Најважније из лекције
План-резиме
-
Однос површине и запремине (P/V) 1.1. Математичка основа: Растом димензија тела запремина ($V = a^3$) расте знатно брже од површине ($P = 6a^2$), због чега се однос $P/V$ смањује како се величина повећава. 1.2. Значај за ћелије: Мала величина ћелије обезбеђује велику површину у односу на запремину, што омогућава брзу и ефикасну размену материја (унос храњивих материја и кисеоника, избацивање продуката метаболизма) кроз ћелијску мембрану. 1.3. Облик ћелије: Издужене ћелије имају повољнији однос површине и запремине у поређењу са ћелијама округлог облика.
-
Економичност на ћелијском нивоу (органеле) 2.1. Митохондрије: Јако наборана унутрашња мембрана повећава површину за смештај великог броја ензима неопходних за метаболичке процесе. 2.2. Гранулисани ендоплазматични ретикулум: Систем спљоштених кесица и канала пружа велику површину за распоређивање рибозома задужених за синтезу протеина.
-
Економичност на нивоу органа и органских система 3.1. Органи за дисање:
- Плућа: Милиони плућних мехурића (алвеола) окружених капиларима вишеструко повећавају површину за размену гасова унутар ограниченог простора грудног коша.
- Шкрге: Велика површина омогућава ефикасно узимање кисеоника из воде. 3.2. Органи за варење (танко црево): Изувијаност црева, цревне ресице и микроресице на ћелијама епитела драстично повећавају укупну површину за ресорпцију хранљивих материја. 3.3. Органи за излучивање (бубрези): Густа мрежа дугачких, извијених каналића у бубрежним телашцима окружених капиларима повећава површину за филтрацију и одстрањивање штетних материја. 3.4. Мозак: Мождане вијуге омогућавају смештај велике површине коре мозга унутар ограничене запремине лобање.
-
Економичност и терморегулација целог организма 4.1. Крупне животиње: Имају мали однос површине и запремине, теже губе топлоту и имају спорији метаболизам; врсте у топлим крајевима (нпр. слон, пустињска лисица) развијају велике истурене делове тела (уши) ради лакшег одавања вишка топлоте. 4.2. Мале животиње: Имају велики однос површине и запремине, врло брзо губе топлоту и због тога имају знатно бржи метаболизам (нпр. миш). 4.3. Прилагођеност хладним условима: Животиње у хладним крајевима (нпр. поларна лисица) имају мање површинске структуре како би смањиле губитак топлоте.
Запремина коцке: \( V = a^3 \) где је \( a \) дужина странице коцке.
| Дужина странице (\( a \)) | Површина (\( P = 6a^2 \)) | Запремина (\( V = a^3 \)) | Однос површине и запремине (\( P:V \)) |
|---|---|---|---|
| \( 1\text{ cm} \) | \( 6\text{ cm}^2 \) | \( 1\text{ cm}^3 \) | \( 6:1 \) |
| \( 2\text{ cm} \) | \( 24\text{ cm}^2 \) | \( 8\text{ cm}^3 \) | \( 3:1 \) |
| \( 3\text{ cm} \) | \( 54\text{ cm}^2 \) | \( 27\text{ cm}^3 \) | \( 2:1 \) |
Ако би ћелија била превелика, запремина би премашила капацитет мембране за размену, а транспорт супстанци кроз ћелију путем дифузије трајао би предуго. Зато су вишећелијски организми грађени од великог броја ситних ћелија уместо од неколико великих.
Принцип унутар ћелијских органела:
- Митохондрије: имају јако наборану унутрашњу мембрану (кристе) која ствара велику радну површину за смештај великог броја ензима метаболизма ћелијског дисања.
- Гранулисани ендоплазматични ретикулум: мрежа спљоштених кесица и канала пружа велику мембранску површину прекривену рибозомима за интензивну синтезу протеина.
Код вишећелијских организама већина ћелија није у непосредном додиру са спољашњом средином, због чега су се развили специјализовани органи са огромном унутрашњом површином повезани са крвотоком:
- Плућа (алвеоле): стотине милиона ситних плућних мехурића (алвеола) окружених капиларима стварају огромну површину за брзу размену кисеоника и угљен-диоксида унутар ограниченог грудног коша.
- Шкрге водених организама: разгранати и листићасти набори прожети капиларима омогућавају упијање довољних количина кисеоника из воде.
- Танко црево (цревне ресице и микроресице): набори слузокоже и микроскопски израштаји епителних ћелија вишеструко увећавају површину за упијање (ресорпцију) свариене хране.
- Бубрежни каналићи: изувијани каналићи нефрона омогућавају велику површину за филтрацију крви и пречишћавање штетних продуката метаболизма.
- Мождане вијуге: набори на кори великог мозга омогућавају смештај велике површине сиве масе унутар чврсте, просторно ограничене лобање.
Крупне животиње (нпр. слон):
- Имају мали однос површине према запремини, па знатно спорије и теже губе топлоту.
- Као адаптацију на врућину развијају повећане делове тела преко којих се хладе (нпр. велике ушне шкољке код афричког слона или пустињске лисице).
- Имају сразмерно спорији метаболизам.
Мале животиње (нпр. миш):
- Имају велики однос површине према запремини, због чега врло брзо одају топлоту у спољашњу средину.
- Да би одржале сталну телесну температуру, морају имати веома брз метаболизам и уносити велике количине хране у односу на своју масу.
- Животиње хладних станишта (нпр. поларна лисица) имају мање истурене делове тела (мале уши и краћу њушку) како би смањиле површину за губитак топлоте.
Ћелијски ниво: Ћелије су микроскопске како би имале довољно велику мембрану за брзу размену материја. Мембране митохондрија и ендоплазматичног ретикулума су наборане ради повећања радне површине.
Ниво органа: Ефикасност плућа (алвеоле), црева (ресице), бубрега (каналићи) и мозга (вијуге) остварује се максималним повећањем активне површине у ограниченој запремини тела.
Терморегулација: Мале животиње имају висок однос \( P:V \), брзо губе топлоту и захтевају брз метаболизам; крупне животиње лакше задржавају топлоту и имају спорији метаболизам.
