Характеристика биохимической адаптации. Адаптации организмов к условиям обитания

Общие представления о биохимических механизмах

Адаптации живых организмов к среде

Выделяют 3 типа адаптивных механизмов:

1. Приспособление макромолекулярных компонентов клеток или жидкостей организмов.

Существует 2 типа такого приспособления:

- изменение количества (концентрации) уже имеющихся типов макромолекул, например ферментов;

- образование макромолекул новых типов , например, новых изоферментов, которыми заменяются ранее имевшиеся макромолекулы.

2. Приспособление микросреды, в которой функционируют макромолекулы. Например, изменяются осмотические свойства среды или состав растворенных веществ.

3. Приспособление на функциональном уровне . В данном слу4чае изменение эффективности макромолекулярных систем, в особенности ферментов, не связано с изменением числа имеющихся в клетке макромолекул или их типов. В этом случае адаптацию обеспечивает изменение в использовании уже существующих макромолекулярных систем в соответствии с текущими локальными потребностями в той или иной активности. Это осуществляется на уровне метаболической регуляции за счет увеличения или уменьшения активности ферментов.

Адаптивные изменения ферментных систем

2 главных функции ферментов: каталитическая и регуляторная.

Причины, обуславливающие необходимость реализации адаптации за счет изменения набора ферментов или их концентрации:

1. изменение потребности организма при изменении окружающей среды или переход к новой стадии развития;

2. изменение физических факторов среды (температуры, давления и т.д.);

3. изменение химических факторов среды.

Адаптации на уровне микроокружения макромолекул

· Важность осморегуляции.

· Выбор определенных типов растворенных веществ в качестве «осмотических эффекторов».

· Важность липидного окружения макромолекул.

· Обеспечение величины рН.

При надлежащей регуляции микроокружения макромолекул для адаптации организма к изменениям внешней среды может не требовать какого-либо изменения самих макромолекул.

Адаптация путем изменения метаболической активности

Эта адаптация может быть ответом на:

1. изменение энергетических потребностей;

2. изменение в обеспеченности кислородом;

3. воздействие факторов, связанных с миграцией и голоданием;

4. изменение физических условий среды;

5. изменение гормонального статуса.

Скорость биохимической адаптации

Чем больше времени предоставляется для адаптивных изменений, тем больше выбор возможных приспособительных механизмов.

Генетическая адаптация происходит на протяжении многих поколений. Происходят мутации в регуляторных генах, аминокислотные замены с образованием новых изоферменов, возникновение новых молекул.

Пример: появление гликопротеиновых полипептидных «антифризов» у морских костных рыб, живущих среди льдов.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

И. о. проректора-начальник

_______________________

__________ _____________ 2011 г.

БИОХИМИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности (03.01.04 Биохимия)

очной и заочной форм обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

«______»___________2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных «24 »мая 2011 г. Протокол № 11.

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

Объем 9 стр.

Зав. кафедрой ______________________________//

Рассмотрено на заседании УМК Биологического департамента ИМЕНИТ

«30 »мая 2011 г. Протокол №2

Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________/

«30 »мая 2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Нач. отдела аспирантуры

и докторантуры_____________

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

кафедра анатомии и физиологии человека и животных

БИОХИМИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия

Тюменский государственный университет

Кыров адаптация Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия. Тюмень, 2011, 9 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , д. м.н., профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и животных

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы:

1. Пояснительная записка :

1.1. Цели и задачи дисциплины

Цель: Изучение основы адаптации метаболических процессов на молекулярном уровне.

Задачи: изучить основные понятия, связанные с адаптацией на молекулярном уровне, обсудить пути адаптации организма к различным условиям обитания, изучить методы оценки адаптационных изменений

1.2. Место дисциплины в структуре ООП.

Специальная дисциплина отрасли науки и научной специальности.

Содержание дисциплины: активность ферментов при адаптационном изменении метаболизма, биохимические аспекты адаптации к различным условиям среды, стресс и транспортные системы клетки.

Биохимия, Основы энзимологии, Мембранный транспорт, Регуляция метаболических процессов.

В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы: Физиология человека, Биохимия и молекулярная биология .

1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Базовые представления о стратегии биохимической адаптации и ферментативной изменчивости, основные понятия метаболической адаптации

Гибернация при изменениях факторов среды. Механизмы терморегуляции организма. Ангидробиоз. Гибернация. Выключение активного метаболизма. Диапауза у насекомых. Роль липидов при спячке. Замедление циклов распада веществ при зимней спячке. Спячка мелких и крупных млекопитающих. Адаптация к температуре гомотермных животных. Адаптация к температуре пойкилотермных животных.

Пути выведения продуктов распада из организма. Роль иммунной системы в поддержании активности адаптирующегося организма. Аммонийные животные. Модификация цикла мочевины. Адаптация в процессе онтогенеза. Адаптация к обитанию в водных растворах. Адаптация к морским глубинам.

Биохимическая адаптация: механизмы и стратегии.

1. Стратегия долговременной биохимической адаптации.

2. Стратегия кратковременной биохимической адаптации.

Клеточный метаболизм. Адаптация ферментов к метаболическим изменениям

1. Количественная адаптация фермента.

2. Качественная адаптация фермента.

3. Промежуточные метаболиты и восстановительные эквиваленты.

Адаптация к физической нагрузке. Стресс и транспортные системы клеток.

1. Пассивный и активный транспорт при адаптации

2. Холинэргическая система при измени условий окружающей среды

Адаптация к кислородному режиму и нырянию

1. Условия гипоксии и энергетический обмен.

2. Адаптация аэробного и анаэробного пути расщепления метаболитов.

Система дыхания при изменениях факторов среды. Механизмы терморегуляции организма.

1. Криопротекторные белки.

2. Гибернация у животных

3. Механизмы терморегуляции

Система детоксикации организма. Иммунная система и экологические воздействия.

2. Научная дискуссия «Детоксикация организма как защитный механизм»

8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Таблица 3

Осуществляемые студентами виды самостоятельных работ при изучении дисциплины и контроль за их выполнением

Вид самостоятельной работы	Деятельность студентов в ходе выполнения данного вида самостоятельной работы	Способ оценки
Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы	Предполагается, что по мере освоения материала студенты дополнительно самостоятельно прорабатывают конспекты лекций , а также рекомендованные разделы основной и дополнительной литературы.	ответ на семинаре
Подготовка к семинару по теме	По мере освоения лекционного материала проводится контроль теоретических знаний студентов по определенным темам дисциплины представленным в разделе тематическое планирование. Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов лекций, основной и дополнительной литературы.	ответ на семинаре
Знакомство с содержанием электронных источников (по теме)	Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов электронных источников.	ответ на семинаре
Подготовка презентаций	Студенты самостоятельно в ходе подготовки к семинару готовят при помощи соответствующего программного обеспечения слайды для более полного освещения вопросов семинара.	ответ на семинаре
Подготовка рефератов	Тема включает самостоятельную подготовку студентами рефератов, затрагивающих различные аспекты предмета.
Подготовка к научной дискуссии «Детоксикация организма как защитный механизм»	В рамках темы проводиться дискуссия об оценке механизмов детоксикации.	ответ на семинаре

Примерные темы рефератов и контрольных работ :

1. Аэробное приспособление к физическим нагрузкам.

2. Анаэробное приспособление к физическим нагрузкам.

3. Энергетические субстраты в условиях приспособления.

4. Адаптация пассивных транспортных систем клетки

5. Адаптация систем активного транспорта клетки.

6. Ферментативные изменения путей расщепления энергетических субстратов.

7. Регуляция метаболизма при физической нагрузке.

Вопросы к зачету:

1. Основные механизмы и стратегии биохимической адаптации.

2. Адаптация ферментов к метаболическим нагрузкам.

3. Адаптация к короткой высокоинтенсивной физической нагрузке.

4. Адаптация к длительной физической нагрузке.

5. Адаптация в условиях аноксии.

6. Адаптация к температуре гомотермных животных.

7. Адаптация к температуре пойкилотермных животных.

8. Адаптация холинэргических систем.

9. Стресс. Срыв механизмов адаптации.

10. Влияние аэробных и анаэробных тренировок к физической нагрузке.

11. Адаптация к нырянию.

12. Выключение активного метаболизма. Роль спячки.

13. Адаптация в процессе онтогенеза.

14. Адаптация к обитанию в водных растворах.

15. Адаптация к морским глубинам.

16. Криопротекция.

17. Детоксикация организма.

18. Адаптация транспортных систем клетки

9. Образовательные технологии.

При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины используются следующие виды образовательных технологий:

Мультимедийные средства обучения:

В лекционном курсе студентам демонстрируются анимированные слайды, видео ролики для более полного освещения материала. В ходе самостоятельной подготовки к семинарским занятиям студенты разрабатывают с помощью ПО - "PowerPoint" слайды для более полного освещения излагаемого материала.

Специализированные программы и оборудование:

При подготовке и чтении лекционного курса используется программы пакета Microsoft Office ("МО PowerPoint, Windows Media Player, Internet Explorer"), указанное ПО также используют студенты в ходе самостоятельной работы.

Интерактивные технологии:

Дискуссии в рамках семинарских занятий

Научная дискуссия на тему «Детоксикация организма как защитный механизм»

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

10.1. Основная литература:

1. Варфоломеев энзимология,. М: Академия, 20с.

2. , Шведова. М: Дрофа. 20с.

3. Биохимия человека 2т. М: Мир. 20с.

4. Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М: Мир. 19с.

5. Зимницкий, в биохимических механизмах адаптации организма. – М.: Глобус, 2004. – 240 с.

6. . Биохимические основы химии биологически активных веществ. Учебное пособие. БИНОМ. 20с.

7. Публикации в журнале «Биологические мембраны» 2005-н. в.

8. Публикации в журнале «Биохимия» 2005 – н. в.

9. Публикации в журнале «Эволюционная физиология и биохимия» 2005-н. в.

10.2. Дополнительная литература:

1. Плакунов энзимологии. М.: Логос, 20с.

2. Регуляция ферментативной активности. М.: Мир, 19с.

3. Курганов ферменты. М. Наука, 19с.

4. Розанов процессы и их коррекция при экстремальных состояниях. Киев: Здоровья, 19с.

5. Химическая энзимология. / Под ред. , К. Мартинека. М.: Изд-во МГУ, 19с.

6. Проблемы биохимической адаптации/ Под. ред. М:Медицина. 19с.

7. , Пшенникова к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. М: Медицина. 19с.

10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором. На факультете имеется 4 мультимедийные аудитории для проведения лекционных занятий. Лабораторный кабинет оснащен оборудованием и реактивами для проведения практических биохимических исследований.

Адаптация - это совокупность процессов в организме, формирующих его устойчивость к изменившимся условиям существования. В зависимости от уровня приспособительных реакций можно выделить физиологическую (системную) и биохимическую (клеточную) адаптацию.

Физиологическая адаптация связана с перестройкой деятельности системных функций организма (например, кровообращения, дыхания, нервной системы и т.д.), позволяющих сохранить постоянство внутренней среды организма и облегчить деятельность органов и тканей, улучшая их снабжение питательными веществами и кислородом, ускоряя вывод продуктов жизнедеятельности.

Клетки, являясь частью организма, обладают собственными механизмами перестройки обмена веществ, основанными на изменениях в протекании биохимических реакций внутри клеток.

Два вида адаптации тесно взаимосвязаны и дают возможность приспособиться организму к неблагоприятным условиям.

Адаптация связана с регуляцией, так как направить в нужное русло обмен веществ можно только с помощью системы внеклеточных регуляторов. Биохимическая адаптация и регуляция может быть срочной и долговременной.

Срочная адаптация связана с быстрой перестройкой обмена веществ, происходящей в начале критической ситуации. При этом все изменения обмена веществ обусловлены включением срочных механизмов регуляции клеточного метаболизма, а именно действием нервно-гормональных стимулов на проницаемость клеточных мембран и активность ферментов.

Если срочная адаптация направлена на выживание клетки, то долговременная - на сохранение жизнеспособности ее в неблагоприятных условиях. При долговременной адаптации перестройка метаболизма обусловлена включением долговременных механизмов регуляции, т.е. влиянием нервно-гормонольных стимулов на синтез ферментов и других функциональных белков, обеспечивающих иной тип обмена веществ, соответствующий изменившимся условиям.

Если по каким-либо причинам нервно-гормональная регуляция нарушена, то организм долго не может приспособиться к сложившимся условиям среды, что проявляется в виде болезней адаптации и акклиматизации.

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1999.

2. Гофман Э. Динамическая биохимия. - М.: Медицина, 1971.

3. Гудман М., Морхауз Ф. Органические молекулы в действии. М.: Мир, 1977

4. ЛенинджерА. Биохимия. - М.: Мир, 1986.

5. Марри Р., Греннер Д., Мейс П., Родуэл В. Биохимия человека. М.: Мир, 1993.

6. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: Высшая школа 1989.

7. Николаев Л.А. Химия жизни. - М.: Просвещение, 1973.

8. Страйер Л. Биохимия. В 3-х тт. - М.: Мир, 1984.

9. Строев Е.А. Биологическая химия. - М.: Высшая школа, 1986.

10. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. И др. Основы биохимии. - М. Мир, 1981.

11. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. - М.: Агар, 1999.

Адаптации организмов к температуре. Живые организмы в ходе длительной эволюции выработали разнообразные приспособления, которые позволяют регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Это достигается: 1) различными биохимическими и физиологическими перестройками в организме, к которым относятся изменение концентрации и активности ферментов, обезвоживание, понижение точки замерзания растворов тела и т.д.; 2) поддержанием температуры тела на более стабильном температурном уровне, чем температура среды обитания, что позволяет сохранить сложившийся для данного вида ход биохимических реакций.[ ...]

Адаптации к температуре. Растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные - рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать какую-то определенную температуру тела. Они больше зависят от тепла, поступающего извне, чем от тепла, образующегося в обменных процессах. При этом во всем интервале изменений температура тела мало (на уровне десятых долей или не более 1-2°) отличается от температуры среды. Эти организмы могут быть обозначены как эктотермы, т.е. подчиненные внешней температуре. Некоторые из них обладают ограниченной способностью к кратковременной термостабилизации за счет теплоты биохимических реакций, интенсивной мышечной активности. Но только настоящие эндотермы - птицы и млекопитающие - могут поддерживать постоянно высокую температуру тела при значительных изменениях температуры окружающей среды. Они располагают средствами эффективной регуляции теплоотдачи и теплопродукции организма. У некоторых из них соответствующие механизмы достигают высокой мощности и совершенства. Так, песец, полярная сова и белый гусь легко переносят сильный холод без падения температуры тела и при поддержании разности температур тела и среды в 100° и более. Благодаря толщам подкожного жира и особенностям периферического кровообращения превосходно приспособлены к длительному пребыванию в ледяной воде многие ластоногие и киты.[ ...]

Биохимический распад того или иного вещества зависит от ряда химических и физических факторов, как, например, наличия различных функциональных групп в молекуле, величины молекулы и ее структуры, растворимости вещества, изомеризации, полимеризации, образования промежуточных продуктов и их взаимодействия и др. Этот распад обусловливается также биологическими факторами - сложностью обмена у микроорганизмов, вариабельностью штаммов бактерий, влиянием среды и длительностью адаптации микробов и пр. Механизм адаптации пока неизвестен. Сроки и пределы адаптации микроорганизмов различны - от нескольких часов до 200 дней и более .[ ...]

Биохимические изменения. Общеизвестно, что изменение температуры оказывает существенное влияние на скорость метаболических реакций и общую интенсивность обмена. Повышение температуры в толерантном диапазоне ведет к усилению интенсивности обмена, а понижение температуры - к его снижению. Между тем основные обменные процессы в организме должны поддерживаться на определенном уровне, который может изменяться лишь в довольно узких пределах, иначе наступают нарушения метаболического гомеостаза, несовместимые с жизнью. Особо следует подчеркнуть, что для нормального течения обменных процессов важны как уровень наступающих изменений температуры, так и их скорость. Резко выраженное и стремительно развивающееся понижение температуры может привести к такому замедлению метаболических процессов, которое уже не в состоянии обеспечить нормальный ход основных процессов жизнедеятельности. Сопоставимое по выраженности и скорости, но противоположное по направленности изменение температуры, т. е. ее повышение, также может привести к такому увеличению интенсивности обменных процессов, которое трудно или невозможно обеспечить кислородом. Все это поставило рыб и других эктотермных животных перед необходимостью выработки различных механизмов контроля интенсивности обменных процессов, обеспечивающих поддержание уровня метаболической активности в относительной независимости от температуры окружающей среды. Ключевую роль при этом играют ферменты - катализаторы бесчисленного множества химических реакций, совокупность которых составляет метаболизм. Поскольку практически все клеточные реакции катализируются ферментами, регуляция метаболизма сводится к регуляции типа и интенсивности ферментативных функций.[ ...]

Адаптация к устойчивым температурам сопровождается у пойкилотермных животных компенсаторными изменениями уровня метаболизма, которые нормализуют жизненные функции в соответствующих режимах температур. Такие адаптации выявляются при сравнении близких видов, географических популяций одного вида и сезонных состояний особей одной популяции. Общая закономерность адаптивных сдвигов обмена состоит в том, что у животных, адаптированных к более низкой температуре, уровень метаболизма выше, чем у приспособленных к более высокой (рис. 4.8). Это относится как к общему уровню обмена, так я к отдельным биохимическим реакциям. Показано, например, что уровень и реактивность на температурные изменения амилрлитической активности экстракта поджелудочной железы остромордых лягушек отличается у разных географических популяций этого вида. Если активность при 35°С принять за 100 %, то при 5°С у лягушек из популяции п-ва Ямал активность составит 53,7, а в популяции из окрестностей г. Екатеринбурга - только 35 %.[ ...]

Адаптация (приспособление) или приведение организма в соответствие с окружающей средой (о очищаемой водей) обусловливает резкое увеличение интенсивности и эффективности биохимической очистки. Адаптация особенно вдкна в тех случаях, котла очищаемым суботратом является новое синтетическое вещество, ранее в природе ве существовавшее. Иногда адаптация цродолкается несколько месяцев. Время адаптации можно уменьшить, если провести засев уже адаптированной заранее микрофлорой. Способность микроорганизмов окиолять органические вещества определяется активностью их ферментов., каждый из которых избирательно катализирует одну реакцию. набор систем ферментов зависит от оостава и концентрации примесей сточных вод, а скорость образования ферментов - от физиологической активности микроорганизмов.[ ...]

При биохимическом окислении аренов существенную роль играет парциальное давление окисляющего кислорода. Повышение давления до определенного предела (в зависимости от состава биоценоза) приводит к возрастанию скорости реакции. В этом случае скорость процесса лимитируется растворимостью кислорода в водной фазе и адаптацией микроорганизмов . В сравнении с другими микроорганизмами Nocardia corallina, N. ораса, N. actinomorpha легче других адаптируются к повышенному давлению окисляющего газа.[ ...]

В основе адаптации микробных ценозов к промышленным загрязнениям лежат разнообразные биологические механизмы, неоднородные в генетическом отношении. Микробы-деструкторы, от биохимических свойств которых зависит окислительная способность биоценоза, могут изменяться либо фенотипически, временно приобретая способность ферментировать те или иные соединения, либо генотипически - с образованием новых форм микробов, у которых наследственно закреплена способность синтезировать новый фермент. Регуляторные механизмы обеспечивают надлежащую координацию метаболической активности отдельных ферментных систем, предупреждают избыточное образование ферментов, промежуточных и конечных продуктов и позволяют бактериям экономно и целесообразно использовать отдельные химические вещества. Эта удивительная гармония клеточного метаболизма - одна из интереснейших проблем ассоциативных отношений микробов.[ ...]

Вещества, растворенные в воде,окисляются быстрее, чем в дисперсном состоянии. Наличие функциональных групп способствует биологическому окислению, а третичный углеродный атом - ухудшает. Наличие двойной овязи в некоторых случаях облегчает биологическое разложение соединения.[ ...]

Физиолого-биохимическая адаптация человека к шуму невозможна.[ ...]

Физиолого-биохимическая адаптация человека к шуму невозможна. Сильный шум - физический наркотик для человека. Музыкальный шум 120- 130 децибел (дБ) сопоставим с разрядом молнии или взлетом реактивного самолета (100 дБ).[ ...]

Возможность биохимической деструкции хлорофоса активным илом при концентрации последнего в пределах 25-500 мг/дм3 показана в работе . Предварительная адаптация микрофлоры позволила значительно интенсифицировать этот процесс.[ ...]

Для изучения биохимической активности илов, полученных как из одной культуры, так и из смеси культур, был проведен ряд опытов. Методика опытов сводилась к следующему. В микроаэратор, содержащий 1 л стерильной промышленной сточной воды, вводили активный ил определенной концентрации, иловую жидкость аэрировали различные периоды времени, а затем аэрацию прекращали; после 30 мин. отстаивания жидкость сифониро-вали и использовали для химического анализа, а активный ил заливали свежей сточной водой. В некоторых случаях этот же активный ил использовали без предварительной адаптации для очистки сточных вод иного состава.[ ...]

Удельный вес биохимической компоненты в мгновенной температурной адаптации, по-видимому, меньше, чем физиологической компоненты, ибо организму проще избежать неблагоприятный температурный режим, чем прибегать к "включению" биохимических механизмов. Другое дело, когда речь идет о постепенных и довольно продолжительных (дни, недели, месяцы), скажем, сезонных изменениях температурного режима водоема или его тепловом загрязнении. Здесь на передний план выходят наряду с физиологическими и биохимические изменения, обеспечивающие восстановление функциональной активности и нормальной жизнедеятельности организма при новом температурном режиме с помощью компенсации интенсивности метаболизма (метаболическая акклимация). Поскольку интенсивность основных метаболических процессов, обеспечивающих организм энергией и "строительным" мате)иалом (образование промежуточных веществ; синтез нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов), необходимых для нормальной жизнедеятельности, определяется ферментами, постольку ферменты приобретают решающую роль в биохимической адаптации к постоянно меняющимся температурным условиям.[ ...]

Поскольку все биохимические процессы проходят при участии ферментов, то при поступлении органических веществ иного химического состава и строения жизнедеятельность микроорганизмов из-за токсичного действия может полностью нарушаться или же в течение некоторого времени происходит приспособление (адаптация) микроорганизмов к изменившимся условиям. Следствием этого является выработка новых ферментов, под действием которых начинает разлагаться новый вид органического загрязнения. В зависимости от химической природы загрязнения, его концентрации, количества микроорганизмов, скорости их размножения и других внешних факторов период адаптации может длиться от нескольких дней до нескольких месяцев.[ ...]

При отсутствии биохимических очистных сооружений для заражения может быть использован речной ил, взятый ниже сброса сточных вод (примерно на расстоянии 0,5 км) или бытовая сточная вода, микрофлора которой должна быть предварительно адаптирована. Для адаптации микрофлоры бытовую сточную воду разбавляют водопроводной водой до бихроматной окисляемости, равной 50-60 мг О г/л, и в нее добавляют производственный сток в таком количестве, чтобы бихроматная окисляемость смеси была равна 100-150 мг О г/л. Раствор ставят в термостат при 30° С или сохраняют при комнатной температуре. Через 2 суток жидкость становится мутной, иногда на поверхности ее появляется пленка, что указывает на обильное развитие микрофлоры (желательна проверка под микроскопом). Когда бихроматная окисляемость снизится на 50-60%, еще раз добавляют воду из производственного стока и через 2-3 суток жидкость с адаптированной микрофлорой фильтруют, поступая так, как описано выше.[ ...]

Определение БПК биохимически очищенных сточных вод. Сточные воды, прошедшие биохимическую очистку в соответствующих установках, имеют некоторые особенности, которые следует подчеркнуть. Значения БПК таких вод невелцки, и в ходе определения биохимически окисляются кислородом главным образом лишь трудноокисляемые («биохимически жесткие») соединения. Поэтому кривая, показывающая возрастание БПК во времени (по суткам), относительно пологая (скорость окисления незна-. чительна). В этих условиях особенно важно применение адапти« рованной микрофлоры, чтобы не затягивать чрезмерно процесс, и адаптация вводимой микрофлоры должна проводиться именно на этой воде, прошедшей биохимическую очистку, а не на неочищенной воде. Воды эти содержат много нитритов, и потому удаление последних сульфаминовой кислотой или азидом натрия обязательно. Избыток сульфаминовой кислоты не повредит, так как она разлагается, не образуя окисляющихся веществ.[ ...]

Физиологические адаптации проявляются, например, в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Так, верблюд способен обеспечивать потребности во влаге путем биохимического окисления собственного жира.[ ...]

Физиологические адаптации. Вырабатываемое живыми организмами тепло как побочный продукт биохимических реакций может служить источником повышения температуры их тела. Поэтому многие организмы, используя физиологические процессы, могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эту способность называют терморегуляцией.[ ...]

О до +100 С, поскольку биохимические реакции в клетках протекают в водных растворах. Это, однако, не совсем верно. Главные факторы, определяющие температурные пределы активной жизнедеятельности или сохранения жизнеспособности организмов - температурная устойчивость белков, клеточных мембран и других макромолеку-лярных комплексов клетки, а также сбалансированность биохимических реакций в процессах клеточного метаболизма. Белки - сложные биополимеры, функциональная активность которых зависит от пространственной структуры молекулы, которая поддерживается многими связями - сильными (ковалентными и ионными) и слабыми, в том числе водородными, чувствительными к температуре. При низких температурах эти связи устойчивы, поэтому адаптация к жизни при температурах, близких к нулю, достигается в основном за счет смещения температурного оптимума активности ферментов и согласования его у всего комплекса ферментов и регуляторных механизмов.[ ...]

Наконец, еще один путь биохимической адаптации - это выработка гомологичных ферментов, для К которых характерна более или менее выраженная независимость от изменений температуры в толерантном для вида диапазоне. Яркий пример такого рода адаптации дает нам пируваткина-за Gilichthys mirabilis (рис. 16), способность которой связывать фосфоенол-пируват (субстрат) практически не зависит от температуры в довольно значительном диапазоне. Это пример выработки эвритермного фермента, существенно отличающегося по степени температурной зависимости К в сравнении со стенотермными изоферментами пируваткиназы радужной форели.[ ...]

Расчет любых сооружений биохимической очистки производственных сточных вод ведется по полной биохимической потребности в кислороде. Величина БПК5 не дает никакого представления о потребности в кислороде, так как она зависит от степени адаптации микробов к соединениям, содержащимся в сточной воде, от количества микробов, взятых для заражения, и от принятого разбавления. Так, БПК5 1 мг вещества по данным различных авторов колеблется для формальдегида от 0,33 до 1,1; для ацетальдегида от 0,66 до 0,91; для фурфурола от 0,28 до 0,77; для метилового спирта от 0,12 до 0,96; для уксусной кислоты от 0,34 до 0,77. В табл. 44 приводятся данные о полной биохимической потребности в кислороде для ряда органических соединений, полученные отечественными специалистами.[ ...]

Стратегия и конкретные пути биохимической адаптации к вечно колеблющимся факторам внешней среды, в том числе и к температурному фактору, детально рассмотрены в прекрасной монографии П. Хочачка и Дж. Поэтому мы ограничимся лишь кратким изложением основных идей и фактических данных, свидетельствующих о важнейшем значении биохимических основ температурной адаптации рыб.[ ...]

Стратегия биохимической адаптации.[ ...]

Весьма разнообразно влияние на биохимические процессы органических токсичных веществ. Многие из них служат источником углерода для микроорганизмов, вследствие чего они могут перерабатываться при значительных концентрациях в очищаемых сточных водах. Однако процесс их биохимического окисления протекает замедленно, особенно в его начале; по мере приспособления микроорганизмов интенсивность процесса повышается и через какой-то период времени достигает максимального своего значения. Продолжительность периода адаптации зависит от вида токсичных веществ и их концентрации; обычно он занимает до двух месяцев и лишь иногда больше.[ ...]

Раздражители - факторы, вызывающие биохимические и физиологические изменения (адаптации).[ ...]

Рассмотренная технологическая схема биохимических очистных сооружений наиболее проста по аппаратурному оформлению, однако ее целесообразно применять только в том случае, если промышленные сточные воды имеют стабильный состав и неизменные основные параметры: расход, pH, температуру, содержание загрязняющих веществ, состав загрязнений. Практика эксплуатации очистных сооружений на химических предприятиях показала, что чаще всего промышленные сточные воды имеют переменный состав, что дестабилизирует технологический режим работы очистных сооружений, отрицательно влияет на активный ил, препятствует адаптации последнего к загрязняющим веществам. Поэтому более целесообразно использовать технологическую схему очистных сооружений с предварительным усреднением поступающих в них промышленных сточных вод (рис. 4.5).[ ...]

Молекулярные механизмы температурной адаптации включают в себя изменения первичной структуры ферментов,с помощью таких фундаментальных механизмов, как активация генов, транскрипция, трансляция и сборка новых вариантов ферментов (изоферментов), изменение концентраций отдельных изоферментов, приспособленных к определенным температурам, изменение кинетических свойств данного фермента, изменение кофакторов и микросреды, в которой функционируют ферменты, кон-формационные изменения, ведущие к появлению "мгновенных", или функциональных, изоферментов. Выбор стратегии и конкретных механизмов биохимической адаптации рыб определяется прежде всего скоростью наступления и длительностью сохранения температурных изменений, а также видовыми экологическими и возрастными особенностями рыб.[ ...]

В период пуска в эксплуатацию сооружений биохимической очистки обязательным является постепенное приспособление (адаптация) микроорганизмов активного ила к окислению загрязнений, находящихся в сточных водах.[ ...]

Окислительная работа аэротенка № 1. Опыты по биохимической очистке сточных вод, как правило, начинаются с очистки стока небольшой концентрации по органическим веществам с целью адаптации микрофлоры ила к специфическим загрязнителям. Получение устойчивых результатов очистки позволяет изменять режим работы сооружения.[ ...]

По исследованиям Милса , для оптимизации процессов биохимической очистки увеличение концентрации активного ила должно сочетаться с термобиозом. Термобиозом называют функционирование и соответственно адаптацию микроорганизмов при температурах выше 30 °С, когда в метаболизме микроорганизмов начинают преобладать термофильные процессы, сопровождающиеся, в частности, ускорением роста, ускорением биохимического окисления загрязнений, а также увеличением ферментативной активности. Среди термофилов в уплотненных илах преобладали термотолерантные микроорганизмы (Pseudomonas, Bacterium, Sarcina). При таком соотношении - порядка 1: 800, эвритермные термофилы играют в биохимическом окислении промышленных загрязнений подчиненную роль.[ ...]

Основой для разработки методов двух- и многоступенчатой биохимической очистки сточных вод является идея культивирования на очистных станциях активных илов, приспособленных к окислению отдельных групп органических загрязнений. Считается, что чем ближе адаптация (специализация) активного ила к данному виду загрязнений, тем успешнее проходит процесс биохимической очистки. Одним из путей для инженерной реализации этой идеи является создание ступенчатой биохимической очистки, на каждой ступени которой функционирует определенная культура активного ила. Понятно, что чем больше разница в скоростях биохимического окисления отдельных компонентов сточных вод, чем выше их начальные концентрации, тем эффективнее применение ступенчатой схемы очистки.[ ...]

Установлено, что с п о в ы ш е и и ем температур ы сточной воды скорость биохимической реакции возрастает. Однако на практике ее поддерживают в пределах 20-30 °С. Превышение указанной температуры может привести к гибели микроорганизмов, При более низких температурах снижается скорость очистки, замедляется процесс адаптации микробов к новым видам загрязнений, ухудшаются процессы нитрификации, фло-куляции и осаждения активного ила. Повышение температуры в оптимальных пределах ускоряет процесс разложения органических веществ в 2-3 раза. С увеличением температуры сточной воды уменьшается растворимость кислорода, поэтому для поддержания необходимой концентрации его в воде требуется производить более интенсивную аэрацию.[ ...]

В воде, содержавшей бытовые загрязнения, при отсутствии предварительной адаптации бактериальной флоры эмульгатор СТЭК в концентрациях 10-30 мг/л вызывал несущественное повышение, а в концентрации 100 мг/л - некоторое снижение биохимического потребления кислорода. Статистическая обработка результатов двух параллельных серий опытов (по 5 опытов в серии) - контрольной и испытывающей влияние СТЭКа в концентрации 5 мг/л - не показала достоверных различий между величинами ВПК, вычисленными по сериям, в различные сроки эксперимента (опыт проводился в течение 20 суток).[ ...]

Для каждого конкретного стока активный ил должен постепенно адаптироваться. При адаптации яла и обеспечении нужного соотношения бактерий и простейших эффективность биохимической очистки повышается, а прирост избыточного активного ила снижается. Даже после адаптации вредные ¡вещества, содержащиеся в сточной воде, могут быть в концентрации выше предельной и оказывать токсичное воздействие на микроорганизмы ила.[ ...]

В монографии рассматривается широкий круг вопросов по генетически обусловленному биохимическому полиморфизму у человека. Представлен исторический очерк изучения ге-нетико-биохимической изменчивости в популяциях и проанализированы собственные результаты исследования биохимического полиморфизма по значительному числу генетических систем ферментных и других белков крови. Составлены геногеографические карты, существенно расширяющие картину генетикоантропологической дифференциации на территории СССР. Содержится новая информация о формировании этнических групп и антропологических типов Северной Азии и сопредельных территорий в пространстве и времени. Критически проанализированы данные по эволюционной адаптации человека на биохимическом уровне. Дается оценка одного из важнейших факторов генетической динамики - скорости мутационного процесса в некоторых популяциях СССР.[ ...]

Постоянными компонентами городских сточных вод являются поверхностно-активные вещества. По отношению к биохимическому окислению они делятся на «мягкие» и «жесткие». Жесткие ПАВ практически не подвергаются биохимическому окислению. Способность ПАВ к биохимическому окислению определяется их химической структурой. Легко подвергаются биохимическому окислению анионные ПАВ- алкилсульфаты с нормальной углеводородной цепью. ПАВ, имеющие разветвленную углеводородную цепь, содержащую бензольное ядро, и неионогенные ПАВ наиболее устойчивы к биохимическому окислению. Способность к биохимическому окислению ПАВ может быть повышена при адаптации микроорганизмов, которую следует начинать с введения малых количеств ПАВ (порядка 5 мг/л).[ ...]

Высокая структурная и сопутствующая ей функциональная гетерогенность гемоглобина рыб являются одними из важнейших биохимических механизмов широкой адаптации к разнообразному спектру меняющихся факторов как внутренней, так и внешней среды. Наличие в организме сложного, многокомпонентного гемоглобина, каждый из которых имеет свои оптимальные условия функционирования, увеличивает его реактивную способность к присоединению и отдаче кислорода, т. е. содействует в конечном счете оптимальному обеспечению организма кислородом при разных физиологических и постоянно меняющихся экологических условиях.[ ...]

Состав промышленных сточных вод разнообразен. Очень часто вещества, содержащиеся в сточных водах, сильно замедляют процесс биохимического окисления, а иногда оказывают токсическое действие. Однако известно, что микроорганизмы можно адаптировать (приспособить) к различным соединениям, в том числе даже токсичным. При определении биохимической потребности в кислороде промышленных стоков предварительная адаптация микрофлоры имеет решающее значение. Для адаптации требуется определенное время.[ ...]

Другая важнейшая адаптивная реакция, возникающая при длительном или краткосрочном дефиците кислорода в окружающей среде, но уже на биохимическом (молекулярном) уровне - это изменение сродства гемоглобина к кислороду. Еще в начале текущего столетия А. Крог и И. Лейч показали, что адаптация рыб к пониженному содержанию кислорода осуществляется за счет повышения сродства гемоглобина к кислороду. Сопоставляя величину напряжения кислорода в воде, необходимую для полунасыщения крови у малоподвижных пресноводных рыб (карп, угорь), часто встречающихся с дефицитом кислорода в естественных условиях обитания, с высокоподвижной оксифильной форелью, они обнаружили, что у малоподвижных рыб эта величина в 3-5 раз ниже, чем у высокоподвижных. Такая же зависимость выявлена и при сопоставлении двух, различающихся по уровню активности, видов морских рыб - придонной камбалы и пелагической трески, однако в этом случае различия достигали лишь двукратной величины (рис. 18) ■ Исследования этого плана были продолжены на морских рыбах Р. Рутом , который пришел к выводу, что кровь высокоактивных рыб обладает повышенной кислородной емкостью в сравнении с кровью малоактивных рыб. По мнению ряда специалистов , степень сродства гемоглобина к кислороду является важнейшим фактором, определяющим уровень устойчивости рыб к дефициту кислорода. Выявлено наличие связи между величинами Р о и Р95 крови и уровнем пороговых и критических /э02 (рис. 19) для многих морских и пресноводных видов рыб, относящихся к различным по уровню активности экологическим группам .[ ...]

Обобщая представленные в настоящей главе экспериментальные данные, необходимо признать, что рыбы обладают высокоэффективными физиологическими и биохимическими механизмами адаптации к длительному или кратковременному дефициту кислорода в окружающей среде (экзогенная гипоксия) или возникающему в результате напряженной мышечной работы и в других стрессовых ситуациях (эндогенная гипоксия).[ ...]

В водоемах с большими температурными перепадами, амплитуда которых достигает нескольких десятков градусов, обитают эвритермные рыбы. Если в основе адаптации стенотермных рыб лежат поведение, актив- ный выбор мест обитания, то в основе адаптации эвритермных рыб - глубокие биохимические механизмы (изменение концентрации ферментов, их активности, удельного веса отдельных изоформ того или иного фермента). Тепловые" изоферменты проявляют высокое сродство к субстратам при температурах, близких к "верхнему диапазону" для данного вида (приблизительно 15-20°С), и быстро утрачивают его при низких температурах (примерно 10°С и ниже). Напротив, "холодовые" изоферменты лучше всего связывают субстрат при температурах менее 10°С, а при более высоких температурах обнаруживают к нему меньшее сродство, чем "тепловые" варианты .[ ...]

Если вы внимательно читали три предыдущие главы, то, наверное, обратили внимание, что при приспособлении организма к изменениям различных условий среды нередко наблюдаются однонаправленные и вполне соизмеримые изменения одних и тех же биохимических параметров. Оказывается, что адаптация организма к какому-либо одному фактору среды может способствовать приспособлению его к другим факторам, повышать устойчивость к ним. Это явление называют перекрестной адаптацией. Прежде всего обратимся к фактам, а затем попытаемся разобраться в молекулярных основах перекрестной адаптации человека и ее практическом значении.[ ...]

Экологические представления об эволюционных процессах в популяциях, названных Н. В. Тимофеевым-Ресовским микроэволюцией, во многом разработаны уральской школой экологов под руководством С. С. Шварца. Согласно этим представлениям микро-эволюционный процесс проходит следующие стадии: 1) возникновение морфологических изменений в популяции при адаптации к конкретным условиям обитания; 2) накопление вслед за этим физиологических изменений; 3) биохимические изменения в организме и, соответственно, изменения генетической информации; 4) образование новых подвидов; 5) образование новых видов.[ ...]

Многие придонные рыьы глубоких озер, обитающие в полностью обескислороженных водах или при значительном дефиците кислорода, рыбы тропических болот или мелких, промерзающих озер постоянно встречаются с острым дефицитом кислорода и вынуждены были на протяжении своей длительной эволюции совершенствовать возможности анаэробного обмена. В этих условиях на передний план выдвигаются биохимические механизмы адаптации на молекулярном уровне, ибо только они могут обеспечить длительное выживание рыб в таких экстремальных условиях, как постоянный дефицит кислорода или даже его кратковременное отсутствие.[ ...]

При установлении предельно допустимой концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны наиболее важным и ответственным этапом является определение минимально действующей (пороговой) концентрации (ПК) в длительном (хроническом) эксперименте. В качестве подопытных животных используют белых крыс. Обычно исследуют результаты воздействия 2-3-кратных концентраций, с помощью которых устанавливают подпороговую (максимально недействующую) и пороговую (минимально действующую) концентрацию (ППК и ПК) по функциональным, биохимическим и другим показателям. Установленные в результате длительного эксперимента подпороговые и пороговые концентрации позволяют выявить особенности воздействия вредных веществ и особенности адаптации животных к этому воздействию. С учетом выявленных особенностей выбирают значения ПДК. Переход к ним производится путем умножения пороговых концентраций на коэффициент запаса, величина которого зависит от токсичности вещества и изменяется от 3 до 20.[ ...]

В соответствии с современными представлениями основным механизмом регуляции метаболических процессов является изменение активности отдельных ферментов или ферментных систем, обеспечивающих нормальный ход метаболизма. В свою очередь, регуляция ферментативной активности осуществляется тремя основными путями: 1) изменением активности ферментов ("модуляционная" стратегия); 2) изменением концентраций ферментов ("количественная" стратегия); 3) изменением набора ферментов ("качественная" стратегия) . Удельный вес каждого из этих механизмов биохимической адаптации в развитии трех временных форм компенсации температурных эффектов: немедленной, замедленной и длительной - неодинаков.[ ...]

Физиологи различают отдельные иидн устойчивости: морозо- и холодоустойчивость, жаро- и засухоустойчивость, устойчивость к засолению, заболеваниям. Но количество видов устойчивости растет: "появились" газоустойчивость (03, Б02, Ш4), устойчивость к тяжелым металлам (ртуть, медь, кадмий и др.), гербицидам, углеводородам и другим техногенным факторам. Если развивать этот "факторный" принцип классификации устойчивостей, то можно прийти к существованию устойчивости к отдельным температурам (-25? -5° +40? +50°) или различным концентрациям химических агентов. С точки зрения специфических механизмов устойчивости надо искать в клетке множество отдельных путей приспособления. Такая задача нам кажется слишком сложной и вообще нереальной. Трудно представить, что клетка обладает специфической устойчивостью к некоторому веществу, которого она в природных условиях ранее не встречала. Наверное рациональнее исходить из положения, что механизмы реагирования живой системы на внешние воздействия подвергались в эволюции естественному отбору и потому биохимическая стратегия адаптации клетки должна быть однотипнее и рациональнее. Поэтому разумнее отдельные вида устойчивости рассматривать как частные проявления общих принципов надежности живой системы (Гродзинский, 1983).