CC BY
17
14. Stewart D.W. (1986a), adult learning in America. Eduard Lindemann and its program for lifelong learning Malabar, FL:. Krieger Publishing.
15. Stewart D.H. (1986b). Prospects Lifelong Learning: An. Omnibus practice and research, 9 (5), 2.
16. Tough A. (1978). The main effort of learning: Recent research and future directions Adult Education, 28, 250-263.
17. Welton M.R. (ed.). (1995) In defense of the lifeworld:. Critical perspectives on adult learning. Albany, NY: State University of New York Press.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КАТЕГОРИИ «СОПРЯЖЕНИЕ» В ПОНИМАНИИ МЕХАНИЗМОВ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ В КЛЕТОЧНОМ МЕТАБОЛИЗМЕ
© Третьякова И.А.*, Манжукова Л.Ф.*
Челябинский государственный педагогический университет, г. Челябинск
В настоящем исследовании, методологическая значимость категории сопряжения достаточно убедительно продемонстрирована на примере формирования и развития понятия «окислительно-восстановительная реакция». Взятие на вооружение категории сопряжения при формировании и развитии понятия «окислительно-восстановительная реакция» детерминирует жесткую взаимосвязь между понятиями «окисление» и «восстановление». Это не позволит допускать авторам школьных учебников по биологии грубые ошибки, когда разрывается диалектическую связь между этими понятиями, и они применяются в паре с другими понятиями, такими как «синтез» и «распад», что приводит к непониманию учащимися сущности окислительно-восстановительных реакций, играющих ключевую роль не только в клеточном метаболизме, но и эволюции биологической формы движения материи, в целом.
Ключевые слова материя, категория, взаимодействие, сопряжение, окислительно-восстановительные реакции, методология, познание.
В предыдущих исследованиях нами дано естественнонаучное и философское обоснование сущности понятия «сопряжение» как одной из внутренних сторон взаимодействия. Это послужило основой для возведения данного понятия в ранг естественнонаучной категории познания не живой и живой природы. После усвоения данной категории она становится мощным
* Доцент кафедры Ботаники, экологии и методики обучения биологии, кандидат биологических наук, доцент.
* Доцент кафедры Химии и методики обучения химии, кандидат химических наук, доцент.
методологическим средством умственной деятельности учащихся, студентов и преподавателей [4, 5].
Одним из важнейших механизмов отражающих и конкретизирующих внутреннюю (содержательную) сторону взаимодействия на молекулярном уровне является механизм сопряжения окислительных и восстановительных реакций, сыгравших важнейшую роль в зарождении и в последующей эволюции жизни на Земле. Сопряженными называют - «химические реакции, которые протекают только при наличии хотя бы одного общего реагента, причем одна из реакций возбуждает или ускоряет другую. Сопряжение химических реакций называют также химической индукцией» [3, с. 1239].
Суть явления сопряжения в данном случае проявляется в том, что самопроизвольно протекающая в системе химическая реакция индуцирует протекание в той же системе другой химической реакции, неосуществимой в отсутствие первой. Такое сопряжение химических реакций иначе называют химической индукцией. Явление химической индукции было подробно изучено Н.А. Шиловым на примере сопряженных реакций окисления. Им же было дано объяснение этому явлению, согласно которому химическая индукция обусловлена тем, что сопряженные реакции протекают через общие активные промежуточные вещества [6].
Сопряженные реакции представляют собой целостную систему, в которой можно выделить три составляющих компонента: 1) индуктор - компонент, взаимодействие которого с одним из исходных веществ индуцирует превращение другого исходного вещества; 2) актор - исходное вещество, реагирующее с индуктором; 3) акцептор - компонент, который может вступать в реакцию с актором только в условиях химической индукции. В такой системе сопряженных реакций можно выделить два направления: индуцирующее направление - взаимодействие актора с индуктором, в отсутствие акцептора и индуцируемое направление - реакция превращения акцептора.
Явление химической индукции лежит в основе важнейших физиолого-биохимических процессов, сопровождающихся увеличением энергии Гиб-бса системы (G), что позволяет клетке получать продукты в концентрациях, значительно превышающих термодинамически равновесные. Это касается, прежде всего, синтеза таких жизненно значимых биополимеров как белки и нуклеиновые кислоты. Биосинтез этих соединений осуществляются сопряженно с реакцией гидролиза одной из пирофосфатных связей молекулы аде-нозинтрифосфорной кислоты (АТР). Этот процесс сопровождается уменьшением энергии Гиббса и служит универсальным источником энергии для осуществления множества разнообразных химических процессов в клетке. В то же время процессы биологического окисления, являющиеся первичным источником энергии клеток, проходят сопряженно с обратной реакцией - присоединением остатка фосфорной кислоты к аденозиндифосфорной кислоте с образованием АТР, что сопровождается увеличением энергии Гиббса. Сле-
довательно, чтобы в системе могла происходить реакция, сопровождающаяся увеличением G, необходимо совершать работу над системой, т.е. необходимо наличие источника работы. По отношению к индуцируемой реакции таким источником может служить индуцирующая реакция, сопровождающаяся уменьшением энергии Гиббса [там же].
Кроме химической индукции активные промежуточные частицы, необходимые для протекания химической реакции, могут быть получены при действии света. Так, свет в фотохимических реакциях фотосинтеза можно рассматривать как индуктор, а фотохимический процесс в целом - как сопряженные процессы химического превращения и превращения энергии квантов видимого света в тепловую или химическую энергию. Процесс начинается с поглощения квантов света дополнительными пигментами (све-тособирающей антенной) и передачи этой энергии длинноволновым формам хлорофилла (Р700 и Р680), которые входят в состав реакционного центра. В реакционном центре происходит образование первичного восстановителя и окислителя, которые затем инициируют цепь последовательных окислительно-восстановительных реакций, а энергия которая при этом, освобождается запасается в восстановленном NADPH+H+ и АТР. Такой процесс называется фотосинтетическим фосфорилированием. В функционировании этого процесса можно выделить как минимум два механизма сопряжения: 1) сопряжение возбужденной светом молекулы хлорофилла с фотоокислением воды и восстановлением NADP+ до NADPH+H+; 2) сопряжение свето-индуцируемого транспорта электронов с синтезом АТФ (фотофосфорилиро-вание). Наличие данных видов сопряжений доказывается опытами с разобщителями.
Подобные сопряженные механизмы имеют место и в процессе окислительного фосфорилирования, протекающем при участии компонентов (ферментов) электронтранспортной цепи (ЭТЦ), встроенных во внутреннюю сопрягающую мембрану митохондрий. Окислительное фосфорилирование было открыто в 1930 г. В.А. Энгельгардтом. Продолжая эти исследования, А. Ленинджер показал, что окисление субстрата и образование АТР из АЭР и фосфорной кислоты при аэробном дыхании сопряжено с переносом электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий [1, с. 448]. Электроны поступают в дыхательную цепь от восстановленного NADH2 (или NADPH+H+) и через кофермент Q и последовательно передаются от соединений с более отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом к соединениям с более положительным, потенциалом. Конечным акцептором электронов в ЭТЦ является кислород, который восстанавливается до кислорода воды. Таким образом, процесс окисления субстрата кислородом опосредован серией сопряженных окислительно-восстановительных реакций компонентов ЭТЦ. В тех местах, где разность окислительно-восстановительных потенциалов значительна,
освобождается наибольшая порция энергии, которая используется для синтеза АТР из ADP и фосфорной кислоты. Утилизация высвобождаемой энергии происходит в пунктах энергетического сопряжения, где выделившееся энергия запасается в форме электрохимического градиента ионов водорода (АцН+), которая далее расходуется для синтеза АТР. Электрохимический градиент протонов в данном механизме выступает как посредник между двумя формами энергии, иначе говоря, он сопрягает эти энергетические процессы и позволяет понять внутреннюю сторону их взаимодействия с энергетической точки зрения. Трансмембранные электрохимические потенциалы ионов водорода могут служить источником энергии не только для синтеза АТР, но и для транспорта веществ, движения бактериальных клеток и других энергозависимых процессов. Это указывает на то, что АцН+ сопряжен не только с синтезом АТР, но и другими жизненно важными процессами клеточного метаболизма.
В структурном плане сопряжение диффузии протонов назад через внутреннюю мембрану митохондрии с синтезом АТР осуществляется с помощью АТРазного комплекса, получившего название фактора сопряжения F1. При создании определенного градиента протонов Fi функционирует как АТР-синтетаза. При отсутствии сопряжения между электрохимическим потенциалом ионов Н+ и синтезом АТР энергия, освобождающаяся в результате обратного транспорта ионов Н+ в матрикс, может превращаться в теплоту. Верность центрального постулата хемиосмотической теории П. Митчелла: электронпереносящие цепи митохондрий, хлоропластов и бактерий сопряжены с системой синтеза АТФ через разность электрохимических потенциалов протонов на сопрягающих мембранах подтверждена опытами с кислотно--основными переходами и опытами с разобщителями [2, с. 10].
В качестве сопрягающих компонентов в работе ЭТЦ хлоропластов и митохондрий служат такие коферменты как NADP+, NAD+, FAD+ и FMN+ которые играют роль промежуточных переносчиков электронов, а также атомов водорода. NAD+ и NADP+ служат коферментами в ферментативных окислительно-восстановительных реакциях. Пиридиновое кольцо никоти-намида этих коферментов способно претерпевать обратимое окисление. В свою очередь изоаллоксазиновое кольцо FMN+ и FAD+ также претерпевает обратимое окислительно-восстановительное превращение. FMN+ и FAD+ служат простетическими группами для определенного класса окислительно-восстановительных ферментов, известных под названием флавинодегид-рогеназ.
Проведенный теоретический анализ свидетельствует, что принцип сопряжения необходимо рассматривать как одну из внутренних сторон взаимодействия раскрывающей сущность клеточного метаболизма на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Главная же задача исследователя состоит в выявлении того сопрягающего «фактора», через который происходит
это взаимодействие, это превращение. В нашем исследовании работа этого принципа показана на примере сопряженных окислительно-восстановительных реакций, которые играют ключевую роль в механизмах взаимодействия вещества и энергии в интактных клетках.
Осмысление и понимание сущности сопряжения как важнейшей стороны взаимодействия и как важнейшей естественнонаучной категории познания не живой и живой природы, дает основания для предположения, что в образовательной области категория сопряжения может выступать как эффективный современный принцип обучения и воспитания учащихся и студентов.
Выход молекулярной биологии на передовые позиции биологической науки во многом должен определять стратегию содержания биологического образования не только в вузе, но и в школе в силу того, что основополагающим принципом его содержания является принцип научности. Отсюда следует, что изучение и понимание процессов на молекулярном и субмолекулярном уровнях в курсе общей биологии возможно только на методологической основе диалектики и содержательной основе курсов физики, химии. При этом биология не только должна опираться на понятия, законы и теории этих курсов, но и развивать (углублять) их при изучении объектов и явлений живой природы. Только в этом случае будет реализован главный принцип теории развития понятий, согласно которому понятия формируются в развитии и взаимосвязи.
При изучении конкретных явлений природы в предметах естественнонаучного цикла перед учащимися и студентами обнажается реальная диалектика развития материи. Понимание ее сущности будет возможно, если обобщить конкретно-научные и философские представления о мире. Особое значение при этом приобретает овладение философскими и естественнонаучными категориями, которые составляют ядро научной картины мира. Одной из таких фундаментальных естественнонаучных категорий является -«сопряжение».
Список литературы:
1. Ленинджер А. Биохимия / А. Ленинджер; пер. с англ.; под ред. А.А Бае-ва и Я.М. Варшавского. - М.: Мир, 1974. - 959 с.
2. Николс Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию: пер. с англ. / Д. Николс. - М.: Мир, 1985. - 190 с.
3. Советский энциклопедический словарь / гл. ред. А.М. Прохоров. - 3-е изд. - М.: Сов. энцикл., 1985. - 1600 с.
4. Третьякова И.А. Методологическая роль понятия «Сопряжение» в понимании коэволюции типов обмена веществ и среды обитания организмов / И.А. Третьякова, С.М. Похлебаев // Наука и школа. - 2011. - №.6. -С. 85-88.
5. Третьякова И.А. Сопряжение и развитие как сопряженная диалектическая пара рационального познания / И.А. Третьякова // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 6 (часть 2). - С. 449-457.
6. Эмануэль Н.М. Курс химической кинетики / Н.М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре. - М.: Высшая школа, 1984. - 463 с.
МОБИЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ НА ФАКУЛЬТЕТЕ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ ТУСУР
© Франчук С.И.*
Томский университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск
В данной статье рассматривается внедрение мобильного обучения на факультете дистанционного обучения Томского Университета Систем Управления и Радиоэлектроники.
Ключевые слова мобильное обучение, ТУСУР, IMS, HTML.
В настоящее время дистанционное обучение (ДО) пользуется огромным спросом на рынке образовательных услуг. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что ДО позволило слушателям обучаться удаленно от самого учебного заведения. На сегодняшний день современный уровень развития информационных технологий позволяет предоставить потребителям (обучающимся) новый вид образовательных услуг - мобильное обучение (МО). МО является формой организации учебного процесса, основанной на применении мобильных компьютерных устройств и беспроводной связи [1]. Основное преимущество МО перед другими формами обучения - возможность у слушателей проходить обучение в любом месте и в любое время, обеспечивая непрерывность и максимальную гибкость учебного процесса.
Одной из моделей реализаций МО является так называемое полно-объемное мобильное обучение [1], при котором обучение ведется посредством электронного обучения. Согласно этой модели учебные курсы в системе МО основаны на сетевых курсах или электронных учебно-методических комплексах (УМК). УМК - совокупность взаимосвязанных учебно-методических материалов на различных носителях информации по учебной дисциплине конкретного учебного плана специальности (направления), необходимых для организации и осуществления учебного процесса [2].
Факультет дистанционного обучения (ФДО) ТУСУРа предоставляет образовательные услуги c 1998 года. За все время его существования на факультете было создано огромное количество УМК по всем дисциплинам, которые преподаются в университете студентам очной формы обучения. В связи с рас-
* Магистрант.
