1. Нервная ткань состоит из нейронов и нейроглии.
Относительно положения в рефлекторной дуге нейроны классифицируются следующим образом:
сенсорный, вставочный и моторный.
(а) Определите верную последовательность распространения нервного импульса относительно
вида нейрона.
| Сенсорный нейрон
А Дендрит аксон
→синаптические
бляшки → эффектор
Сенсор → дендрит →акс
В
Он
→синаптические
бляшки
Вставочный нейрон
Сенсор → дендрит аксон
→синаптические бляшки
Дендритаксон
→ синаптические бляшки
Моторный нейрон
Дендрит →аксон
→синаптические
бляшки
Дендрит → аксон
→синаптические
бляшки → эффектор
с
Дендрит →аксон
Дендрит → аксон
Сенсор → дендрит акс
→синаптические
→синаптические бляшки он →синаптические
бляшки
→эффектор
бляшки
D
Сенсор→ дендрит →акс | Дендрит→аксон
Дендрит→аксон
он →синаптические
→ синаптические бляшки
→синаптические
бляшки
→эффектор
бляшки
31
(6) Нейроглия
совокупность вспомогательных клеток нервной ткани. Одним из типов
глиальных клеток являются олигодендроциты, которые участвуют в образовании миелиновой
оболочке нейронов.
Опишите функцию миелиновой оболочки.
2. Природа нервного импульса это электрохимический процесс, в основе которого лежит перемещение
ионов К и Na через мембрану клетки, что рождает собой смену потенциала.
(а) Опишите роль перемещения ионов Na" в нервном импульсе.
(6) Опишите роль перемещения ионов К" в нервном импульсе.
3. Процессы вдоха и выдоха контролируются гуморальной и нервной регуляцией. Дыхательный центр
получая сигнал от хеморецепторов контролирует сокращение диафрагмы и межреберных мышц. При
интенсивной тренировке частота и глубина дыхания увеличивается. Объясните влияние
нейрогуморальной регуляции в данном явлении.
4. Гомеостаз - сохранение постоянства внутренней среды, выражен многими процессами в организме.
Примером является регуляция уровня глюкозы в крови.
(а) Объясните, как повышение уровня глюкозы в крови повлияет на работу внутренних органов.
(ь) Объясните, как понижение уровня глюкозы в крови повлияет на работу внутренних органов.
5. На рисунке изображен эксперимент Чарльза Дарвина и его сына Френсиса относительно
фототропизма растений (1880). Он предположил, что кривизну вызывает вещество, вырабатываемое в
верхушке растения. Точный химический состав вещества выделил Кеннет Тиманн (1935),
идентифицировавшим его как индол-3-уксусная кислота (ИУК) или ауксин.
Объясните механизм фототропизма у растений.

1. Нервная ткань, нейроны и нейроглия

(а) Верная последовательность распространения нервного импульса — вариант B.

Последовательность относительно типов нейронов:

• Сенсорный нейрон: сенсор (рецептор) → дендрит → аксон → синаптические бляшки.

• Вставочный нейрон: дендрит → аксон → синаптические бляшки.

• Моторный нейрон: дендрит → аксон → синаптические бляшки → эффектор.

Таким образом, в полной рефлекторной дуге сигнал проходит:

рецептор → сенсорный нейрон → вставочный нейрон → моторный нейрон → эффектор (мышца или железа).

(б) Функция миелиновой оболочки

Миелиновая оболочка выполняет функцию электрической изоляции аксона и значительно увеличивает скорость проведения нервного импульса. Миелин покрывает аксон не полностью: между его участками находятся перехваты Ранвье. Поэтому нервный импульс распространяется скачкообразно — от одного перехвата Ранвье к другому. Такой способ проведения называется сальтаторным проведением и позволяет передавать нервный импульс намного быстрее и с меньшими затратами энергии.

2. Роль ионов Na⁺ и K⁺ в возникновении нервного импульса

В состоянии покоя внутренняя сторона мембраны нейрона имеет отрицательный заряд относительно наружной. При возникновении нервного импульса проницаемость мембраны для ионов изменяется.

(а) Роль ионов Na⁺

При достаточном раздражении открываются потенциал-зависимые натриевые каналы. Ионы Na⁺ быстро поступают из внеклеточной среды внутрь нейрона по электрохимическому градиенту.

В результате внутренняя сторона мембраны становится менее отрицательной, а затем на короткое время положительной. Происходит деполяризация мембраны, то есть формируется восходящая фаза потенциала действия.

Следовательно:

открытие Na⁺-каналов → вход Na⁺ в клетку → деполяризация → возникновение нервного импульса.

(б) Роль ионов K⁺

После деполяризации натриевые каналы инактивируются и открываются калиевые каналы. Ионы K⁺ выходят из нейрона во внеклеточную среду.

Из-за потери положительно заряженных ионов внутренняя сторона мембраны снова приобретает отрицательный заряд. Происходит реполяризация.

Иногда K⁺ выходит немного больше необходимого количества, поэтому возникает кратковременная гиперполяризация. Затем работа натрий-калиевого насоса и другие процессы восстанавливают исходное распределение ионов.

Следовательно:

открытие K⁺-каналов → выход K⁺ из клетки → реполяризация → восстановление потенциала мембраны.

3. Нейрогуморальная регуляция дыхания при интенсивной тренировке

Во время интенсивной физической нагрузки работающие мышцы значительно увеличивают интенсивность клеточного дыхания. Они потребляют больше кислорода и образуют больше CO₂.

Повышение содержания CO₂ приводит к увеличению концентрации ионов H⁺ и снижению pH крови. Эти изменения обнаруживаются хеморецепторами, расположенными, в частности, в области сонных артерий, аорты и центральной нервной системы.

От хеморецепторов нервные импульсы поступают в дыхательный центр продолговатого мозга. Дыхательный центр увеличивает частоту нервных импульсов, направляемых к диафрагме и межреберным мышцам.

В результате:

• диафрагма сокращается чаще и сильнее;

• межреберные мышцы работают активнее;

• увеличиваются частота и глубина дыхания;

• в лёгкие поступает больше воздуха;

• организм получает больше O₂;

• избыток CO₂ быстрее удаляется из крови.

Это пример нейрогуморальной регуляции, потому что изменение химического состава крови — гуморальный фактор — воспринимается рецепторами и вызывает ответ нервной системы.

4. Регуляция уровня глюкозы в крови

Регуляция концентрации глюкозы осуществляется главным образом гормонами поджелудочной железы — инсулином и глюкагоном — по принципу отрицательной обратной связи.

(а) Повышение уровня глюкозы в крови

После приёма пищи концентрация глюкозы в крови повышается. Это обнаруживают β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, которые начинают выделять больше инсулина.

Под действием инсулина:

• клетки мышц и других тканей интенсивнее поглощают глюкозу из крови;

• в клетках увеличивается использование глюкозы для клеточного дыхания;

• в печени и мышцах глюкоза превращается в гликоген и запасается;

• при избытке питательных веществ усиливается образование жиров.

В результате концентрация глюкозы в крови постепенно снижается до нормального уровня.

Схема:

↑ глюкоза → поджелудочная железа → ↑ инсулин → поглощение глюкозы клетками + образование гликогена → ↓ глюкоза до нормы.

(б) Понижение уровня глюкозы в крови

Если концентрация глюкозы падает, например между приёмами пищи или при физической нагрузке, это воспринимают α-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы. Они выделяют гормон глюкагон.

Под действием глюкагона главным образом в печени:

• происходит расщепление гликогена до глюкозы;

• усиливается образование новой глюкозы из других веществ;

• глюкоза поступает из печени в кровь.

В результате концентрация глюкозы в крови повышается до нормального значения, благодаря чему органы, особенно мозг, продолжают получать необходимый источник энергии.

Схема:

↓ глюкоза → поджелудочная железа → ↑ глюкагон → распад гликогена в печени → выход глюкозы в кровь → ↑ глюкоза до нормы.

5. Механизм фототропизма у растений

Фототропизм — это направленный рост растения в ответ на действие света. Побеги обычно обладают положительным фототропизмом, то есть растут в сторону источника света.

Свет воспринимается главным образом верхушкой побега. При одностороннем освещении происходит перераспределение растительного гормона ауксина (индол-3-уксусной кислоты, ИУК).

Ауксин перемещается преимущественно на затенённую сторону побега, поэтому его концентрация там становится выше, чем на освещённой стороне.

В побеге ауксин стимулирует растяжение и удлинение клеток. Следовательно:

• на затенённой стороне находится больше ауксина;

• клетки затенённой стороны удлиняются быстрее;

• клетки освещённой стороны растут медленнее;

• из-за неравномерного роста побег изгибается в сторону света.

Таким образом, механизм можно представить схемой:

одностороннее освещение → восприятие света верхушкой → перераспределение ауксина на затенённую сторону → усиленное удлинение клеток затенённой стороны → изгиб побега к источнику света.

1. Нервная ткань, нейроны и нейроглия

(а) Верная последовательность распространения нервного импульса

Правильный вариант — В.

Последовательность для разных видов нейронов следующая:

• Сенсорный нейрон: сенсор (рецептор) → дендрит → аксон → синаптические бляшки.

• Вставочный нейрон: дендрит → аксон → синаптические бляшки.

• Моторный нейрон: дендрит → аксон → синаптические бляшки → эффектор.

В рефлекторной дуге в целом импульс проходит так:

рецептор → сенсорный нейрон → вставочный нейрон → моторный нейрон → эффектор (мышца или железа).

По дендриту возбуждение направляется к телу нейрона, а затем по аксону — от тела нейрона к его окончаниям. Синаптические окончания передают сигнал следующей клетке.

(б) Функция миелиновой оболочки

Миелиновая оболочка электрически изолирует аксон и значительно увеличивает скорость проведения нервного импульса.

Миелин покрывает аксон не сплошным слоем: между участками миелина находятся перехваты Ранвье. Поэтому потенциал действия как бы «перескакивает» от одного перехвата к другому. Такое проведение называется скачкообразным, или сальтаторным.

Таким образом, миелиновая оболочка:

• изолирует аксон;

• уменьшает потерю электрического сигнала;

• значительно ускоряет проведение нервного импульса;

• делает передачу сигнала более энергетически эффективной.

2. Роль ионов Na⁺ и K⁺ в возникновении нервного импульса

В состоянии покоя внутренняя сторона мембраны нейрона имеет отрицательный заряд по отношению к наружной. При возникновении потенциала действия проницаемость мембраны для разных ионов быстро изменяется.

(а) Роль ионов Na⁺

При возбуждении открываются потенциал-зависимые натриевые каналы. Ионы Na⁺ быстро входят внутрь нейрона по электрохимическому градиенту.

В результате внутренняя поверхность мембраны становится менее отрицательной, а затем на короткое время положительной.

Это называется деполяризацией мембраны.

Следовательно:

открытие Na⁺-каналов → вход Na⁺ в клетку → деполяризация → формирование потенциала действия.

(б) Роль ионов K⁺

После деполяризации натриевые каналы закрываются или инактивируются, а калиевые каналы открываются. Ионы K⁺ выходят из нейрона.

Из-за выхода положительно заряженных ионов внутренняя поверхность мембраны снова становится отрицательной.

Этот процесс называется реполяризацией.

Иногда K⁺ продолжает выходить некоторое время, и мембранный потенциал становится более отрицательным, чем в состоянии покоя. Это называется гиперполяризацией.

После этого работа ионных каналов и Na⁺/K⁺-насоса способствует восстановлению исходного распределения ионов.

Таким образом:

выход K⁺ из клетки → реполяризация → восстановление мембранного потенциала.

3. Нейрогуморальная регуляция дыхания при интенсивной тренировке

Во время интенсивной физической нагрузки мышцы начинают активнее сокращаться. Им требуется больше энергии, поэтому усиливается клеточное дыхание:

глюкоза + O₂ → CO₂ + H₂O + энергия.

Из-за этого:

• увеличивается потребление кислорода;

• в крови повышается концентрация CO₂;

• возрастает концентрация H⁺ и снижается pH крови.

Это представляет собой гуморальный компонент регуляции, потому что изменение химического состава крови влияет на работу дыхательной системы.

Изменения концентрации CO₂, H⁺ и O₂ воспринимаются хеморецепторами. Особенно важную роль играет повышение содержания CO₂ и H⁺.

От хеморецепторов нервные сигналы поступают в дыхательный центр продолговатого мозга. Дыхательный центр усиливает нервные импульсы, направляемые к:

• диафрагме;

• наружным межрёберным мышцам.

Они начинают сокращаться чаще и сильнее, поэтому увеличиваются:

частота дыхания + глубина дыхания → увеличение вентиляции лёгких.

Благодаря этому организм:

• получает больше кислорода;

• быстрее удаляет из крови избыток CO₂;

• способствует возвращению pH крови к нормальному уровню.

При физической нагрузке также активируется симпатическая нервная система и повышается действие некоторых гормонов, например адреналина, что дополнительно способствует приспособлению дыхательной и сердечно-сосудистой систем к нагрузке.

Таким образом, увеличение частоты и глубины дыхания является результатом совместной гуморальной регуляции через изменение состава крови и нервной регуляции через дыхательный центр и двигательные нервы.

4. Регуляция уровня глюкозы в крови

Поддержание относительно постоянной концентрации глюкозы необходимо прежде всего для нормальной работы головного мозга и других органов. Главную роль в этой регуляции играют гормоны поджелудочной железы — инсулин и глюкагон.

(а) Что происходит при повышении уровня глюкозы в крови

Например, после приёма пищи концентрация глюкозы в крови повышается.

Это обнаруживают β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, которые начинают выделять инсулин.

Инсулин воздействует на различные органы и ткани.

Печень:
глюкоза поглощается клетками печени и превращается в гликоген. Этот процесс называется гликогенезом.

Скелетные мышцы:
увеличивается поглощение глюкозы клетками, а часть глюкозы также запасается в форме гликогена.

Жировая ткань:
усиливается поступление глюкозы в клетки и образование жиров из избытка питательных веществ.

Другие клетки организма:
глюкоза активнее используется в клеточном дыхании для получения энергии.

В результате концентрация глюкозы в крови снижается и возвращается к нормальному уровню.

Схема:

↑ глюкоза → β-клетки поджелудочной железы → ↑ инсулин → поглощение и запасание глюкозы → ↓ глюкоза крови.

Это пример отрицательной обратной связи.

(б) Что происходит при понижении уровня глюкозы в крови

При голодании или длительной физической нагрузке концентрация глюкозы в крови снижается.

Это воспринимают α-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, которые начинают выделять глюкагон.

Главным органом-мишенью глюкагона является печень.

В печени происходят два основных процесса:

1. Гликогенолиз — расщепление гликогена до глюкозы.

2. Глюконеогенез — образование новой глюкозы из других веществ, например аминокислот и глицерина.

Образовавшаяся глюкоза поступает из печени в кровь.

В результате концентрация глюкозы повышается до нормального уровня, что особенно важно для снабжения головного мозга энергией.

Схема:

↓ глюкоза → α-клетки поджелудочной железы → ↑ глюкагон → распад гликогена и образование глюкозы в печени → ↑ глюкоза крови.

Это также пример отрицательной обратной связи.

5. Механизм фототропизма растений

Фототропизм — это направленный рост растения в ответ на действие света. Побеги большинства растений обладают положительным фототропизмом, то есть изгибаются в сторону источника света.

Верхушка молодого побега воспринимает направление падающего света. В верхушечной части побега образуется растительный гормон ауксин, главным представителем которого является индол-3-уксусная кислота — ИУК.

Если свет падает на растение равномерно со всех сторон, ауксин распределяется примерно равномерно, поэтому клетки с разных сторон побега растут с одинаковой скоростью и побег остаётся прямым.

Если же свет падает только с одной стороны, происходит перераспределение ауксина. Его концентрация становится выше на затенённой стороне побега.

В стебле ауксин стимулирует растяжение и удлинение клеток.

Поэтому:

затенённая сторона → больше ауксина → более интенсивное удлинение клеток;

освещённая сторона → меньше ауксина → клетки удлиняются слабее.

Из-за неравномерного роста двух сторон затенённая сторона становится длиннее, и побег изгибается в сторону света.

Последовательность процесса можно представить так:

одностороннее освещение → восприятие света верхушкой побега → перераспределение ауксина на затенённую сторону → усиленное растяжение клеток затенённой стороны → неравномерный рост → изгиб побега к свету.

Именно опыты Чарльза и Френсиса Дарвинов показали, что верхушка побега необходима для восприятия светового воздействия: если верхушку удалить или закрыть непрозрачным колпачком, нормальная фототропическая реакция нарушается.