Конспект урока: Транспорт веществ в организме. Удаление из организма конечных продуктов обмена

Способы транспорта веществ у организмов

Организму для поддержания своей жизнедеятельности постоянно нужны приток питательных веществ, удаление образовавшихся отходов, а также кислород для дыхания. У одноклеточных организмов доставка и удаление веществ (их транспорт) осуществляется главным образом в результате движения цитоплазмы. У многоклеточных для выполнения этой функции в процессе эволюции сформировалась специализированная жидкостная система транспорта веществ — сосудистая система. По сосудам вещества перемещаются с жидкостями: кровью, тканевой жидкостью, лимфой — у животных, а растительным соком — у растений.

Следует заметить, что у многих мелких беспозвоночных животных (например, у медуз, гидры, коралловых полипов, губок, коловраток и плоских червей) сосудистой системы нет. Строение их тела достаточно простое, и транспорт веществ внутри организма обеспечивается диффузией и теми потоками тканевых жидкостей, которые возникают при движении тела. У более сложных организмов транспорт веществ осуществляет главным образом кровеносная система. Впервые в ходе эволюции кровеносная система появляется у кольчатых червей (дождевые черви).

Компоненты транспортной системы у животных

Рис. 1. Образование пищеварительной вакуоли у амёбы

Даже у одноклеточного организма, например у инфузории туфельки, пищеварительная вакуоль с пойманной добычей проходит определённый путь в цитоплазме, чтобы пища могла перевариться за счёт ферментов лизосом, а уже затем всосаться в цитоплазму. Непереваренные остатки после этого выбрасываются в окружающую среду в определённом месте клетки — через порошицу .

 

В это же время две сократительные вакуоли , сокращаясь с большой частотой, непрерывно удаляют из клетки продукты обмена и излишки воды. У амёбы процесс питания обеспечивается процессом фагоцитоза (захват пищевых частиц ложноножками). В ходе фагоцитоза благодаря движению цитоплазмы образуется пищеварительная вакуоль у амёбы. Таким образом, даже в одноклеточном организме существуют хорошо развитые транспортные системы, основанные на токах цитоплазмы. В многоклеточных организмах транспортные системы гораздо сложнее.

Основными структурными компонентами транспорта являются кровеносная система, её крупные и мелкие сосуды (артерии, вены, капилляры), мускульный насос — сердце, лимфатическая система и «жидкая ткань» — кровь, лимфа и тканевая жидкость. 

Сердце обеспечивает ток крови к жабрам или лёгким и к различным тканям.

Сосуды, несущие кровь от сердца к тканям тела, — артерии , а возвращающие кровь в сердце — вены ; мелкие сосуды, соединяющие артерии и вены, — капилляры ; сосуды, способствующие оттоку жидкости от тканей, — лимфатические сосуды . Артерии имеют более толстые стенки, у них больше, чем у вен, мышечных волокон и эластичных волокон соединительной ткани.

Капилляры — мельчайшие сосуды, имеющие диаметр (около 7 мкм у человека), достаточный лишь для прохождения одного эритроцита. Они могут сжиматься и пропускать очень малый ток крови, могут и вовсе закрываться. Капилляры располагаются между клетками большинства тканей тела. В тканях капилляры соединяют артериальные и венозные сосуды (через артериолы и венулы). Из капилляров кровь возвращается в сердце через вены. 

По сети капилляров — самых мелких сосудов — через их стенки осуществляется обмен с тканевой жидкостью, омывающей клетки организма. Мелкие молекулы и ионы свободно проходят сквозь стенки капилляров, поэтому здесь идёт активная диффузия — из крови переходят наружу кислород и питательные вещества, а из тканей поступают двуокись углерода и конечные продукты обмена. 

Лимфатическая транспортная система

По лимфатическим сосудам, не сообщаясь с артериями, тканевая жидкость может возвращаться в кровяное русло. Помимо сосудов, в лимфатической системе имеются узлы, встречающиеся в разных частях тела, но всегда расположенные по ходу лимфатических сосудов.

А непосредственную доставку и удаление веществ осуществляют тканевая жидкость, кровь и лимфа (у животных), растворы минеральных и органических веществ (у высших растений). 

Тканевая жидкость содержится в межклетниках и околоклеточных пространствах тканей и органов позвоночных. Вместе с кровью и лимфой она составляет внутреннюю среду организма. Из тканевой жидкости клетки получают питательные вещества и в неё отдают продукты обмена. Объём этой жидкости в организме достаточно велик, например у человека он составляет в среднем 26,5 % общей массы тела. Оттекая от органов в лимфатические сосуды, тканевая жидкость превращается в лимфу.

Она состоит из клеток и частиц мезенхимного происхождения ( эритроцитов , лейкоцитов и тромбоцитов ) — форменных элементов, погружённых в жидкое межклеточное вещество — плазму . Постоянный перенос кислорода и углекислого газа — одна из важнейших функций крови. 

Красный цвет крови придаёт белок — пигмент гемоглобин , содержащийся в эритроцитах (у позвоночных животных) или в гемолимфе (у большинства беспозвоночных). Гемоглобин содержит четыре атома железа, каждый из которых способен связывать молекулу кислорода. Кроме того, гемоглобин связывает значительное количество двуокиси углерода и переносит её в лёгкие, откуда она удаляется с выдыхаемым воздухом. 

У позвоночных животных и у человека циркулирующая кровь нигде не соприкасается с тканевой жидкостью и клетками, удалёнными от сосудов, хотя плазма может свободно проникать через стенки сосуда. Такая кровеносная система называется замкнутой . У некоторых беспозвоночных животных (членистоногих, многих моллюсков и асцидий) кровеносная система является незамкнутой : у них из артерий кровь поступает в ткани и смешивается с тканевой жидкостью, а затем попадает в вены и сердце. У некоторых организмов с незамкнутой кровеносной системой функцию крови выполняет гемолимфа, которая осуществляет транспорт O₂, CO₂, питательных веществ и продуктов выделения.

Рис. 2. Эволюция кровеносной системы животных

Гемолимфа — обычно бесцветная или зеленоватая жидкость, циркулирующая в сосудах и межклеточных полостях тела. В гемолимфе содержатся различные клеточные элементы, а также дыхательные пигменты — гемоцианины и гемоглобины. Эти пигменты находятся в растворённом состоянии. Гемоцианин, как и гемоглобин, также осуществляет транспорт кислорода благодаря присутствию в своей молекуле атома меди, но имеет более низкую кислородную ёмкость, чем гемоглобин.

По солевому составу она практически идентична тканевой жидкости. Специфические белки плазмы — это альбумины, глобулины и фибриноген. Основная функция альбуминов — удержание воды в плазме за счёт осмоса. Глобулины определяют иммунные свойства организма, связывая чужеродные для него вещества. Фибриноген является важным фактором свёртывания крови — защитной реакцией, предохраняющей организм от кровопотерь. Помимо фибриногена в этом процессе принимают участие и некоторые белки-глобулины.

По щелочной реакции (pH 7,4–9) и по составу солей лимфа очень близка к крови, но в ней меньше белков и свёртывается она заметно медленнее крови. Основные функции лимфы — трофическая (перенос питательных веществ, преимущественно жиров) и защитная (в лимфу легко проникают яды и бактериальные токсины, нейтрализующиеся затем в лимфатических узлах).

Движение крови, происходящее благодаря координированной работе органов кровообращения — сердца и кровеносных сосудов, определяет её транспортную функцию, обеспечивающую обмен веществами между организмом и внешней средой.

Основной функцией органов дыхательной системы является доставка кислорода, удаление углекислого газа и газообмен. 

Животные в зависимости от образа жизни имеют органы водного дыхания (жабры) и воздушного дыхания (трахеи и лёгкие). Кроме того, довольно часто у животных в процессе дыхания участвуют их покровы. Поэтому в зависимости от способа дыхания и строения дыхательного аппарата у животных выделяют четыре типа дыхания: кожное, трахейное, жаберное и лёгочное.

Основой этого дыхания является важнейший физический процесс — диффузия . Только в растворённом состоянии газы могут проникать через покровы неглубоко и с невысокой скоростью. Поэтому кожное дыхание является основным у тех организмов, которые имеют небольшие размеры, увлажнённые покровы, ведут водный образ жизни. Этим требованиям отвечают губки, кишечнополостные, черви, амфибии и др.

С окружающей средой их соединяют специальные отверстия — дыхальца . Такая система доставляет газы к клеткам и органам без участия жидкостей. Быстрое перемещение воздуха в трахейной системе обеспечивается только на небольшое расстояние, поэтому размеры организмов с трахейным дыханием небольшие. Животное не может быть толще, чем 2 см, иначе организму не хватит кислорода. Дышат с помощью трахей не только насекомые, но и многоножки, паукообразные.

Эти выросты называются жабрами. Хорошо развит этот тип дыхания у водных животных: ракообразных, моллюсков, иглокожих, рыб, определённых видов амфибий. У беспозвоночных жабры, как правило, внешние, а у хордовых — внутренние. Кислород транспортируется к таким жабрам в растворённом виде с помощью воды. В связи с тем, что в воде содержится в 30 раз меньше кислорода, чем в воздухе, для жабродышащих организмов характерны дополнительные формы дыхания через кожу, кишки, поверхность рта, плавательный пузырь.

Такой тип дыхания наиболее совершенен, поскольку скорость газообмена высокая, что обеспечивает соответственно и высокий уровень обмена веществ. 

Лёгкими дышат почти все наземные позвоночные: пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, часть наземных беспозвоночных (пауки, скорпионы, лёгочные моллюски) и некоторые водные животные (двоякодышащие рыбы). Воздух в лёгкие поступает по дыхательным путям.

Рис. 3. Дыхательные системы животных

Итак, дыхание у животных определяется их образом жизни и осуществляется с помощью покровов, трахей, жабр и лёгких.

Все живые существа нуждаются в пище. Животные нуждаются в готовых органических веществах, которые чаще всего ещё приходится переваривать, а уж потом всасывать. Поэтому у подавляющего числа животных есть пищеварительная система, по которой пища транспортируется от места поглощения к месту потребления пищевых веществ или всасывания их в кровь. По мере прохождения по отделам пищеварительного тракта пища подвергается физической и химической обработке и её фрагменты всасываются в кровь для транспортировки по всему организму. А вот у пауков и некоторых других животных пищеварение происходит не в желудочно-кишечном тракте, а прямо в организме жертвы, затем уже жидкую полупереваренную пищу паук всасывает.

Рис. 4. Транспорт веществ в растении

Компоненты транспортной системы у растений

 

И у растений, и у животных транспорт осуществляется по проводящим тканям — ксилеме и флоэме. Клетки этих тканей представляют собой трубки.

И у растений, и у животных на перемещение веществ по организму тратится энергия. У растений растворы солей, поглощённые корневыми волосками из почвы, поднимаются вверх по стеблю по сосудам ксилемы до устьиц листьев, через которые происходит транспирация (испарение воды). А раствор органических веществ, главным образом сахаров, из листьев спускается по стеблю к месту использования или запасания по ситовидным трубкам флоэмы .

 

Итоги

Для поддержания жизненных функций в организме должно происходить активное перемещение веществ между клетками, тканями и органами.

Основные транспортные системы растений — ксилема и флоэма, животных — пищеварительная, дыхательная, кровеносная и лимфатическая системы.