Осмотические явления в клетке и их значения в жизни растений

 Важной группой соединений, в которую входят макроэргические связи, являются аденозинфосфорные, или адениловые, кислоты — нуклеозиды, содержащие аденин, рибозу и остатки фосфорной кислоты.

Наиболее значительное из них — аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат, АТФ). АТФ представляет собой аденозинфосфорную кислоту, содержащую 3 остатка фосфорной кислоты (или фосфатных остатка), служит универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в живых клетках, кофермент многих ферментов. АТФ не единственное биологически активное соединение, содержащее пирофосфатные связи. Некоторые фосфорилированные соединения по количеству энергии, заключенной в таких связях, не отличаются от АТФ. Однако дифосфаты таких соединений не могут заменить аденозиндифосфорную кислоту в тех процессах, которые ведут к синтезу АТФ, а их трифосфаты не могут заменить АТФ в последующих процессах энергетического обмена, в которых АТФ используется как донор энергии, необходимой для протекания биосинтетических реакций. Возможно, что такая высокая степень специфичности отражает не столько уникальность АТФ, сколько уникальные особенности биохимических процессов, приспособленных исключительно к АТФ.

Аденозинфосфаты, нуклеотиды, 5'-фосфорные эфиры аденозина. Содержат аденин, рибозу и один (аденозинмонофосфат, АМФ), два (аденозиндифосфат, АДФ) или три (аденозинтрифосфат, АТФ) остатка фосфорной кислоты. Присутствуют во всех живых клетках, образуют адениловую систему, играющую важную роль в обмене веществ и энергии, содержатся не только в растворимой фракции цитоплазмы, но и в некоторых органоидах (митохондриях, ядрах). Пара АДФ/АТФ служит основной системой переноса энергии в клетке. Перенос фосфорильных групп на АМФ и АДФ сопровождается аккумуляцией энергии, а их отщепление от АТФ и АДФ — выделением энергии, используемой для различных процессов жизнедеятельности. Концентрации А. к. в клетке в норме поддерживаются на постоянном уровне; соотношение А. к., характеризующее энергетический заряд и отражающее физиологическое. состояние клетки, является фактором, обеспечивающим регуляцию метаболизма и связь между АТФ-производящими и АТФ-использующими процессами.

41. Структура и  функции белков протоплазмы.

Протоплазма — полужидкое белковое живое вещество, содержащее в себе жироподобные, а также минеральные вещества и. разнообразные продукты жизнедеятельности клетки. В молодых клетках она заполняет всю клетку, а в более старых в ней появляются капельки клеточного сока (вакуоли).

В клетках, достигших полного  возраста, протоплазма располагается  в виде тонкого слоя только возле  клеточных оболочек. В таких клетках  почти вся внутренняя полость  заполнена клеточным соком.

Живая протоплазма обладает полупроницаемостью, т. е. одни вещества она свободно пропускает через себя, а другие, наоборот, задерживает. Смерть протоплазмы влечет за собой свертывание  белков; мертвая протоплазма не способна задерживать в клетке вещества.

В живых клетках протоплазма  находится в движении. В клетках  волоска стебля тыквы под микроскопом  наблюдается движение протоплазмы. Видно, как по тонким нитям движутся ее мельчайшие частицы, направляясь  к ядру и в противоположном  направлении.

В листьях некоторых растений видно, как в длинных клетках  протоплазма движется вдоль оболочки; сначала она движется вдоль одной  стороны клетки, затем переходит  на другую, противоположную сторону  и вдоль этой стороны течет  в противоположном направлении, увлекая за собой зеленые хлорофилловые  зерна и ядро. Движение протоплазмы  внутри клеток облегчает обмен веществ  между клетками.

Белки – высокомолекулярные азотосодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот. Существует 10¹² видов белков. Все белки состоят из структурных блоков, которые представлены остатками аминокислот. Всего 20 аминокислот. Набор аминокислот в белке определяется наследственной информацией, записанной в ДНК.

 Белки образуют основу  протоплазмы любой живой клетки, в комплексе с липидами они  являются основным структурным  материалом всех клеточных мембран,  всех органелл.

- Практически все биохимические  реакции катализируются белками-ферментами.

Белки относятся к гидрофильным коллоидам. Такими же свойствами обладают и другие соединения, входящие в  состав протоплазмы. Коллоидная природа  протоплазмы имеет существенное биологическое значение. Благодаря  наличию большого количества мельчайших частиц в коллоидных системах развиваются  огромные суммарные поверхности, которые  играют чрезвычайно большую роль. На них может происходить связывание, адсорбция разнообразнейших активных веществ и прежде всего тех, которые  снижают поверхностное натяжение. На мицеллах происходит связывание ферментов  и других соединений, адсорбируются  различные питательные вещества. Все это создает условия для  различных химических реакций.

Кроме рассмотренных свойств  белков, наблюдается еще явление  денатурации. При этом гидрофильные коллоиды - белки, становятся гидрофобными, теряют стойкость и вследствие этого  легко коагулируют. Такая типичная денатурация происходит при нагревании белков. Денатурированные белки, т. е. белки, которые утратили свои естественные свойства (выпали в осадок), имеют  способность адсорбировать красители. Внешне белки могут казаться неизменными, но поглощению красителя можно определить начало явления денатурации.

Белковые вещества, как  амфотерные соединения, вследствие реакций с электролитами изменяют свой заряд, что отражается на состоянии коллоидной системы, а также на ее растворимости. С электролитами связаны величина и знак заряда биоколлоидов протоплазмы, соотношение между процессами гидратации и дегидратации, коацервации и т. д.

42.Зависимость  фотосинтеза от внешних условий.

Солнечные лучи – источник энергии при фотосинтезе, и изменения  в скорости фотосинтеза (ФН), вызываемые меняющейся интенсивностью облучения, относятся к основным характеристикам  фотосинтетической деятельности растений. Зависимость ФН от облучения выражается характерной кривой, которую обычно называют световой кривой или кривой освещения: расход СО2 в темноте (при дыхании) с постоянным возрастанием интенсивности освещения снижается и достигает нулевого значения, в так называемой точке компенсации. Дальнейший рост интенсивности освещения вызывает почти линейное увеличение ФН. При низких величинах освещения использование лучевой энергии бывает максимальным, и в таких условиях она служит фактором, лимитирующим ФН. Во второй части кривой освещения происходит почти полное световое насыщение. В этих условиях скорость фотосинтеза ограничивается скоростью транспорта СО2 из окружающего растение воздуха в хлоропласты и скоростью ферментных реакций фиксации СО2.

Углекислота служит субстратом для образования новых продуктов  ассимиляции. Концентрация СО2 в воздухе очень мала (0,03%), и каждое ее изменение отражается на величине ФН.

Температура оказывает влияние  на ход всех ферментных реакций, поэтому  отчетливо сказывается на скорости фотосинтеза У некоторых видов хвойных деревьев процесс фотосинтеза протекает и при отрицательных температурах, но у всех полевых культур прекращается при нескольких градусах выше нуля. Существенное преимущество растений с точки зрения активности фотосинтеза, при повышении температур и наоборот, у растений при одинаковых прочих условиях скорость фотосинтеза возрастает при более низких температурах. Следовательно, можно сделать практический вывод: для повышения скорости фотосинтеза растениям необходимы благоприятные температурные условия.

Зависимость скорости фотосинтеза от температуры можно использовать путем целенаправленной селекции при получении высокопродуктивных сортов для относительно холодных условий.

Влияние воды на скорость фотосинтеза  выражено величиной дефицита насыщения, отражающей то количество воды, которого не хватает растению для полного насыщения. Максимальной скорости фотосинтеза растения достигают при очень низких показателях дефицита: при 12-20% устьица заполнены водой с скорость фотосинтеза падает до нуля.

Основной предпосылкой для  фотосинтеза является наличие хлорофилла. Его количество колеблется в пределах 2-6 мг на 0,01 м2 площади листьев, что примерно соответствует 0,5-2,0% сухого вещества листа. Пока в исследованиях не удалось установить зависимости скорости фотосинтеза от содержания хлорофилла. Следовательно, у здоровых растений, развивающихся в нормальных условиях, недостаток хлорофилла не отражается на ФН. Он становится лимитирующим фактором лишь для листьев, растущих при недостатке света, дефиците воды и минеральных веществ или при поражении некоторыми болезнями.

Научные исследования и практика показывают, что на фотосинтез оказывают  существенное влияние минеральные  вещества. Дефицит любого из следующих  элементов – N, P, K, Mg, S, Ca, Fe, Mn, Cu, B, Zn, Mo, - отрицательно сказывается на скорости фотосинтеза. Воздействие питательных веществ на фотосинтетический аппарат бывает многосторонним. Они влияют на формирование морфологической и анатомической структуры растения, на физические процессы, участвуют в создании хлоропластов, причем входят в состав как отдельных структурных образования, так и ферментов.

Определение количественных характеристик оптимальных условий  минерального питания – довольно трудная задача. Определенное исключение составляет лишь азот. У многих видов  растений установлена зависимость  между содержанием азота в  ассимилирующих тканях и скоростью  фотосинтеза.

Возраст отдельных органов растения в целом является существенным эндогенным фактором, определяющим скорость фотосинтеза. У молодого листа ФН увеличивается до определенного максимума, достигая его еще перед окончанием роста листа, т.е. до формирования его полной площади. Этот период называется фотосинтетической зрелостью листа и длится разное время.

40.Зависимость  дыхания от условий среды. 

 

Температура. Дыхание у некоторых растений идет и при температуре ниже 0^оС. Так, хвоя ели дышит при –25^оС. Интенсивность дыхания, как всякой ферментативной реакции, возрастает при повышении температуры до определенного предела (35-40^оС).

Кислород необходим для осуществления дыхания, так как он является конечным акцептором электронов в дыхательной электрон-транспортной цепи. Увеличение содержания кислорода в воздухе до 8-10 % сопровождается повышением интенсивности дыхания. Дальнейшее увеличение концентрации кислорода существенно не влияет на дыхание. Однако в атмосфере чистого кислорода дыхание растений снижается, а при длительном его действии растение погибает. Гибель растения обусловлена усилением в клетках свободно-радикальных реакций и повреждением мембран вследствие окисления их липидов.

Углекислый газ является конечным продуктом дыхания. При высокой концентрации газа дыхание растений снижается по следующим причинам: 1) ингибируются дыхательные ферменты, 2) закрываются устьица, что препятствует доступу кислорода к клеткам.

Содержание воды. Водный дефицит растущих тканей увеличивает интенсивность дыхания из-за активации распада сложных углеводов (например, крахмала) на более простые, которые являются субстратом дыхания. Однако при этом нарушается сопряжение окисления и фосфорилирования. Дыхание в этом случае представляет бесполезную трату вещества. Иная закономерность характерна для органов, находящихся в состоянии покоя. Повышение содержания воды в семенах приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания.

Свет. Трудно выявить влияние света на дыхание зеленых растений, так как одновременно с дыханием осуществляется противоположный процесс – фотосинтез. Освещенность, при которой интенсивность фотосинтеза равна интенсивности дыхания по уровню поглощенного и выделенного углекислого газа, называют компенсационным пунктом. Дыхание не зеленых тканей активируется светом коротковолновой части спектра, так как максимумы поглощения флавинов и цитохромов расположены в области 380-600 нм.

Минеральные вещества.Такие элементы как фосфор, сера, железо, медь, марганец необходимы для дыхания, являясь составной частью ферментов или как фосфор промежуточным продуктом. При повышении концентрации солей в питательном растворе, на котором выращивают проростки, их дыхание активируется (эффект «солевого дыхания»).

Механическое  повреждение усиливает дыхание из-за быстрого окисления фенольных и других соединений, которые выходят из поврежденных вакуолей и становятся доступными для оксидаз.

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы 

 

1.  Алехина Н.Д., Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф. и др. под ред. Ермакова И.П. Физиология растений. – М.: Академия, 2004

2.  Грин Н., Стаут Т., Тейлор Д. Биология т.2. – М.: Мир, 1990

3.  Малиновский В.И. Физиология растений. – Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2004

4.  Полевой В.В. Физиология растений. – М.: Высшая школа, 1983

5.  Рубин Б.А., Ладыгина М.Е. Физиология и биохимия дыхания растений. – М.: Наука, 1974

6.  Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Просвещение,1993