9. Функциональное взаимодействие различных органоидов клетки.

Ответ. В хлоропласте осуществляется первичное взаимодействие света с пигментом, происходит синтез углеводов клетки из СО2 и Н2О и синтезируется АТФ в процессе фотофосфорилирования. В цитоплазме происходит использование триозофосфатов хлоропластов и гликолиза на синтез сахарозы. На активность хлоропластов влияют также гликолитическая фосфоглицериновая, яблочная и аспарагиновая кислоты. Неорганический фосфат поступает в хлоропласт с помощью переносчика, находящегося во внутренней мембране хлоропласта, в котором перенос фосфата в строму хлоропласта сопряжен с выходом триозофосфатов. Митохондрии осуществляют два основных процесса: цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Первый из них локализован в матриксе митохондрий, а система транспорта электронов и фосфорилирования находится во внутренней мембране. Функционирование митохондрий и хлоропластов связано с деятельностью других органелл, в частности пероксисом. Пероксисомы вместе с хлоропластами участвуют в реакциях гликолатного пути, восстановление углерода. Метаболические системы цитоплазмы, митохондрий и хлоропластов взаимодействуют также в механизмах поддержания постоянства рН в цитоплазме. Ядерно-цитоплазматические взаимодействия обеспечивают создание структуры ядра, хранение и считку генетической информации, синтез и обновление всех белков клетки, т. е. осуществляют контроль над процессами жизнедеятельности клетки. Они точно скоординированы во времени и пространстве. Все белки синтезируются на рибосомах в цитоплазме, в которую из ядра поступают мРНК, тРНК, рРНК. Из растворимой фазы клетки и локализованных в ней органоидов в ядро поставляются белки и липиды для структур ядра и ядрышка, белки субъединиц рибосом, предшественники нуклеиновых кислот, АТФ, ГТФ, ионы. В процессах транспорта важную регулирующую роль играют поровые комплексы ядерной оболочки. В цитоплазме происходит сборка рибосом и полирибосом и осуществляется активация аминокислот, необходимых для синтеза белков. Помимо взаимодействия с растворимой фазой цитоплазмы ядро контролирует деятельность митохондрий и хлоропластов, обладающих собственными геномами, отличающимися от ядерного.

10. Физико-химические свойства цитоплазмы, ее взаимодействие с внешней средой.

Ответ. Цитоплазма любой растительной клетки содержит около 75–85 % воды, 10– 20 % белка, 2–3 % липидов, 1 % углеводов и около 1 % солей и других веществ. Несмотря на то, что вода составляет самую значительную часть цитоплазмы, основные признаки строения и свойства цитоплазмы определяются белком. Липиды играют важную роль в мембранах всех видов, тогда как углеводы образуют запасы питательных веществ. Вода содержится в цитоплазме в двух видах – свободном и связанном. Свободная вода – это вода, которая может участвовать в процессах обмена веществ. Связанная вода удерживается белковыми молекулами при помощи водородных связей и образует поэтому часть структуры цитоплазмы (подсчитано, что всего 4,5 % всей воды цитоплазмы находится в связанном состоянии). Соли содержатся во всех клетках и необходимы для процессов жизнедеятельности. Из катионов наивысшей концентрации в клетке достигает калий. Содержание натрия и кальция ниже, в цитоплазме концентрация свободного кальция составляет всего 10–7 моль/л. Преобладающим анионом в растительной клетке является хлорид. Наряду с основными солями в клетке найдены также многие другие элементы. Характерная структура цитоплазмы определяется белками. Белки цитоплазмы заряжены в основном отрицательно, что является главной причиной их гидратации. Противоположно заряженные катионы адсорбируются коллоидной частицей, разряжают ее и оказывают, таким образом, дегидратирующее действие. Поэтому гидратация цитоплазмы находится под влиянием катионов: K+, Mg2+, и Ca2+, которые в клетке содержатся в излишке. Для цитоплазмы характерна эластичность, некоторое сжатие и значительная вязкость (вязкость цитоплазмы можно измерять по скорости перемещения структурных элементов под микроскопом, например, хлоропластов, или измерить скорость броуновского движения); вязкость цитоплазмы в клетках корковой паренхимы бобов в 24 раза превышает вязкость воды. В структурной вязкости находит свое отражение реакция растений на изменение внешних условий (температура, освещенность, водный режим, минеральное питание). Изменение с ростом и развитием тоже тесно связаны с изменением вязкости. Таким образом, очень важно знать величины вязкости при исследовании различных физиологических процессов. Еще одной очень важной физико-химической величиной является изоэлектрическая точка протоплазмы. Амфолиты, какими являются и аминокислоты, способны иметь положительные и отрицательные группы (NH2 и СООН). Значение рН, при котором белок имеет минимальный электрический заряд, называется изоэлектрической точкой. В процессе роста клетки происходит не только увеличение ее размеров, но и упорядочение структуры. В этой связи гиалаплазма и отдельные органеллы беспрерывно перемещаются в клетке – происходит движение. Скорость движения цитоплазмы может служить мерой активности клетки, ее функционального состояния. Клетка должна приспосабливаться (адаптироваться) к изменениям внешней среды, это значит сохранить основные внутриклеточные процессы и структуры в условиях изменяющейся среды (гомеостаз). Растительной клетке присуща и раздражимость (возбудимость), т. е. способность реагировать на действие факторов внешней или внутренней среды разнообразной природы. Эти факторы называют раздражителями. У растений обнаружены фото-, хемо- и механорецепторы. Функциональная активность фиторецепторов обеспечивает фототаксисы, фототропизмы, фотонастии и восприятие фотопериодических сигналов. Хеморецепция позволяет растениям реагировать на аттрактанты, трофические факторы внешней среды (хемотаксисы, хемотропизмы) и на фитогормоны. Механорецепция лежит в основе таких явлений, как геотропизмы, тигмотропизмы, сейсмонастии. Таким образом, для растительной клетки присущи все свойства живой материи: обмен веществ и энергии, способность к росту и размножению, движение, раздражимость, способность приспосабливаться к внешним условиям.