IGCSE, A-Level & AP IGCSE, A-Level & AP Sheet preview · ⁨Предпросмотр листа⁩

Homeostasis · ⁨Гомеостаз⁩

A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩ · Topic 14 · ⁨Тема 14⁩

View Slides · ⁨Просмотр слайдов⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
9:42

Гомеостаз

Посмотрите на суточный уровень сахара в крови. Три больших приема пищи поступают — а уровень едва меняется. Он немного колеблется, затем сразу возвращается. Это не случайность, и…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

14.1

What homeostasis is · ⁨Что такое гомеостаз⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. explain what is meant by homeostasis and the importance of homeostasis in mammals
  2. explain the principles of homeostasis in terms of internal and external stimuli, receptors, coordination systems (nervous system and endocrine system), effectors (muscles and glands) and negative feedback
  3. state that urea is produced in the liver from the deamination of excess amino acids
  4. describe the structure of the human kidney, limited to: • fibrous capsule • cortex • medulla • renal pelvis • ureter • branches of the renal artery and renal vein
  5. Identify, in diagrams, photomicrographs and electron micrographs, the parts of a nephron and its associated blood vessels and structures, limited to: • glomerulus • Bowman’s capsule • proximal convoluted tubule • loop of Henle • distal convoluted tubule • collecting duct
  6. describe and explain the formation of urine in the nephron, limited to: • the formation of glomerular filtrate by ultrafiltration in the Bowman’s capsule • selective reabsorption in the proximal convoluted tubule
  7. relate the detailed structure of the Bowman’s capsule and proximal convoluted tubule to their functions in the formation of urine
  8. describe the roles of the hypothalamus, posterior pituitary gland, antidiuretic hormone (ADH), aquaporins and collecting ducts in osmoregulation
  9. describe the principles of cell signalling using the example of the control of blood glucose concentration by glucagon, limited to: • binding of hormone to cell surface receptor causing conformational change • activation of G-protein leading to stimulation of adenylyl cyclase • formation of the second messenger, cyclic AMP (cAMP) • activation of protein kinase A by cAMP leading to initiation of an enzyme cascade • amplification of the signal through the enzyme cascade as a result of activation of more and more enzymes by phosphorylation • cellular response in which the final enzyme in the pathway is activated, catalysing the breakdown of glycogen
  10. explain how negative feedback control mechanisms regulate blood glucose concentration, with reference to the effects of insulin on muscle cells and liver cells and the effect of glucagon on liver cells
  11. explain the principles of operation of test strips and biosensors for measuring the concentration of glucose in blood and urine, with reference to glucose oxidase and peroxidase enzymes
Русский
  1. объяснить значение термина гомеостаз и его важность для млекопитающих
  2. объяснить принципы гомеостаза с точки зрения внутренних и внешних стимулов, рецепторов, координирующих систем (нервная система и эндокринная система), эффекторов (мышцы и железы) и отрицательной обратной связи
  3. указать, что мочевина образуется в печени из деаминирования избытка аминокислот
  4. описать строение человеческого почки, ограничиваясь: • волокнистой капсулой • корой • мозговым веществом • почечной лоханкой • мочеточником • ветвями почечной артерии и почечной вены
  5. Определить на диаграммах, фото- и электронномикроскопических снимках части нефрона и связанные с ним кровеносные сосуды и структуры в следующем объеме: • glomerulus (клубочек) • Bowman’s capsule (капсула Боумена) • proximal convoluted tubule (проксимальный извитой канальец) • loop of Henle (петля Генле) • distal convoluted tubule (дистальный извитой канальец) • collecting duct (собирательная трубочка)
  6. Описать и объяснить образование мочи в нефроне в следующем объеме: • образование glomerular filtrate (клубочкового фильтра) путем ultrafiltration (суперфильтрации) в капсуле Боумена • selective reabsorption (селективная реабсорбция) в проксимальном извитом канальце
  7. Связать детальное строение капсулы Боумена и проксимального извитого канальца с их функциями в образовании мочи
  8. Описать роль hypothalamus (гипоталамуса), posterior pituitary gland (задней доли гипофиза), antidiuretic hormone (ADH) (антидиуретического гормона), aquaporins (аквапорин) и собирательных трубочек в osmoregulation (осморегуляции)
  9. Описать принципы cell signalling (клеточной сигнализации) на примере регуляции концентрации blood glucose (глюкозы крови) glucagon (глюкагоном) в следующем объеме: • связывание гормона с рецептором клеточной поверхности, вызывающее изменение конформации • активация G-белка, приводящая к стимуляции аденилатциклазы • образование second messenger (вторичного посредника), cyclic AMP (cAMP) (циклического АМФ) • активация протеинкиназы A под действием cAMP, инициирующая ферментативную каскадную реакцию • усиление сигнала через ферментативный каскад в результате активации все большего числа ферментов путем фосфорилирования • клеточный ответ, при котором активируется конечный фермент пути, катализирующий расщепление гликогена
  10. Объяснить, как механизмы отрицательной обратной связи регулируют концентрацию глюкозы в крови, со ссылкой на эффекты инсулина на мышечные и печеночные клетки и эффект глюкагона на печеночные клетки
  11. Объяснить принципы работы тест-полосок и biosensors (биосенсоров) для измерения концентрации глюкозы в крови и моче, со ссылкой на ферменты glucose oxidase (глюкозооксидазу) и peroxidase (пероксидазу)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English
Negative feedback: blood glucose

Homeostasis 稳态 means keeping the conditions inside the body steady, even when the outside changes. Keeping things like temperature, water and blood glucose steady lets enzymes and cells work properly all the time.

The principles of homeostasis

Most homeostasis follows the same plan:

  • a change (an internal or external stimulus 刺激) is detected by a receptor 受体.
  • a coordination system carries the message — either the nervous system 神经系统 (using nerve signals) or the endocrine system 内分泌系统 (using hormones 激素).
  • an effector 效应器 (a muscle or a gland 腺体) makes a response that corrects the change.

This works by negative feedback 负反馈: a change away from the normal level triggers a response that pushes it back towards normal.

Русский
Отрицательная обратная связь: глюкоза крови

Гомеостаз означает поддержание стабильных условий внутри организма, даже если внешние условия меняются. Стабильность таких параметров, как температура, вода и уровень глюкозы в крови, позволяет ферментам и клеткам работать правильно постоянно.

Ручной глюкометр, показывающий показания
Глюкометр: гомеостаз поддерживает уровень глюкозы в крови в узких пределах

Принципы гомеостаза

Большинство процессов гомеостаза следуют одной схеме:

  • изменение (внутренний или внешний стимул) обнаруживается рецептором.
  • координирующая система передает сообщение — либо нервная система (с помощью нервных импульсов), либо эндокринная система (с помощью гормонов).
  • эффектор (мышца или железа) выполняет ответную реакцию, устраняющую изменение.
Человек, потеющий во время упражнений
Потение охлаждает тело — часть терморегуляции (гомеостаза температуры), где эффектором выступает кожа

Это происходит благодаря отрицательной обратной связи: отклонение от нормального уровня запускает ответную реакцию, возвращающую его к норме.

Цикл: отклонение от нормального уровня обнаруживается рецептором, передается по нерву или гормону эффектору, чья реакция возвращает уровень к норме
Отрицательная обратная связь: рецептор обнаруживает изменение, а эффектор устраняет его, возвращая систему к норме
Explore · ⁨Исследовать⁩

Homeostasis · ⁨Гомеостаз⁩

negative feedback to a set point · ⁨отрицательная обратная связь к установочному значению⁩

Drag the disturbance. A change is corrected back to the set point — the basis of all homeostasis. · ⁨Перетажите возмущение. Изменение возвращается обратно к установочному значению — основа любого гомеостаза.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
homeostasis/ˌhəʊmiːəˈstɑːsiz/ гомеостазу
stimulus/ˈstɪmjʊləs/ стимул
receptor/rɪˈseptə/ рецептор
nervous system/ˈnɜːvəs ˈsɪstəm/ нервная система
endocrine system/ˈendəʊkraɪn ˈsɪstəm/ эндокринная система
hormone/ˈhɔːməʊn/ гормон
effector/ɪˈfektə/ эффектор
gland/ɡlænd/ железа
negative feedback/ˈneɡətɪv ˈfiːdbæk/ отрицательная обратная связь
liver/ˈlɪvə/ печень
deamination/ˌdiːmɪˈneɪʃn/ деаминирование
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ аминокислота
urea/juːˈrɪə/ мочевина
glucose/ˈɡluːkəʊs/ глюкоза
14.1

The liver and urea · ⁨Печень и мочевина⁩
English

The body cannot store extra amino acids. In the liver 肝脏, the process of deamination 脱氨基作用 removes the amino group from excess amino acids 氨基酸, and this is turned into urea 尿素. The urea is carried in the blood to the kidneys to be removed.

Русский

Организм не может запасать избыток аминокислот. В печени процесс деаминирования удаляет аминогруппу от избыточных аминокислот, превращая её в мочевину. Мочевина переносится кровью к почкам для выведения.

14.1

The kidney · ⁨Почка⁩
English

The kidney 肾脏 cleans the blood and controls its water content. Its parts are:

  • an outer fibrous capsule,
  • an outer region, the cortex 皮质,
  • an inner region, the medulla 髓质,
  • a central space, the renal pelvis 肾盂, which collects urine,
  • the ureter 输尿管, which carries urine to the bladder,
  • branches of the renal artery (bringing blood in) and renal vein (taking blood out).

The nephron

Each kidney holds about a million tiny tubes called nephrons 肾单位. Along a nephron are: the glomerulus 肾小球 (a knot of capillaries), the Bowman's capsule 鲍曼囊 around it, the proximal convoluted tubule 近曲小管, the loop of Henle 亨利环, the distal convoluted tubule 远曲小管, and the collecting duct 集合管.

Making urine

  1. Ultrafiltration 超滤 happens in the Bowman's capsule. The blood in the glomerulus is under high pressure, so water and small molecules (glucose 葡萄糖, ions 离子, urea) are pushed out into the capsule, forming the filtrate 滤液. Blood cells and large proteins are too big to pass, so they stay in the blood.
  2. Selective reabsorption 选择性重吸收 happens in the proximal convoluted tubule. Useful substances are taken back into the blood. All the glucose and much of the water and ions are reabsorbed here. The tubule wall is well suited to this: its cells have microvilli 微绒毛 to give a large surface area, and many mitochondria 线粒体 to power active transport 主动运输.
Русский

Почка очищает кровь и регулирует её водное содержание. Её части:

  • внешняя волокнистая капсула,
  • наружный отдел, корковое вещество (кора),
  • внутренний отдел, мозговое вещество (мозговой слой),
  • центральное пространство, почечная лоханка, собирающая мочу,
  • мочеточник, несущий мочу к мочевому пузырю,
  • ветви почечной артерии (принесение крови) и почечной вены (выведение крови).
Разрез почки, показывающий корковое вещество снаружи, мозговое внутри, центральную почечную лоханку, отходящий мочеточник, а также почечную артерию и вену на вороте почки
Разрез почки: кровь очищается в коре и мозговом веществе, а моча собирается в почечной лоханке перед выходом через мочеточник

Нефрон

В каждой почке находится около миллиона крошечных трубок, называемых нефронами. Вдоль нефрона расположены: glomerulus (клубочок капилляров), окружающая его капсула Боумена, проксимальный извитой канальец, петля Генле, дистальный извитой канальец и собирательный проток.

Нефрон, показывающий клубочок в капсуле Боумена, проксимальный извитой канальец, петлю Генле, дистальный извитой канальец и собирательный проток с отмеченными ультрафильтрацией и селективной реабсорбцией
Ультрафильтрация происходит в капсуле Боумена; селективная реабсорбция — в проксимальном извитом канальце

Образование мочи

  1. Ультрафильтрация происходит в капсуле Боумена. Кровь в клубочке находится под высоким давлением, поэтому вода и мелкие молекулы (глюкоза, ионы, мочевина) выдавливаются в капсулу, образуя фильтрат. Клетки крови и крупные белки слишком велики, чтобы пройти, поэтому остаются в крови.
  2. Селективная реабсорбция происходит в проксимальном извитом канальце. Полезные вещества возвращаются в кровь. Вся глюкоза и значительная часть воды и ионов реабсорбируются здесь. Стенка канальца хорошо приспособлена для этого: её клетки имеют микроворсинки для увеличения площади поверхности и множество митохондрий для обеспечения активного транспорта.
Ультрафильтрация: мелкие молекулы проходят в фильтрат, в то время как клетки и белки остаются в крови
Ультрафильтрация удерживает кровяные клетки и белки в крови
Explore · ⁨Исследовать⁩

Explore the nephron · ⁨Исследуйте строение нефрона⁩

Tap each part. Filtration happens at the top; the long tubule then reabsorbs what the body needs, leaving urine. · ⁨Нажмите на каждую часть. Фильтрация происходит в верхней части; длинная трубка затем реабсорбирует необходимые организму вещества, оставляя мочу.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
kidney/ˈkɪdni/ почка
cortex/ˈkɔːteks/ кора
medulla/ˈmedʌlə/ мозговое вещество
renal pelvis/ˈriːnl ˈpelvɪs/ почечная лоханка
ureter/ˈjʊəretə/ мочеточник
nephron/ˈnefrɒn/ нефрон
glomerulus/ˈɡlɒmərjʊləs/ клубочок
Bowman's capsule/ˈbəʊmənz ˈkæpsjuːl/ капсула Боумена
proximal convoluted tubule/ˈprɒksɪml ˌkɒnvəˈluːtɪd ˈtjuːbjuːl/ проксимальный изогнутый каналец
loop of Henle/luːp ɒv ˈhenl/ петля Генле
distal convoluted tubule/dɪˈstæl ˌkɒnvəˈluːtɪd ˈtjuːbjuːl/ дистальный изогнутый каналец
collecting duct/kəˈlektɪŋ dʌkt/ собирательная трубка
ultrafiltration/ˌʊltrəfɪlˈtreɪʃn/ ультрафильтрация
ion/ˈaɪɒn/ ион
filtrate/ˈfɪltreɪt/ фильтрат
selective reabsorption/sɪˈlektɪv riːbˈsɔːpʃn/ селективная реабсорбция
microvilli/ˈmaɪkrəʊvɪlaɪ/ микроворсинки
mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ митохондрия
active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ активный транспорт
osmoregulation/ˌɒzmɔːɡjʊˈleɪʃn/ осморегуляция
hypothalamus/ˌhaɪpəʊˈθælæməs/ гипоталамус
water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ водный потенциал
pituitary gland/pɪˈtjuːɪtəri ɡlænd/ гипофиз
antidiuretic hormone/ˌæntɪˌdɪjuːˈretɪk ˈhɔːməʊn/ антидиуретический гормон (АДГ)
aquaporin/ˈækwəpɔːrɪn/ аквапорин
cell signalling/sel ˈsɪɡnəlɪŋ/ клеточная сигнализация
14.1

Osmoregulation · ⁨Осморегуляция⁩
English

Osmoregulation 渗透调节 controls the water content of the blood. It is run by the brain:

  • the hypothalamus 下丘脑 detects the water potential 水势 of the blood.
  • when the blood is too concentrated, the pituitary gland 垂体 releases antidiuretic hormone 抗利尿激素 (ADH).
  • ADH makes the collecting ducts more permeable to water by adding water channels called aquaporins 水通道蛋白.
  • more water is then reabsorbed back into the blood, so less, more concentrated urine is made. This is negative feedback.
Русский

Осморегуляция контролирует водное содержание крови. Им управляет мозг:

  • гипоталамус определяет водный потенциал крови.
  • при высокой концентрации крови гипофиз выделяет антидиуретический гормон (АДГ).
  • АДГ повышает проницаемость собирательных протоков для воды за счет добавления водных каналов, называемых аквапоринами.
  • затем больше воды реабсорбируется обратно в кровь, поэтому образуется меньший объем более концентрированной мочи. Это отрицательная обратная связь.
Цикл отрицательной обратной связи: при высокой концентрации крови гипоталамус стимулирует гипофиз выделять АДГ, собирательные протоки становятся более проницаемыми, реабсорбируется больше воды, и водный баланс крови восстанавливается
АДГ заставляет собирательные протоки реабсорбировать больше воды, восстанавливая водный состав крови посредством отрицательной обратной связи
Explore · ⁨Исследовать⁩

The ADH pathway · ⁨Путь действия АДГ⁩

Step through it. When the blood gets too concentrated, ADH makes the kidney save water — classic negative feedback. · ⁨Разберите его пошагово. Когда кровь становится слишком концентрированной, АДГ заставляет почку сохранять воду — классическая отрицательная обратная связь.⁩

14.1

Controlling blood glucose by cell signalling · ⁨Регуляция уровня глюкозы в крови с помощью клеточной сигнализации⁩
English

When blood glucose falls, the hormone glucagon 胰高血糖素 is released. It shows how a hormone passes its message into a cell — cell signalling 细胞信号传递:

  1. glucagon binds to a receptor on the liver cell surface, causing a conformational change 构象变化 (a change in the receptor's shape).
  2. this activates a G-protein G蛋白, which switches on the enzyme adenylyl cyclase 腺苷酸环化酶.
  3. adenylyl cyclase makes a second messenger 第二信使 inside the cell, called cyclic AMP 环腺苷酸 (cAMP).
  4. cAMP activates protein kinase A 蛋白激酶A, which starts an enzyme cascade 酶级联反应 — one enzyme 酶 switches on the next, by phosphorylation 磷酸化.
  5. because each enzyme switches on many of the next, the signal is greatly amplified 放大.
  6. the final enzyme breaks down glycogen 糖原 into glucose, which raises the blood glucose level.

Negative feedback and blood glucose

Blood glucose is held steady by two hormones working against each other:

  • when glucose is high, insulin 胰岛素 makes muscle and liver cells take in glucose and store it as glycogen, lowering the level.
  • when glucose is low, glucagon makes liver cells break glycogen back into glucose, raising the level.

Measuring glucose

Test strips 试纸 and biosensors 生物传感器 measure glucose in blood or urine. They use the enzymes glucose oxidase 葡萄糖氧化酶 and peroxidase 过氧化物酶, which react with glucose to give a colour change (or an electric signal in a biosensor) that shows how much glucose is present.

Worked example. A person drinks a large volume of water. Trace the homeostatic response. The blood's water potential rises (becomes less negative). Osmoreceptors in the hypothalamus detect this, so the posterior pituitary releases less ADH. With less ADH, fewer aquaporins are inserted into the collecting duct's membranes, so the duct becomes less permeable to water. Less water is reabsorbed, so a large volume of dilute urine is produced and the blood's water potential falls back towards normal. That return to the set point is what makes it negative feedback - the response reverses the original change. Name the receptor, the hormone, the effector and the correction: an answer that jumps from "drinks water" straight to "more urine" skips every marking point in between.

Русский

При снижении уровня глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон. Это демонстрирует, как гормон передает сигнал в клетку — клеточная сигнализация:

  1. Глюкагон связывается с рецептором на поверхности клетки печени, вызывая конформационное изменение (изменение формы рецептора).
  2. это активирует G-белок G, который включает фермент аденилатциклазу.
  3. аденилатциклаза образует вторичный посредник внутри клетки, называемый циклическим АМФ (цАМФ).
  4. цАМФ активирует протеинкиназу A, которая запускает ферментативную каскадную реакцию — один фермент включает следующий путем фосфорилирования.
  5. поскольку каждый фермент активирует множество следующих, сигнал значительно усиливается.
  6. конечный фермент расщепляет гликоген на глюкозу, что повышает уровень глюкозы в крови.
Глюкагон связывается с рецептором и активирует G-белок, затем аденилатциклазу, затем цАМФ, затем протеинкиназу A, после чего ферментативная каскадная реакция расщепляет гликоген на глюкозу; каждый этап активирует множество последующих, усиливая сигнал
Сигнал передается через вторичного посредника (цАМФ) и ферментативную каскадную реакцию — каждый этап активирует множество последующих, поэтому сигнал усиливается

Отрицательная обратная связь и глюкоза в крови

Уровень глюкозы в крови поддерживается стабильным двумя гормонами, действующими навстречу друг другу:

  • когда глюкоза высокая, инсулин заставляет клетки мышц и печени поглощать глюкозу и запасать её в виде гликогена, снижая уровень.
  • когда глюкоза низкая, глюкагон заставляет клетки печени расщеплять гликоген обратно в глюкозу, повышая уровень.
Два цикла вокруг уровня глюкозы в крови: при высоком уровне инсулин заставляет клетки запасать глюкозу в виде гликогена, уровень падает; при низком уровне глюкагон заставляет печень расщеплять гликоген, уровень повышается
Инсулин и глюкагон действуют навстречу друг другу, поддерживая стабильный уровень глюкозы в крови

Измерение глюкозы

Тест-полоски и биосенсоры измеряют глюкозу в крови или моче. Они используют ферменты глюкозооксидазу и пероксидазу, которые реагируют с глюкозой, вызывая изменение цвета (или электрический сигнал у биосенсора), что указывает на количество присутствующей глюкозы.

Разобранный пример. Человек выпивает большое количество воды. Опишите гомеостатический ответ. Водный потенциал крови повышается (становится менее отрицательным). Осморепцепторы в гипоталамусе фиксируют это, поэтому задняя доля гипофиза выделяет меньше АДГ. При меньшем количестве АДГ в мембраны собирательных протоков вставляется меньше аквапоринов, поэтому проток становится менее проницаемым для воды. Меньше воды реабсорбируется, поэтому вырабатывается большой объем разбавленной мочи, а водный потенциал крови возвращается к норме. Именно этот возврат к установленному значению делает процесс отрицательной обратной связью — реакция反向 изменяет исходное отклонение. Назовите рецептор, гормон, эффектор и коррекцию: ответ, который сразу переходит от «выпил воду» к «больше мочи», пропускает все промежуточные балльные пункты.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Controlling blood glucose · ⁨Контроль уровня глюкозы в крови⁩

Push blood glucose away from its set point, then watch negative feedback bring it back: insulin lowers a high level, glucagon raises a low one. · ⁨Сдвиньте уровень глюкозы в крови от его установочного значения, затем наблюдайте, как отрицательная обратная связь вернёт его обратно: инсулин снижает высокий уровень, а глюкагон повышает низкий.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
glucagon/ˈɡluːkæɡən/ глюкагон
conformational change/kɒnfɔːˈmeɪʃənl tʃeɪndʒ/ конформационное изменение
G-protein/dʒiː ˈprəʊtiːn/ G-белок
adenylyl cyclase/ˈædənɪlɪl ˈsaɪkleɪz/ аденилатциклаза
second messenger/ˈsekənd ˈmesɪndʒə/ вторичный мессенджер
cyclic AMP/ˈsaɪklɪk ˌeɪ em ˈpiː/ циклический АМФ
protein kinase A/ˈprəʊtiːn ˈkɪneɪs eɪ/ протеинкиназа А
enzyme cascade/ˈenzaɪm kəˈskeɪd/ ферментативная каскадная реакция
enzyme/ˈenzaɪm/ фермент
phosphorylation/ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ фосфорилирование
amplification/ˌæmplɪfɪˈkeɪʃn/ усилением
glycogen/ˈɡlaɪkədʒn/ гликоген
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ инсулин
test strip/test strɪp/ тест-полоска
biosensor/ˌbaɪəʊˈsensə/ биосенсор
glucose oxidase/ˈɡluːkəʊs ˈɒksɪdeɪs/ глюкозооксидаза
peroxidase/ˈperəksɪdeɪs/ пероксидаза
stomata/ˈstəʊmətə/ устьица
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ углекислый газ
photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ фотосинтез
transpiration/trænspəˈreɪʃn/ транспирация
14.2

Homeostasis in plants: the stomata · ⁨Гомеостаз у растений: устьица⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. explain that stomata respond to changes in environmental conditions by opening and closing and that regulation of stomatal aperture balances the need for carbon dioxide uptake by diffusion with the need to minimise water loss by transpiration
  2. explain that stomata have daily rhythms of opening and closing
  3. describe the structure and function of guard cells and explain the mechanism by which they open and close stomata
  4. describe the role of abscisic acid in the closure of stomata during times of water stress, including the role of calcium ions as a second messenger
Русский
  1. Объяснить, что stomata (усточки) реагируют на изменения условий окружающей среды открыванием и закрыванием, а регуляция stomatal aperture (размера устьиц) балансирует потребность в поглощении углекислого газа диффузией с необходимостью минимизировать потерю воды через transpiration (транспирацию)
  2. Объяснить, что устьица имеют суточные ритмы открывания и закрывания
  3. Описать строение и функцию guard cells (защитных клеток) и объяснить механизм, с помощью которого они открывают и закрывают устьица
  4. Описать роль abscisic acid (абсцизовой кислоты) в закрытии устьиц во время водного стресса, включая роль calcium ions (ионов кальция) как second messenger (вторичного посредника)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

Stomata 气孔 are pores in a leaf. The plant opens and closes them to balance two needs: letting in carbon dioxide 二氧化碳 for photosynthesis 光合作用, and limiting water loss by transpiration 蒸腾作用. Stomata usually open by day and close at night, following a daily rhythm.

Each stoma is opened and closed by two guard cells 保卫细胞 around it:

  • to open: the guard cells pump in ions, so their water potential falls and water enters by osmosis 渗透. They swell and bend apart, opening the pore.
  • to close: ions leave, water follows out, the guard cells go floppy, and the pore closes.

When the plant is short of water (water stress 水分胁迫), the hormone abscisic acid 脱落酸 is released. It makes the guard cells lose ions and water so the stomata close, saving water. In this signalling, calcium ions 钙离子 act as a second messenger inside the guard cells.

Русский

Устьица — это поры в листе. Растение открывает и закрывает их, чтобы балансировать две потребности: пропускать углекислый газ для фотосинтеза и ограничивать потерю воды через транспирацию. Устьица обычно открываются днем и закрываются ночью, следуя суточному ритму.

Каждое устьице открывается и закрывается двумя охранительными клетками вокруг него:

  • чтобы открыться: охранительные клетки перекачивают ионы внутрь, их водный потенциал снижается, и вода поступает путем осмоса. Они набухают и расходятся, открывая пору.
  • чтобы закрыться: ионы покидают клетки, вода следует за ними наружу, охранительные клетки становятся дряблыми, и пора закрывается.
Два устьица: открытое, у которого охранительные клетки набухли водой, оставив пору, и закрытое, у которого дряблые охранительные клетки перекрыли пору
Охранительные клетки открывают устьице, поглощая воду и становясь тургорными; закрывают его, теряя воду и становясь дряблыми

Когда растению не хватает воды (водный стресс), выделяется гормон абсцизиновая кислота. Она заставляет охранительные клетки терять ионы и воду, так что устьица закрываются, экономя воду. В этом сигнальном пути ионы кальция выступают в роли вторичного посредника внутри охранительных клеток.

Explore · ⁨Исследовать⁩

How a stoma opens · ⁨Как открывается устьице⁩

Step through it. Guard cells pump in ions, draw in water by osmosis, swell turgid and bend apart — opening the pore. · ⁨Проходите шаги. Охранительные клетки перекачивают ионы, затягивают воду осмосом, набухают тургорно и расходятся, открывая пору.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
guard cell/ɡɑːd sel/ замыкающая клетка
osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ осмос
abscisic acid/əbˈsɪzɪk ˈæsɪd/ абсцизовая кислота
water stress/ˈwɔːtə stres/ водный стресс
calcium ion/ˈkælsɪəm ˈaɪɒn/ ион кальция
14.2

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩
English
  • Frame every answer as negative feedback: receptor → coordinator → effector → correction; name each part.
  • Blood glucose: insulin lowers it (uptake, glycogenesis), glucagon raises it (glycogenolysis) — explain through cell signalling.
  • Kidney: know ultrafiltration (Bowman's capsule), selective reabsorption (proximal tubule) and the role of ADH in osmoregulation.
  • Stomata open when guard cells become turgid (K+ enters, water follows).
Русский
  • Формулируйте каждый ответ как отрицательную обратную связь: рецептор → координатор → эффектор → коррекция; назовите каждую часть.
  • Глюкоза крови: инсулин снижает её (поглощение, гликогенез), глюкагон повышает (гликогенолиз) — объясните через клеточную сигнализацию.
  • Почки: знать ультрафильтрацию (капсула Боумена), селективную реабсорбцию (проксимальная канальца) и роль АДГ в осморегуляции.
  • Устьица открываются, когда охранительные клетки становятся тургорными (K+ входит, вода следует за ним).

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩ · ⁨Больше тем в A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP