На поддержание каких физиологических параметров организма направлен процесс экскреции?
В процессе обмена веществ в органах и тканях образуются различные отходы, которые должны выводиться из организма. Эти продукты образуются при распаде органических веществ: белков, нуклеиновых кислот, жиров и др. Если они накапливаются свыше определенной концентрации, то возникает угроза нарушения нормального течения основных физиологических процессов.
Экскреция и дефекация. Выведение из организма ненужных ему веществ, продуктов обмена, которые могли бы привести к нарушению постоянства состава внутренней среды организма, называется экскрецией.
Экскреция – важный процесс, характерный для живых организмов. В той или иной мере экскреция способствует сохранению постоянства внутренней среды организма в условиях изменяющейся внешней среды.
Помимо «отходов», из организма выводятся также и другие вещества, например не образующиеся в самом организме. В этом случае речь идет не об экскреции, а о дефекации – удалении из организма балластных веществ (главным образом непереваренных остатков пищи), которые никогда не участвовали в обмене веществ.
Экскреция у растений. У растений экскреция осуществляется намного проще, чем у животных. Это объясняется различиями в физиологических процессах и образе жизни растений и животных. Зеленые растения в результате фотосинтеза образуют в нужном количестве все необходимые им органические вещества. Например, в растении синтезируется столько белка, сколько его необходимо в данный момент. Растения никогда не синтезируют белок в избытке и поэтому очень мало выделяют продуктов обмена веществ, содержащих азот.
В ходе обменных процессов у растений образуются основные конечные продукты: газообразный кислород, углекислый газ и вода. Эти же продукты могут вновь использоваться как исходные вещества для реакций других процессов – фотосинтеза, дыхания.
Единственный продукт, выделяемый растениями на свету в избытке,– это газообразный кислород. Кислорода при фотосинтезе образуется гораздо больше, чем требуется растению для дыхания, поэтому избыток кислорода переходит из клеток в окружающую среду путем диффузии.
Многие органические отходы обмена веществ откладываются у растений в омертвевших тканях (например, в древесине), а также в листьях и коре, которые периодически сбрасываются. Подлежащие удалению вещества выносятся не только с опадающими листьями, но и с лепестками цветков, плодами и семенами, хотя экскреция не является главной функцией этих органов. У водных растений основная масса продуктов обмена веществ переходит путем диффузии непосредственно в окружающую водную среду.
Существует нетрадиционное понимание экскреции у растений. Это выделение неядовитых веществ: латекса, смолы, камеди и др.
Экскреция у животных. Возможным местом экскреции может быть любая проницаемая поверхность, которая напрямую связана с внешней средой. К таким поверхностям относятся наружная плазматическая мембрана одноклеточных организмов, покровы низших беспозвоночных, мальпигиевы сосуды у паукообразных и насекомых; почки, жабры и кожа рыб; почки, легкие и кожа земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Клетки одноклеточных организмов обычно контактируют с окружающей водной средой непосредственно, поэтому у них выделяемые продукты обмена сразу же удаляются путем диффузии.
По мере усложнения организации животных у них в ходе эволюции развились специальные органы, осуществляющие выведение отходов из организма в окружающую среду через протоки или поры.
У высших животных имеются такие специализированные органы выделения, как почки, кожа, легкие, печень. Например, через протоки потовых желез кожи выводятся вода, мочевина и соли. Органами выделения углекислого газа у млекопитающих являются легкие и кожа. К продуктам, выводимым через печень, относятся желчные пигменты, образующиеся при разрушении старых эритроцитов, соли тяжелых металлов и др. В составе желчи эти пигменты поступают в двенадцатиперстную кишку и выводятся из организма вместе с калом. Но наиболее значимая выделительная функция печени заключается в переработке отходов азотистого обмена, образующихся в клетках организма при разрушении аминокислот.
Важнейшие органы выделения – почки. Они также служат и органами, поддерживающими постоянный состав жидкостей организма в условиях больших колебаний поступления воды и солей. Недостаток или избыточное потребление воды, чрезмерное потоотделение, нехватка или избыток солей – все это имело бы серьезные последствия для организма, если деятельность почек не была бы приспособлена к этим изменениям.
Конечный продукт деятельности почек – моча, ее объем и состав варьируют в зависимости от физиологического состояния организма. В состав мочи человека входят вода (95%), мочевина (2,0%), мочевая кислота (0,05%), ионы натрия, аммония, калия, магния, хлора, а также фосфаты и сульфаты.
Значение экскреции. Удаление продуктов обмена веществ необходимо для сохранения нужного равновесия биохимических реакций. При распаде в организме белков, нуклеиновых кислот и других азотсодержащих соединений образуются токсичные азотистые вещества: аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатин и др. Многие из них могут подавлять активность ферментов. Вследствие экскреции происходит регуляция ионного состава жидкостей организма.
Важную роль в организме играют ионы натрия, хлора, калия, магния, кальция, железа (II), Йода, концентрация которых должна строго регулироваться, поскольку эти ионы участвуют во многих процессах, включая работу ферментов, синтез белка, образование гормонов, проницаемость мембран, электрическую активность и мышечное сокращение.
Регулирование относительных концентраций растворенных веществ и растворителя (воды) называется осморегуляцией. Напомним, что осмос (от греч. osmos – давление) – это процесс перехода молекул растворителя из области с более высокой концентрацией в область с более низкой их концентрацией через полупроницаемую или избирательно проницаемую мембрану. Поскольку во всех биологических системах растворителем является вода, то можно сказать, что осмос – это диффузия молекул воды через полупроницаемые или избирательно проницаемые мембраны. Также через механизмы экскреции регулируется концентрация ионов водорода в жидкостях организма.
Экскреция, или выведение из организма продуктов обмена веществ, играет важную роль в регуляции процессов обмена веществ и поддержании гомеостаза. Экскреция – один из способов обеспечения связи организма с окружающей средой, она обусловливает, наряду с питанием и дыханием, открытость живого организма как целостной системы.
Вопросы и задании
- Что такое экскреция? Каково биологическое значение экскреции?
- Как осуществляется экскреция у растений?
- Как происходит экскреция у одноклеточных животных?
- Каким образом осуществляется экскреция у позвоночных животных? Какие органы участвуют в выделительных процессах?
- Почему в случаях отказа работы почек организм человека быстро погибает?
