Тірі ағзалардағы электрлік үдерістер. Электрорецепторлар және электрлі мүшелер. Биология, 9 сынып, қосымша материал.

Мұғалімге арналған әдістемелік нұсқаулық

1.Тақырып мазмұнына қатысты теориялық материал

Биоэлектрлік дегеніміз – тірі ағзаларда пайда болатын немесе түзілетін электр тогы мен электр потенциалдары. Биоэлектрлік потенциалдар әр түрлі биологиялық үдерістер негізінде пайда болады және әдетте бұл биоэлектрлік потенциалдардың күші бірден – бірнеше жүз милливольтке дейін жетеді. Алайда жыланбалық балығында 600-1000 вольт кезінде бір ампер тоқ ғана пайда болады.

Биоэлектрлік әсерлерді ерте заманнан бастап, мынадай электрлі балықтардың белсенді әрекетіне байланысты, атап айтқанда нілдік жайын және электрлі жыланбалық секілді балықтарға байланысты анықтады. Луиджи Гальвани және Алессандро Вольт атты ғалымдардың 18 ғасырда құрбақа мен басқада жануарлардың бұлшықетінің жиырылуы мен электр қуаты арасындағы байланысты зерттеу мақсатында жүргізілген тәжірибелердің нәтижесінде физика және физиология ғылымдары қарқынды дамыды. Қазіргі таңда клиникалық медицина саласында биоэлектрлік потенциалдарды өлшеу дағдылы тәжірибеге айналды. Мысалы, жүректің және мидың белсенді жасушаларында пайда болатын электрлік үдерістерді, әдетте диагностикалау мақсатында бақыланады және талданады.

Биоэлектрлік потенциалдар, мынадай құрылғылар тарапынан пайда болатын, атап айтқанда батарея немесе генераторлар тарапынан пайда болатын электрлік потенциалдармен бірдей болып келеді. Алайда барлық жағдайда биоэлектрлік тоқ құрамы тек иондардың ағымынан құралады (яғни теріс зарядталған атомдардан немесе молекулалардан), ал жарық шығаруға, байланысқа немесе басқа мақсатқа пайдаланатын электр тогы – тек электрондардың ағымынан құралады.

Егер құрамында әр түрлі концентрациядағы иондары бар екі ерітінді, осы ерітінді арасындағы иондардың ағымын тежейтін, мембранамен екіге бөлінген жағдайда, бұл ерітінділер арасындағы концентрациялық тұрақсыздыққа әкеліп соқтырады, ал бұл өз кезегінде екі ерітінді арасындағы электрлік потенциалдардың айырмашылығын тудырады. Сол аталған ерітінді құрамындағы иондар мен қатар қарсы зарядталған иондарда болады, сондықтанда ерітінді белгілі бір зарядқа ие бола алмайды.

Егер әр түрлі концентрациядағы ерітінділерді, белгілі бір иондар үшін өтімді, ал басқалары үшін өтімді емес, мембранамен бөлінген жағдайда, мембрана арқылы өтуге қабілетті иондар концентрациясы, екі ерітіндідегі зарядтардың тең мөлшерде және қарама-қарсы болуын, диффузия есебінен қамтамасыз етеді.

Тірі ағза жасушаларында екі түрлі зарядталған иондар жасушаның ішінде және сыртында орналасады. Жасушаның ішкі ортасын сыртқы ортадан бөліп тұратын жасуша мембранасы, жартылай өткізгіштік қасиетке ие, яғни белгілі бір иондар мембрана арқылы өтуге қабілетті, ал басқа иондардың мембрана арқылы қозғалысын шектейді.

Жүйке және бұлшықет жасушаларының мембранасы, жасушада таза теріс зарядталған иондарды қалдыра отырып, жасушаның сыртқы бөлігіне диффузияланатын, оң зарядталған калий иондарын өткізу қабілеті төмен.

Жасуша мембранасы арқылы өтетін биоэлектрлік потенциалдың шамасы 50 милливольтке тең; бұл потенциал түрі тыныштық потенциалы деген атаумен белгілі. Барлық жасушалар, зат алмасу үдерістерін бақылау немесе көмек көрсету үшін, өздерінің биоэлектрлік потенциалдарын пайдаланады, бірақ кейбір жасушалар ерекше физиологиялық әрекеттерді орындау мақсатында мамандырылған биоэлектрлік потенциалдарды және биоэлектрлік токтарды пайдаланады.

Осындай биоэлектрлік токтарды пайдаланудың мысалы ретінде жүйке және бұлшықет жасушаларындағы осындай үдерістерді келтіруге болады. Ақпарат электр импульсі (әрекет потенциалы деп аталатын) ретінде жүйке талшықтары арқылы өтеді.

Бұлшықет жасушаларында осындай импульстердің әсерінен бұлшықет талшықтары жиырылады. Жүйке және бұлшықет жасушаларында химиялық немесе электрхимиялық тітіркенгіштер жасуша мембранасының өткізгіштігіне уақытша өзгерістер енгізеді, нәтижесінде жүйке талшығымен немесе бұлшықет талшығында жиырылу механизмін тудыратынэлектр тогы пайда болады.

Натрий иондарының тасымалдануы нәтижесінде әрекет потенциалы пайда болады. Биоэлектрлік потенциалдың бірқалыптылығына тәуелді маманданған қызметтері бар жасушалардың арасында сипап сезуге, жарыққа және дыбысқа сезімтал рецепторлы жасушалар, сонымен қатар гормондар немесе басқада қосылыстар бөліп шығаратын көптеген жасушаларда бар.

Теңіз балықтарында және тұщы су балықтарында, қуаттылығы төмен электр зарядтарын тудыруға мүмкіндік беретін арнайы мүшелер қалыптасты, ал басқа мүшелері судағы әлсіз электр өрісін сезуге маманданды.

Балықтардың 200-ден астам түрінде биоэлектрлік мүшелері жемтігін аулауға немесе өзін-өзі жауынан қорғауға қатысады. Торпеда немесе электрлі сәуле атты балықтарда, сонымен қатар жыланбалықтарда өте қуатты электрлі мүшелері болады, және осы аталған мүшелердің көмегімен бұл аталған балықтар жемтігін қимылсыз қалдырады немесе жансыздандырады. Электрлі жыланбалықтың үш жұп электрлі мүшесі болады; бұл мүшелер балықтың жалпы дене салмағының негізгі бөлігін құрайды және жалпы ұзындығының бестен-төрт бөлігіне сәйкес келеді. Бұл балық адамды есеңгіретіп тастай алатындай қуат электр тоғын тудыра алады.

Электр сәулесі атты балықтардың әрбір бүйір жағында үлкен диск тәрізді электрлі мүшесі болады, осы аталған электрлі мүшелердің балық денесінде болуына байланысты, балықтың дене пішіні диск тәрізді болып келеді.

Африкадағы электрлі жайын балықтар және Латын Америкасындағы кірпі балықтар биоэлектрлік мүшелерді басқа балықтарды анықтау үшін пайдалануы мүмкін. Электролит деп аталатын тығыз жасуша биоэлектрлік мүшенің негізгі элементі болып табылады. Электрлі мүшенің тоқ шығару мүмкіндігін және кернеулікті үдету үшін, электрлі жасушалардың көп мөлшері бірізділікпен және бір-біріне параллель орналасады. Балықтар жүйке импультерін өткізумен қатар, кенеттен электр зарядтарын тудырады және осының негізінде жекелеген электр жасушаларын белсендіріп, бір мезетте бүкіл мүшенің бірдей жұмыс жасауын қамтамасыз етеді.

Биоэлектрлік әсерлер

Биоэлектрлік биологиялық үрдістердегі электр токтарының немесе кернеулердің пайда болуына немесе әрекетіне жатады. Биоэлектрлік құбылыстарға нервтердің жылдам сигнал беруі және бұлшықеттерде немесе бездерде физикалық процестерді қосу кіреді. Барлық ағзалардың нервтері, бұлшықеттері және бездері арасында кейбір ұқсастық бар, мүмкін, өте тиімді электрохимиялық жүйелер ерте дамыған болуы мүмкін. Ғылыми зерттеулер төмендегілерге назар аударады: нерв немесе бұлшықет тіндері; жүрек, ми, көз, құлақ, асқазан және кейбір бездер сияқты органдар; кейбір балықтардағы электрлік органдар; және зақымдалған тінмен байланысты потенциалдар.

Тірі жасушадағы электрлік белсенділік - бұл жасушалық мембранадан тәуелді жасушалық құбылыс. Мембрана мембрананың қарсы жағында электр зарядталған иондар ретінде энергияны сақтауға арналған конденсатор тәрізді әрекет етеді. Сақталған қуат жылдам кәдеге жарату және мембраналық жүйені тұрақтандыру үшін қол жетімді, сондықтан ол шағын бұзылулармен белсендірілмейді.

Электрлік қызметке қабілетті клеткалар тыныштық потенциалын көрсетеді, онда олардың ішкі бөліктері жасушаның сыртына қарағанда шамамен 0,1 вольт немесе одан аз теріс болады. Жасуша белсендірілген кезде демалу әлеуеті белгіге кенеттен кері қайтарылуы мүмкін; Нәтижесінде, жасушаның сыртында теріс және ішіндегі оң болады. Бұл жағдай қысқа уақытқа созылады, содан кейін жасуша өзінің бастапқы тыныштық күйіне оралады. Деполяризация және реполяризация деп аталатын бұл жүйе белсенді қаптаманың мембранасы арқылы елеулі ток ағымы арқылы жүреді, сондықтан қысқа мерзім ішінде «диполь-ток көзі» бар. Бұл көзден шағын ағымдар ағып жатқан сулы орта арқылы ағып кетеді және одан үлкен қашықтықта анықталады. Белсенді мембранадан шығатын бұл ағымдар олардың шығу жеріне өте жақын орналасқан, бірақ олардан кез-келген қашықтықта кездейсоқ болуы керек.

2.Техникалық қауіпсіздікті қамтамасыз етуге байланысты ұсыныстар

Оқушылардың сабақ барысындағы және кабинеттегі жеке бас қауіпсіздіктерін сақтай білулері қадағаланады.

3.Сабақты ұйымдастыруға қатысты қосымша ұсыныстар

Оқушылар жүйке жүйесінің түрлері, жүйке жүйесінің қызметтері және оның құрылымдық компоненттері-7 сынып курсынан біледі. Оқушылар тірі ағзалардағы электрлік үдерістермен танысады, «электрорецепторлар» және «электрлі мүшелер» ұғымдарын қарастырады.

4.Қалыптастырушы бағалауды жүргізуге байланысты ұсыныстар

Оқушылар бағалау критерийлері бойынша ағза үшін электр үдерістерінің маңызын, электр үдерістерінің пайда болу түрін және электрді өндіретін және оны пайдалануға қабілетті жануарларды кестеге толтырады. Жүйке және бұлшықет ұлпаларындағы электрлік үрдістердің ұқсастығы мен айырмашылықтарын анықайды.

5. Саралау тапсырмалары

Оқушыларды электр түзетін жануарлар түрлерімен және олар оны не үшін қолданатыны туралы таныстыратын ресурстар, веб-сайттар немесе бейнебаяндар сияқты тиісті қолжетімді ресурстарды ұсынуға болады

6.Тапсырма жауаптары, критерийлері

1-тапсырма

2-тапсырма

7.Сілтемелер мен ресурстар

1. Электр балықпен танысу және жануарлардағы электр туралы бірнеше бейнебаян:

http://goo.gl/pvnQ2

2. Биоэлектрлік мүшелер туралы ақпарат:

http://goo.gl/xlVau

3. Биоэлектр бойынша ақпарат:

http://goo.gl/MU9pd

4. Тірі ағзалардағы электр үдерістері: http://goo.gl/xlVau

5. Электрлік жыланбалық: https://twig-bilim.kz/film/electric-eels-5825/

6. Толығырақ: http://aquavitro.org/2014/04/07/elektricheskie-ryby/

7. Человеческий организм — электро-магнитная система

http://r49.ucoz.ru/load/chelovecheskij_organizm_ehlektro_magnitnaja_sistema/1-1-0-1