рт.ст.
Р0 =95 мм рт.ст.
В
А В
Рсо=40мм рт.ст.
Рис. 7.6. Обмен газов между альвеолярным воздухом, кровью и тканями:
А — артериальная кровь; В — венозная кровь; стрелки показывают направление тока крови
Большое значение в газообмене имеет процесс растворения газов в крови. Коэффициент растворимости кислорода при температуре тела составляет 0,022, диоксида углерода —0,5116, а азота — 0,011. Поскольку азот и инертные газы при обычных колебаниях атмосферного давления в крови не растворяются, то, несмотря на высокое парциальное давление, они не попадают в кровь.
Растворимость газов в крови увеличивается при повышении барометрического давления. Поэтому для лучшей насыщаемости крови кислородом за счет увеличения растворения его в плазме крови пациента помещают в камеру, где создается повышенное давление воздуха. Такой метод лечения называется гипербарической оксигенацией. Однако при этом азот также может растворяться в крови.
Аналогичная ситуация создается при глубоководных погружениях.
Опасность заключается в том, что при быстром снижении атмосферного давления до нормального уровня азот из растворенного состояния переходит в газообразное и кровь «вскипает» пузырьками азота, что может привести к тяжелой патологии.
Поэтому при поднятии водолаза с глубины на поверхность и при выведении пациента из барометрической камеры необходимо давление снижать постепенно. Тогда и азот постепенно выводится из крови, не превращаясь в пузырьки.
Источник: https://studfile.net/preview/10433370/page:70/
Пластик для культур клеток
Пластик для культур клеток предназначен для успешного культивирования клеток in vitro, так как максимально воспроизводит окружение клеток данного типа in vivo.
Основные направления использования клеточных культур: научные исследования; тестирование различных фарм. субстанций на живых клетках; культивирование вирусов; получение антигенов и антител, в т.ч.
с заданными свойствами (гибридомы); получение пептидов с заданными свойствами; изучение дифференцировки клеток in vitro.
Пластик для культур клеток предназначен для успешного культивирования клеток in vitro, так как максимально воспроизводит окружение клеток данного типа in vivo. Основные направления использования клеточных культур:
Формат пластика:
|
Для выбора наиболее подходящего пластика необходимо учитывать, растут ли клетки в монослое или в суспензии, масштабирование, допустим ли газовый обмен с атмосферой. Основная часть ассортимента культурального пластика предназначена для клеток, растущих в монослое, поэтому решающее значение имеет поверхность культурального сосуда — необработанная поверхность или поверхность, обработанная различными способами в зависимости от задач:
- поверхность для адгезивных клеточных культур;
- поверхность, покрытая лизином или коллагеном для первичных и чувствительных клеток;
- поверхность для адгезивных клеток для снятия без использования химических агентов;
- для культивирования сфероидов и т.д.
Преимущества работы в монослое:
- более эффективное выделение секретируемого продукта;
- возможность более быстрой и легкой замены питательной среды;
- гибкость исследования, так как в монослой можно ввести любые типы клеток;
- высокая плотность клеток.
Недостатки:
- сложность масштабирования;
- сложность информативности визуального анализа;
- трудности с определением и поддержанием таких параметров как кислотность и содержание кислорода;
- пространство в лаборатории.
Для полноценного культивирования клеток в лаборатории должна быть обеспечена стерилизация питательных сред и всех манипуляций при работе с клеточными культурами, что достигается ламинарными боксами; для изготовления культуральной среды нужны системы высокой очистки воды, аппараты для стерилизации и мытья, дозирующие устройства. Для термостатирования используют лабораторные воздушные термостаты. Если необходимо поддерживать постоянную величину рН в питательной среде и минимальное испарение ее в период инкубации клеток, то необходимо термостатировать клетки в СО₂-инкубаторе. Для повышения газообмена в суспензионных культурах рекомендуется использовать встряхиватели или роллерные установки.
Для массового суспензионного или глубинного культивирования клеточных и бактериальных культур используют биореакторы.
Источник: https://www.dia-m.ru/catalog/plastic/plastik-i-steklo-dlya-kultur-kletok/
Научный атеизм
Подписывайтесь на нас в соцсетях |
.com/scientificatheism.org |
Уголок науки / Происхождение жизни
Эволюция дыхательной системы
Мелкие растения и животные, обитающие в воде, получают кислород и выделяют углекислоту путем диффузии.
При дыхании, происходящем в митохондриях, концентрация кислорода в цитоплазме снижается, поэтому кислород диффундирует в клетку из окружающей воды, где его концентрация выше, поскольку она поддерживается диффузией кислорода из воздуха и выделением его фотосинтезирующими организмами, обитающими в воде.
Углекислота, образующаяся в результате обменных процессов, диффундирует по градиенту концентрации в окружающую среду. У простых растительных и животных организмов отношение поверхности тела к его объему достаточно велико, поэтому скорость диффузии газов через поверхность тела не является фактором, лимитирующим интенсивность дыхания или фотосинтеза.
У более крупных животных отношение поверхности тела к объему меньше, и глубоко расположенные клетки уже не могут достаточно быстро обмениваться с окружающей средой газами путем диффузии. Поэтому глубоко лежащие клетки получают кислород и выделяют углекислый газ через внеклеточную жидкость, которая обменивается ими с окружающей средой.
Высшие растения не имеют специальных органов газообмена. Каждая клетка растения (корня, стебля, листа) самостоятельно обменивается с окружающим воздухом углекислым газом и кислородом путем диффузии. Интенсивность клеточного дыхания у растений обычно значительно ниже, чем у животных.
Кислород легко диффундирует из воздуха в промежутки между мелкими частицами почвы, в окружающую их пленку воды и в корневые волоски, далее в клетки коры и, наконец, в клетки центрального цилиндра.
Образующаяся в клетках углекислота также диффундирует в обратном направлении и выходит из корня наружу через корневые волоски. Кроме того, газы легко диффундируют через чечевички на корнях и стволах старых деревьев и кустарников. В листьях газообмен осуществляется через устьица по градиенту концентрации.
Листья наземных растений сталкиваются с той же проблемой, что и клетки дыхательных поверхностей наземных животных: они должны обеспечивать достаточный газообмен, не теряя при этом слишком много воды.
Растения этого достигают тем, что их листья (например у растений засушливых мест обитания), более толстые и мясистые, имеют толстую кутикулу с устьицами, расположенными в углублениях (толстая кутикула с погруженными устьицами имеется и у хвойных).
Внешнее дыхание у большинства водных животных осуществляется при помощи специализированных структур, называемых жабрами. Специализированные жабры впервые появились у кольчатых червей. У губок и кишечнополостных газообмен осуществляется путем диффузии через поверхность тела.
Дождевые черви, находясь в подземных ходах, получают достаточное количество кислорода, путем его диффузии через влажную кожу.
Морские черви, обитающие в песке или трубочках из песка, совершают волнообразные движения, чтобы создавать вокруг себя ток воды, иначе им не хватает растворенного в морской воде кислорода (в литре морской воды содержится около 5 мл кислорода, пресной – около 7 мл, воздуха – около 210 мл).
Поэтому у морских червей (полихет) развивились жабры – специализированные органы дыхания (выросты покровного эпителия). У ракообразных также появились жабры, обеспечивающие процесс дыхания в водной среде. Зеленый краб, способный жить в воде и на суше, имеет жабры, расположенные в полости тела на границе карапакса и места прикрепления ног.
В этом месте движется скафогнатит (веслообразная часть второй максиллы), обеспечивающий непрерывный ток воды к жабрам. Если скафогнатит не будет гнать воду, то краб быстро погибнет в морской воде, тогда как в воздушной среде он может жить неопределенно долго, поскольку скорость диффузии кислорода из воздуха достаточна для удовлетворения всех потребностей его организма.
Жабры имеются также у моллюсков, рыб и некоторых амфибий. Газы диффундируют через тонкий жаберный эпителий в кровь и разносятся по всему организму. Каждое животное, дышащее при помощи жабр, имеет какое-либо приспособление, обеспечивающее непрерывное омывание их током воды (открывание рта рыбами, движение жаберных крышек, постоянное движение всего тела и др.).
У двустворчатых моллюсков движение воды обеспечивается работой жаберных тычинок. Членистоногие решают проблему снабжения кислородом клеток организма иным путем: в каждом сегменте тела у них имеется пара дыхалец – отверстий, ведущих в разветвленную систему трубочек – трахей, по которым воздух доставляется ко всем внутренним органам.
Трахеи заканчиваются микроскопическими разветвлениями – трахеолами, наполненными жидкостью, через их стенки кислород диффундирует в соседние клетки, а углекислый газ – в обратном направлении. Работа мышц брюшка обеспечивает продувку трахей воздухом.
Трахейная система насекомых и паукообразных обеспечивает поступление кислорода и выделение углекислого газа, поэтому они обходятся без быстрого течения крови, необходимого позвоночным для снабжения их клеток кислородом.
Развитие легочного дыхания имеет свою длительную эволюцию. Примитивные легочные мешки появляются у паукообразных. Развиваются они (простые мешки) и у наземных брюхоногих моллюсков (легочные мешки образованы мантией). Развитие легких намечается у некоторых рыб, у ископаемых предков которых был вырост на переднем конце пищеварительного тракта.
У той ветви рыб, которая впоследствии дала начало наземным позвоночным животным, из этого выроста развилось легкое. У других рыб он превратился в плавательный пузырь, т.е. в орган, который в основном служит для облегчения плавания, хотя иногда несет и дыхательную функцию.
Некоторые рыбы обладают даже рядом костей, соединяющих этот орган с внутренним ухом и играющих, по-видимому, роль прибора для определения глубины. Кроме того, плавательный пузырь служит для издавания звуков.
Близкими родичами той группы рыб, от которых произошли наземные позвоночные, являются двоякодышащие рыбы: они имеют жабры, с помощью которых дышат в воде. Поскольку эти рыбы живут в периодически пересыхающих водоемах, в засушливое время года они остаются в иле пересохшего русла, где дышат при помощи плавательных пузырей и имеют легочную артерию.
Легкие большинства примитивных амфибий – тритонов, амбистом и др. – имеют вид простых мешков, покрытых снаружи капиллярами. Легкие лягушек и жаб имеют внутри складки, увеличивающие дыхательную поверхность.
Лягушки и жабы не обладают грудной клеткой и у них нет межреберных мышц, поэтому у них существует нагнетательный тип дыхания, основанный на действии клапанов в ноздрях и мышц в области горла. Когда открыты носовые клапаны, дно ротовой полости опускается (рот закрыт) и в нее входит воздух. Затем носовые клапаны закрываются и мышцы горла, сокращаясь, уменьшают размеры ротовой полости и вытесняют воздух в легкие.
Эволюция дыхательной системы происходила в направлении постепенного расчленения легкого на более мелкие полости, так что строение легких у рептилий, птиц и млекопитающих постепенно усложняется.
У ряда рептилий (например у хамелеона) легкие снабжены придаточными воздушными мешками, которые раздуваются при наполнении воздухом. Животные принимают угрожающий вид – это играет роль защитного приспособления для отпугивания хищников.
Легкие птиц также имеют воздушные мешки, распространяющиеся по всему телу. Благодаря им воздух может проходить через легкое и полностью обновляться при каждом вдохе. У птиц при полете существует двойное дыхание, когда воздух в легких насыщается кислородом при вдохе и выдохе.
Кроме того, воздушные мешки играют роль мехов, продувающих воздух через легкие за счет сокращения летательных мышц.
Легкие млекопитающих и человека имеют более сложное и совершенное строение, обеспечивающие достаточное насыщение кислородом всех клеток тела, и тем самым, обеспечивают высокий обмен веществ.
Поверхность их органов дыхания во много раз превышает площадь поверхности тела.
Совершенный газообмен поддерживает постоянство внутренней среды организма, что дает возможность млекопитающим и человеку обитать в различных климатических условиях.
Источник: Сайт “Теория эволюции как она есть”111
Источник: http://www.atheism.ru/science/science.phtml?id=417
ГАЗООБМЕ́Н
Авторы: Г. Г. Исаев (Газообмен у животных), Г. А. Дмитриева (Газообмен у растений)
ГАЗООБМЕ́Н (биологич.), обмен газов между организмом и внешней средой в процессе дыхания.
В организмы поступает кислород (O2), который затем используется для окисления соединений, вовлекаемых в обмен веществ; в результате освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности, и образуются конечные продукты обмена, в т. ч. диоксид углерода (CO2) и незначит. количество др.
газообразных соединений. Организмы получают необходимый им O2 либо из атмосферы, либо из воды, в которой он растворён. Г. осуществляется путём диффузии газов непосредственно через поверхность клеток.
Газообмен у животных
У простейших, кишечнополостных и червей Г. происходит через покровы тела.
У насекомых и паукообразных появляется система трубочек (трахей), с помощью которых O2 поступает непосредственно к тканям тела. У ракообразных, рыб и некоторых др. организмов для Г.
служат жабры, а у большинства позвоночных – лёгкие. У земноводных помимо лёгких в Г. участвуют кожа и эпителий, выстилающий ротовую полость.
У мн. животных и человека Г. осуществляется при участии дыхательных пигментов (металлопротеинов крови или гемолимфы), способных обратимо связываться с $\ce{O_2}$ и служить его переносчиками. При высоких концентрациях $\ce{O_2}$ пигмент легко его присоединяет, а при низких – отдаёт (в связывании $\ce{O_2}$ участвуют гл. обр.
ионы железа или меди). У позвоночных и мн. беспозвоночных животных таким пигментом является гемоглобин, у ряда беспозвоночных – гемоцианин, гемоэритрин и хлорокуорин. Лишь незначит. доля (ок. 5%) всего поступающего из клеток в кровь $\ce{CO_2}$ находится в растворённом состоянии; осн. его часть (ок.
80%) при участии фермента карбоангидразы превращается в угольную кислоту, которая диссоциирует на карбонатные и гидрокарбонатные ионы; т. о., существует равновесие между растворёнными $\ce{CO_2, H_2CO_3, HCO_3-}$ и $\ce{CO_3{2-}}$. Кроме того, 6–7% $\ce{CO_2}$ может взаимодействовать также с аминогруппами белков (в т. ч.
гемоглобина) с образованием карбаминовых соединений. Отношение удаляемого из организма $\ce{СО_2}$ к поглощённому за то же время О2 называется дыхательным коэффициентом, который равен примерно 0,7 при окислении жиров, 0,8 при окислении белков и 1,0 при окислении углеводов.
Количество энергии, освобождающейся при потреблении 1 л $\ce{O_2}$, составляет 20,9 кДж (5 ккал) при окислении углеводов и 19,7 кДж (4,7 ккал) при окислении жиров. Т. о.
, по потреблению $\ce{O_2}$ в единицу времени и по дыхательному коэффициенту можно рассчитать количество освободившейся в организме энергии, оценить интенсивность окислительно-восстановительных процессов, происходящих во всех органах и тканях.
Г. у животных уменьшается с понижением темп-ры тела, а при её повышении – увеличивается. У человека потребление $\ce{O_2}$ может возрастать с 200–300 мл/мин в состоянии покоя до 2000–3000 мл/мин при физич. работе, а у хорошо тренированных спортсменов – до 5000 мл/мин.
Соответственно увеличиваются выделение $\ce{CO_2}$ и расход энергии; происходят сдвиги дыхательного коэффициента. Сравнит. постоянство Г. обеспечивается приспособительными (компенсаторными) реакциями систем организма, участвующих в Г.
и регулируемых нервной системой как непосредственно, так и через эндокринную систему. Г. у человека и животных исследуют в условиях полного покоя, натощак, при темп-ре 18–22 °С. При исследованиях Г.
определяют объём вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и его состав (при помощи газовых анализаторов), что позволяет вычислять количества потребляемого $\ce{O_2}$ и выделяемого $\ce{O_2}$. См. также Дыхание, Дыхания органы.
Газообмен у растений
Газообмен у растений сопровождает как дыхание, так и фотосинтез: во время фотосинтеза поглощается $\ce{CO_2}$, выделяется $\ce{O_2}$, а при дыхании – наоборот. Как все живые организмы, растения дышат 24 ч в сутки, фотосинтез же идёт только на свету.
Днём, как правило, фотосинтез идёт быстрее дыхания, к вечеру скорость его снижается и в определённый момент становится равной скорости происходящего одновременно дыхания. При этом Г. не регистрируется (состояние компенсации).
При дальнейшем уменьшении освещённости дыхание начинает преобладать, а в темноте происходит только выделение $\ce{CO_2}$, образующегося в результате дыхания.
Г. листьев, молодых стеблей, цветков происходит через устьица (с помощью открывания и закрывания последних растение регулирует скорость Г.). На старых стеблях устьица заменяются всегда открытыми чечевичками (отверстиями в пробке), поэтому Г. старых стеблей растение регулировать не может.
Скорость Г. различна у растений разных видов, в разных органах и тканях одного растения. Она зависит от внешних факторов и физиологич. состояния клеток.
По количеству выделенного или поглощённого $\ce{O_2}$ или $\ce{CO_2}$ определяют скорость фотосинтеза или дыхания того или иного растения или органа.
Источник: https://bigenc.ru/biology/text/2339975