Тема: "Клетка как структурная и ф-циональная единица организма"

1. Термин клетка впервые применил Левенгук в 1665 году.При описании пробки осуществлено с помощью его микроскопа. в 1839 году была сформулирована Шлейденом и Шванном клеточная теория, которая послужила доказательством единства строения и развития всех живых существ. Органы растений состоят из клеток, форма, величина и ф-ции которых очень разнообразны и зависят от взаимосвязи с др. органами организма. Все клетки различаются строением и функциями. Форма клеток бывает шарообразная, эллипсовидная или призматическая. Клетка представляет собой структурную или функц. единицу организма. Клетка как элементарная живая система осуществляет обмен веществ заключающийся в поглощении химических эелементов из внешней среды, их усвоении и выделении продуктов распада органических веществ. Этот процесс совершаемый клеткой называется химическим самообновлением протопласта. Растительная клетка отличается от животной: 1. Наличием жесткой целлюлозной клеточной стенки. 2- неживым образованием - вакуолью. 3-наличием хлоропластов.

Прокариотическая и эукариотическая клетка.

Прокариотическая клетка не имеет внутренних перегородок. Она состоит как бы из одного отсека, ограниченного от внешней среды плазматической мембраной. У эукариотической клетки таких отсеков несколько т.е. эти клетки разделены на различные окруженные мембранами области (компартменты). Компартменты эукариотической клетки называются органеллами. Органеллы специализируются на выполнении различных ф-ций.

Растительная клетка является системой открытой, т.е. обуславливается с внешней средой в-вом и информацией. В растительной клетке выделены 3 основные зоны:

1 - Клеточная стенка

2- Вакуоль

3- Протопласт

Основными частями растительной клетки является ее оболочка (клеточная стенка) и содержимое - протопласт. Протопласт от клеточной стенки отделяется полупроницаемой мембраной - плазмалеммой, а от вакуоли - тонопластом (так же полупроницаемой мембраной). Протопласт - это живое вещество организма. Основной частью протопласта является цитоплазма, представляющая собой полужидкое содержимое клетки и заполняющее ее внутреннее пространство. В цитоплазме расположены: Ядро, митохондрии, ЭПС, хлоропласты, аппарат гольджи, лизосомы, рибосомы.

Важнейшие свойства цитоплазмы - вязкость и элластичность. Вязкость изменяется в зависимости от температуры. При повышении температуры она уменьшаяется, при понижении - увеличивается. При большой вязкости обмен веществ в клетке снижается, при малой - увеличивается. Цитоплазма способна к движению, основу которого составляет сократимость белков цитоплазмы клеток. Повышение температуры ускоряет движение цитоплазмы. Способность цитоплазмы реагировать на внешние условия и приспосабливаться к ним называется раздражимостью. Ответная реакция цитоплазмы на воздействие температуры, света, влаги, требует затрат энергии, которая выделяется в процессе дыхания. В растительной клетке имеется две однослойные мембраны - плазмалемма и тоннопласт. Все органеллы кроме рибосом и микротрубочек имеют в своем составе двухслойные мембраны. Именно на мембранах протекают многие важнейшие метаболитические процессы.

Клеточная стенка состоит из целлюлозы - 25%, гемицеллюлозы - 40% и полипектиновых в-в - 30% от сухой массы. Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный полимер бетта-глюкозы, молекулы которых соединены между собой 1,4-глюкозидными связями со степенью полимеризации 8-12 тысяч. Около 100 молекул целлюлозы ассоциируются в мицелии. Мецелий формируют микрофибриллы, а микрофибриллы - фибриллы. В клет. стенке фибриллы цементируются пектиновым матриксом, это придает клеточной стенке большую прочность и элластичность. Пектины - это производные галактуроновых кислот. Имеют в своем составе гидроксильные остатки, которые способны обмениваться на катионы и анионы внешней среды. В связи с этим клеточная стенка приобретает свойство катионообменника. По мере старения наблюдаются вторичные изменения: колличество целлюлозы изменяется до 60%, проницаемость оболочки уменьшается за счет заполнения свободного пространства легнином и суберином. При накоплении суберина наступает опробковение. Накопление наружных эпидермальных клеток кутина вызывает образование плотного кутикулярного слоя, который является прочной преградой от инфекций и высыхания. Клеточную стенку, которая делится и растягивается называют первичной. После прекращения роста клетки на первичную стенку изнутри откладываются новые слои и возникает вторичная клеточная стенка. Благодаря контакту соседних клеток друг с другом возникает единая система клеточных стенок, получившая название АППОПЛАСТА. По аппопласту от клетки к клетке перемещаются вещества. Единая система цитоплазмы клеток называется - симпластом.

Ф-ции клеточной стенки

1-опорная

2- защитная

3-буферная

4-транспортная

5-ионно-обменная

Клеточная стенка обладает такими свойствами как элластичность(растяжимость) и пластичность (прочность).

Ядро - главный органойд клетки, окруженный двойной мембраной, в которой имеются поры размером 10-20 нм. Через эти поры транспортируются нуклеиновые кислоты и белки. В ядерном соке (нуклеоплазме) присутствует хромотин - в-во состоящее из белков (74% из них 22%-белки гистоны, которые участвуют в реализации наследств. информации на долю ДНК-14% РНК-12%). В ядре находятся хромосомы, носители наследственности. Каждое ядро содержит одно или несколько ядрышек, которые являются центрами синтеза рибосомной РНК. Ф-ции ядра заключаются в хранении и передаче наследственной информации, так и в регуляции всей жизнедеятельности клетки. При его удалении клетка отмирает.

Вакуоль - представляет собой значительную полость, ограниченную тоннопластом, которая образуется за счет слияния расширенных участков ЭПС из мембран. Вакуолярный матрикс имеет гранулярную структуру из тонких переплетенных фибрилл и белковых компонентов. Такая структура обеспечивает несмешиваемость химических веществ, находящихся в вакуоли. Вакуолярный сок содержит минеральные ионы, органические кислоты и их соли, углеводы, пектины, глюкозиды, фенолы, тонины, пигменты, алкалоиды, белки и некоторые ферменты. Ф-ции вакуоли:

- Осморегуляторная. Создает необходимый градиент для поступления воды в клетку. Вакуолярный сок содержит большое количество осмотически активных веществ, тем самым поддерживая высокий плазматический потенциал и тургор клетки - необходимые условия для протекания биохимических реакций.

(Я.К. - вчерашний студент) ))))

Экскретивная - в ней накапливаются продукты обмена веществ. в Вакуоль сбрасывается некоторые ядовитые вещества: токсины, алкалоиды, фенолы, глюкозиды и т.д. которые потом разрушаются.

Резерв ценных питательных веществ, где хранятся питательные в-ва. При необходимости они могут быть израсходованы на нужды клетки.

Митохондрии - энергетические центры клетки. Окружены двойной мембраной. Внутренняя мембрана образует кристы. Внутреннее пространство митохондрий заполняет матрикс, где сосредоточены ферменты цикла Кребса. На мембранах крист осуществляется ОВП, которые лежат в основе процесса дыхания.

С6Н12О6 +6О2 = 6СО2 + 6Н2О

Аппарат Гольджи - представляет собой стопки цистерн (диктиосом) окруженных мембранами. Кроме цистерн имеются сферические пузырьки - визикулы. В диктиосомах происходит синтез веществ, преимущественно полисахаридов, а так же белков и липидов. Отделяющиеся от диктиосом визикулы (секреторные пузырьки) богатые полисахаридами транспортируются в клеточные оболочки и идут на ее построение. Аппарат Гольджи принимает участие в управлении общим ходом физиологических процессов в образовании вакуолей и клеточной стенки. Аппарат Гольджи так же выполняет секреторную функцию.

Пластиды - ограниченные двойной мембраной округлые или овальные органоиды, содержащие внутреннюю систему мембран. Пластиды подразделяются на:

лейкопласты (не содержат пигмента и следовательно лишены окраски. Их функция - хранение продуктов фотосинтеза)

хромопласты (имеют желтую, красную или коричневую окраску, в зависимости от природы сод-ся в них пегмента, ф-ция - запасающая, сигнальная, защитная (от губительного воздействия УФ-лучей)

хлоропласты (в 1 мм2 содержится 283 тыс. хлоропластов, которые имеют форму двояковыпуклой линзы. имеют зеленую окраску и окружены двойной мембраной. Внутреннее пространство хлоропласта заполнено бесцветным содержимым - стромой и пронизана мембранами - ламеллами. Ламеллы, соединенные стромами образуют граны. Теллакоиды образуют строму.

Между граннами параллельно друг другу, располагаются длинные теллокоиды, которые называются ламеллами стромы. Хлоропласты сод белков 35-55%, липидов 25-30% углеводов 10% РНК 2-3% ДНК 0.5% хлорофилла -9% каратиноидов 4-5%.

Многие белки хлоропластов являются ферментами принимающими активное участие в процессах фотосинтеза.

Рибосомы - это маленькие рибонуклеопротеидные частицы без мембраны. В каждой клетке несколько тысяч рибосом. Они состоят из большой и малой субединицы, способны выполнят свои функции только вместе. В Большую субединицу входят одна высокомолекулярная РНК и две низкомолекулярные РНК. В малую субединицу входит одна молекула высокомолекулярной РНК. Они выполняют важные функции в обмене в-в, но их осн ф-ция синтез белка. Рибосомы имеются в клетках всех организмов. В хлоропластах рибосомы находятся в свободном и связанном с их структурой состоянии. В дифференцированных клетках большинство рибосом связаны с липопротеиновыми мембранами, которые пронизывают цитоплазму и образуют ЭПС. Такая ЭПС с прикрепленными к ней рибосомами называется Эндоплазматическим Ретикулумом (ЭПР). Шероховатость придают эти самые рибосомы.

Мембраны - представляют собой весьма сложные высокоорганизованные образования, основными химическими компонентами которых являются липиды и белки. Большинство мембран имеет сходный химический состав. Примерно 60% белков и 40 % липидов и около 10% углеводов. Среди липидов значительная доля принадлежит фосфолипидам, у которых две гидроксильные группы глицерина замещены жирными кислотами, а третья - фосфорной кислоты. К последней могут быть присоединены разл. соединения - чаще всего аминоспирты. Важнейшим свойством молекул фосфолипидов является полярность, так как содержат гидрофильную и гидрофобную. В 1935 Даниелли и Даусон предложили свою гипотезу котрая представляет собой двойной липидный слой, который с двух сторон покрыт белками. Наибольшее распространение получила жидкостно-мозаичная структура мембран, согласно которой липидный слой не является непрерывным. Мембраны как бы прошиваются белковыми молекулами:

1- интегральные - пронизывающие всю мембрану

2- полуинтегральный - погружены на половину

3 - периферические - располагающиеся на поверхности мембран

Ф-ции мембран:

- Барьерная

- Транспортная

- Синтетическая

- Энергетическая

- Электрофизическая

- Рецепторная

- Защитная

- Компартментационная

- Объединяюцщая

- Ферментативная

Лизосомы, пероксисомы, сферосомы (выписать и выучить самостоятельно)

Тема_2: "Клетка как осмотическая система. Диффузия и осмос"

Если взять раствор, то эта система будет состоять из растворителя и растворенного вещества. Эти два компонента будут находиться в постоянном хатоическом движении и благодаря этому молекулы будут равномерно распределяться в заданном объеме и будут обладать определенной кинетической энергией.

Диффузия - это процесс равномерного распределения растворенного вещества в растворителе в заданном объеме. Диффузия всегда направлена в сторону меньшей концентрации. Процесс продолжается до равномерного распределения концентрации. Чем выше концентрация данного вещества, тем выше его активность и его химический потенциал. Диффузионное передвижение вещества всегда идет от большего к меньшему химическому потенциалу. Добавление к воде молекул растворенного вещества приводит к возникновению связи между молекулами воды и растворенного вещества, что уменьшает ее химический потенциал, поэтому наибольший химический потенциал у чистой воды.

Водный потенциал.

Значение водного потенциала всегда берется за ноль (точка отсчета). Водный потенциал показывает на сколько активность воды в клетке меньше активности чистой воды. Химический потенциал всех растворов всегда будет меньше нуля.

Для изучения механизмов поступления воды в клетку мы должны знать что она имеет две полупроницаемые мембраны (плазмалемма и тоннопласт), которые обладают полупроницаемыми св-вами так как они избирательно пропускают ионы. Если вода на своем пути встречает мембрану то движение замедляется, а иногда и вообще тормозится. Идеальная полупроницаемая мембрана способна пропускать воду и не пропускать растворенные вещества.

Диффузия воды по направлению от своего большего к меньшему химическому потенциалу через мембрану носит название осмоса.

Осмос - это диффузия воды направленная от своей меньшей концентрации в сторону больешй концентрации через полупроницаемую мембрану.

Для осуществления осмоса необходимо два условия:

1) Наличие полупроницаемой мембраны

2) Разность концентраций

Чем выше концентрация клеточного сока, тем выше так называемый осмотический потенциал, который зависит от универсальной газовой постоянной, температуры, концентрации и изотонического коэффициента.

R, T, i относительно постоянны, поэтому значение осмотического потенциала будет зависеть от концентрации клеточного сока. Чем выше концентрация клеточного сока, тем выше значение осмотического потенциала и тем активнее вода будет поступать в клетку. Осмотический потенциал численно равен, но противоположен по знаку осмотической величине давления.

Осмотическое давление - это дополнительное давление которое нужно приложить к раствору, чтобы воспрепятствовать одностороннему току воды.

Клеточная стенка проницаема как для воды так и для различных ионов, а плазмалемма и тонопласт обладают избирательной проницаемостью. Свойства полупроницаемости клетки можно рассматреть на двух противоположных явлениях: тургор и плазмолиз.

Если поместить клетку в раствор с большей концентрацией чем в клетке, то овода из клетки будет переходить через полупроницаемую мембрану в раствор. Данное явление называется плазмолизом.

И наоборот, если клетку поместтить в чистую дистиллированную воду, то вода будет поступать в клетку. Такое явление называется тургором.

Концентрация р-ра выше чем в клетке - гипертонический раствор

Концентрация р-ра ниже чем в клетке - гипотонический раствор

Концентрация р-ра равна концентрации клетки - изотонический раствор.

При помощи тургора можно изучить жизненные функции клетки. Плазмолиз указывает на жизнеспособность клетки и полупроницаемость мембраны.

По скорости и форме плазмолиза можно судить о вязкости цитоплазмы и о виде плазмолитиков (в-в вызывающих плазмолиз).

По форме плазмолиз бывает выпуклый и вогнутый. Различные катионы по-разному влияют на вязкость цитоплазмы. Катион калия снижает вязкость цитоплазмы, протопласт легко отходит от клеточной стенки и в этом случае наблюдается выпуклый плазмолиз. Катион кальция повышает вязкость цитоплазмы, тонопласт с трудом отходит от клеточной стенки, но удерживается в некоторых местах. В этом случае наблюдается вогнутый плазмолиз. Плазмолитический метод позволяет оперделить величину осмотического потенциала клетки. По нему можно судить о поглощаемости воды из почвы и удержание воды в клетках растений, особенно в засушливых регионах.

P= C R T i = ? атм.

Гидрофитные растения= 1-2 атм.

Мезофитные=4-5 до 15 атм

Ксерофитные= до 40 атм.

Галлофитные= 120-180 атм.

Тема: "Химичиеский состав растительной клетки"

1. Белковые в-ва растений

2. Аминокислоты. Их строение и св-ва

3. Строение и структурная организация белков

4. Классификация и ф-ции белков

Хим. состав клетки изменчив и очень сложен, и зависит от многих факторов. Структурная основа протоплазмы - это белковые в-ва на долю которых приходится до 75% от сухой массы в-ва. Чаще всего белки связаны с другими в-вами и образуют липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды, нуклеопротеиды. На долю ДНК приходится 0,4% на долю РНК 0,7%, на долю минеральных веществ - 1,5%.

1. Белки - это в-ва существование которых определяет само существование жизни. В растениях белковые вещества содержатся обычно в меньшем количестве, чем углеводов, но играют в них огромную роль, поскольку белки составляют основную массу протоплазмы. В вегетативных органах растений количество белков составляет от 5 до 15%, в среднем 7%. В семенах злаковых растений до 20%. Белковые в-ва по своему элементарному составу отличаются от углеводов. Кроме углерода, водорода и кислорода они всегда содержат азот и почти всегда серу. Некоторые из них содержат так же фосфор. Белковые в-ва являются высокомолекулярными соединениями, выполняющими самые разнообразные ф-ции. Состав белка: углерод - 53%, азот - 18%, водород - 7%, кислород - 23% , сера - 1,3%

Белки - это макромолекулы с молекулярной массой от 10 000 до нескольких миллионов. В растениях обнаружено более 100 аминокислот но тлько 20 из них идет на синтез белка.

2. Аминокислоты образующие белки называются протеогенными

Специфический радикал аминокислот придает им различные свойства, которые обогащают структурные и функциональные возможности белка. По природе радикала протеогенные аминоскислоты можно разделить на несколько групп:

- алифатические

- оксиаминокислоты

- серосодержащие аминокислоты

- моноаминодикарбоновые

- диаминокарбоновые

- ароматические

- иминокислоты

По питательной ценности аминокислот, входящих в состав белка их можно разделить на заменимые и незаменимые. Незаменимые неспособны синтезироваться в организме человека и животного. К ним относятся: валин, лейцин, изолейцин, трианин, метианин, лизин, аргенин, фенилаланин, триптофан, гистидин. Карбоксильная группа одной аминокислоты реагирует с аминогруппой другой аминокислоты с выделением молекулы воды, при этом возникает пептидная связь. В образовании пептидной связи принимает участие только альфа СООН и альфа NH2 группы. Неспецифическая часть придает всем аминокислотам общее свойство - способность к диссоциации. NH2 придает основные свойства белкам, СООН придает кислотные свойства белкам. Таким образом, в связи с наличием этих группировок они способны диссоциировать и как кислоты и как основания. В водной среде аминокислоты всегда несут и положительный и отрицательный заряды. Преобладающий заряд зависит от рН-среды. Кислая среда стимулирует основную диссоциацию, в результате которой амфолит приобретает положительный заряд. В щелочной среде обратная картина. При определенном значении рН степень кислотной и основной диссоциации уравнивается и аминокислота становится електронейтральной, это значение рН называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В этой точке белок неустойчив и выпадает в осадок так как белок теряет заряд. Известно, что ИЭТ цитоплазмы клетки лежит в кислой среде, а ИЭТ ядра - в щелочной. Значение ИЭТ может характеризовать ф-циональную активность клетки. В активные периоды онтогенеза ИЭТ находится при рН от 2 до 5.

3. Строение и структурная организация белков.

Структура белков:

- Первичная - последовательность аминокислотных остатков в белковой полипептидной цепи.

- Вторичная или альфаструктура белка - создается благодаря дополнительным водородным связям. В результате полипептидная цепочка закручивается по альфа-спирали.

- Третичная - это упаковка во внешней среде (конформация). Бывает глобулярным и фибриллярным.

- Четвертичная - молекулы многих белков состоят из нескольких полипептидных цепочек, соединенных между собой непептидными связями. Классическим примером является гемоглобин, молекулы которого состоят из четырех полипептидных цепочек.

Высалевания. Для нормального функционирования молекула белка всегда должна быть в заряженном состоянии и окружена так называемой гидратационной оболочкой, которая образует диполи воды. При добавлении концентрированных солей наблюдается потеря гидратационной оболочки молекулы белка и белок выпадает в осадок, но процесс обратим, при добавлении воды эта оболочка вновь восстанавливается. Денатурация - это одно из наиболее характерных св-в белков. При определенных условиях внутреннее строение полипептидных цепей изменяется. В их молекулах разрываются некоторые связи и белки переходят в другое качественное состояние, при этом белковая молекула претерпевает изменения, связанные с изменением вторичной, третичной и четвертичной структур белка. Причина денатурации - разрушение связей стабилизирующих вторичную, третичную и четвертичную структуры белка. Различают обратимую и необратимую денатурации.

Классификация белков: простые - это протеины, сложные - протеиды. Липопротеиды - те в которые входят различные жироподобные вещества. Хромопротеиды (окрашены) - типичный представитель гемоглобин. Гликопротеиды - связаны с углеводами. Нуклеопротеиды - группа сложных белков где белок связан с нуклеиновыми кислотами.

4. Ф-ции белков - участвуют во всех аспектах жизни клеток:

- Структурная - более половины сухой массы цитоплазмы и ее органелл принадлежит белкам. Основа строения клетки - биологические мембраны, наполовину построенные из белков.

- Ферментативная ф-ция - все биокатализаторы хим. реакций в клетке являются белками.

- Транспортная - некоторые белки находящиеся в клеточной мембране участвуют в транспорте веществ.

- Запасная - белок представляет собой высоковосстановленное соединение с большим запасом энергии.

- Имунная (защитная) - роль белков в защите растения от инфекций велика и разнообразна. Различные по имунным св-вам объекты отличаются как по количеству и качеству белков, имеющихся в здоровом организме, так и по тем изменениям, которые происходят в белковом спектре после заражения. В качественном отношении белки устойчивых форм часто имеют в своем составе много аминокислот, плохо переносимых тем или иным патогеном. Фитофтора, к примеру, не любит большого содержания аргенина в белках. В структурном отношении наиболее активно противостоят инфекции антиферменты, которые способны ингибировать ферменты паразита. По отношению к веществам углеродной природы это белки лектины, которые находятся на поверхности мембран. Они очень специфичны и способны распознать отдельные штамы бактерий. Лектины связывают патогенные бактерии, образуя при этом как бы тромб, предотвращающий их дальнейшее распространение.

ТЕМА: "Ферменты"

1. История развития учения о ферментах. Роль ферментов в обмене веществ

2. Классификация и номенклатура ферментов.

3. Механизм действия ферментов

4. Строение ферментов

5. Свойства ферментов

6. Скорость ферментативной реакции. Активаторы и ингибиторы ферментов

7. Оксидоредуктазы. Катализируемые реакции

8. Трансферазы

9. Гидролазы

10. Лиазы

11. Изомеразы

12. Лигазы (синдетазы)

13. Изоферменты

14. Особенности ферментов в период онтогенеза растений.

15. Условия внешней среды биоферментов

1. Начало изучения ферментов относится к 1814 году, когда русский ученый Киргоф показал, что в прорастающем зерне содержится вещество, способное превращать крахмал в сахар. В 1833 году Пайонд и Персо выделили из солода это вещество и назвали его ДИАСТАЗОЙ. В 1926 году Саммер впервые получил ферменрт УРИАЗУ в кристаллическом виде. В настоящее время учение о ферментах превратилось в интенсивно развивающуюся науку - ЭНЗИМОЛОГИЮ или ферментологию, которая тесно связана со многими биологическими науками. Роль ферментов в обмене веществ заключается в том, что они способны увеличивать скорость реакции до сотни тысяч и миллионы раз. Все биохимические реакции в клетке протекают с участием ферментов.

2. Согласно классификации каждый фермент имеет рациональное нащвание и шифр, состоящий из четырех цифр. В шифре первая цифра обозначает класс, вторая - подкласс, третья - еще более мелкую группу ферментов подподкласс, четвертая - обозначает данный конкретный фермент. Ферментыобычно заканчиваются окончанием -АЗА, за исключением тривиальных названий: пепсин, трипсин, попаин и т.д. В Систематическое название ферментов часто включается и субстрат и фермент. Главгым специфическим признаком, на основании которого один фермент отличается от другого, является химическая ракция, катализируемая данным ферментом.

3. Сущность ферментативной реакции сводится к тому, что фермент связывается с субстратом с образованием фермент-субстратного комплекса, который затем распадается с образованием продуктов реакции и свободного фермента. Для того чтобы произошла химическая реакция системе необходимо передать некоторое количество энергии. Количество энергии необходимое для протекания зимической реакции называется энергией активации. Согласно законам химической кинетики чем ниже энергия активации, тем быстрее протекают реакции.

Es- энергия субстрата в состоянии покоя

Eq- энергия активации без фермента

Еф - энергия активации с ферментом

Ер - продукты распада

За счет чего ферменты способны значительно снижать энергию активации? Все ферментативные реакции протекают в три этапа:

На первом этапе фермент соединяется с субстратом и образует фермент-субстратный комплекс.

На втором этапе происходит ослабление хмических связей между оперделенными атомами, это протому что фермент вызывает в нем поляризацию - смещение электронов или электронного облака.

На третьем этапе за счет дополнительной энергии активации происходит разрыв определенных химических связей в субстрате с образованием продуктов распада субстрата и фермент.

4. Все ферменты делятся на однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные - состоят только из белка. Двухкомпонентыне состоят из белка и небелковой части, которая называется простетической или активной группой. Если небелковая часть легко отделяется от белковой, ее называют Коферментом. В состав простетической группы могут входить металлы, неметаллы, витамины.

5. Ферменты по сравнению с неорганическими катализаторами обладают более высокой активностью.

1. Специфичность действия - каждый фермент катализирует только конкретную реакцию. Различают химическую или абсолютную специфичность, когда определенный фермент действует на определенное химическое вещество.

2. Групповая специфичность - когда фермент действует на определенные химические связи.

3. Стереохимическая специфичность - когда фермент катализирует расщепление определенных стереоизомеров.

Обратимость действия - ферменты способны катализировать реакции как в прямом так и в обратном направлении.

Лабильность - способность подстраиваться под определенные условия.

6. На скорость ферментативной реакции в значительной степени влияют внешние условия.

Температура. С увеличением на 10 градусов по шкале Цельсия скорость ферментативной реакции увеличивается в 1,4-2 раза, чем оббъясняется возрастание кинетической энергии молекул. Оптимум ферментативной реакции приходится 55-60 градусов, после чего начинается быстрый спад, связанный с денатурациями белка.

Значение рН-среды. Шкала рН от 1 до 14. Каждый фермент имеет свой оптимальный рН среды. Большинство ферментов проявляют максимальную активность близкой в нейтриальной или слабокислой среде. Снижение или повышение рН вызывает сдвиг диссоциации групп, участвующих в стабилизации структуры. Нарушение электростатистических взаимодействий привдоит к изменению конформации фермента и потере каталитических свойств. Для каждого фермента свой рН.

При постоянной концентрации субстрата и при увеличении концентрации фермента скорость ферментативной реакции увеличивается прямопропорционально.

Концентрация субстрата: зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (при постоянном количестве фермента) может быть выражена графически:

С увеличением количества субстрата скорость роеакции растет так как все большее число молекул фермента взаимодействуют с молекулами субстрата, осуществляя ее катализ. Когда все молекулы фермента будут вовлечены в данную реакцию, будет выравнивание скорости реакции. Таким образом скорость реакции достигает максимального значения при определенной концентрации субстрата.

Уравнение Константа Михаэлиса:

Уравнение выражает количественное отношение между начальной скоростью реакции, максимальной скоростью реакции и исходной концентрации субстрата, связанных между собой через константу Михаэлиса (Км).

Константа Михаэилса показывает концентрацию субстрата, когда скорость ферментатитвной реакции равна половине от максимальной.

Для измерения количества фермента и его активности используется ряд показателей:

Единица активности фермента - это количество фермента, катализирующее превращение 1 моль субстрата за 1 минуту.

Удельная активность - число единиц фермента на 1 грамм белка.

Молярная активность - число единиц фермента на 1 мкмоль белка.

8. Активаторы и ингибиторы фрементов.

Вещества усиливающие каталитическую активность ферментов называются активаторами. Чаще всего роль активаторов ферментов выполняют ионы металлов (Натрий, калий, кальций, молибден, медь, марганец). Иногда для активации ферментов требуется несколько ионов. Активаторами ферментов могут быть и другие вещества: йод, бром, хлор и т.д. Существуют вещества которые подавляют действие ферментов. Их называют ингибиторами. Если подавить деятельность какого-либо одного фермента или группы ферментов, то соответственно ослабляется или прекращается течение одного или нескольких биохимических процессов. Происходит серьезное нарушение в обмене веществ и даже гибель организма.

Ферментативные ингибиторы делятся на две группы: общие ингибиторы и специфические. К общим относятся соли тяжелых металлов (свинец, серебро, ртуть, вольфрам). Наибольшее значение имеют специфические ингибиторы, которые действуют на один фермент или группук ферментов. Механизм действия этих ингибиторов заключается в том, что они, соединяясь, блокируют активные группы (или активные центры) молекул ферментов.

Все ферменты деляться на 6 классов:

- оксидоредуктазы - переносят протон или электрон от одного субстрата к другому, участвуют во всех процессах биологического окисления.

RH2 + A = R+AH2 (перенос протона)

оксидоредуктазы делятся на анаэробные дегидрогеназы и аэробные дегидрогеназы (к этому классу относятся разнообразные ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, происходящие в живом организме)

Среди этих ферментов прежде всего нужно назвать дегидрогеназы, катализирующие реакции дегидрирования (например алкогольдегидрогеназа), то есть отнятие водорода от данного органиеского соединения. Реакция дегидрирования может быть изображена следующим образом.

АН2 +В =А + ВН2

В живых клетках роль промежуточных переносчиков водорода выполняют различные дегидрогеназы. Анаэробные дегидрогеназы, которые не могут отдавать водород кислороду воздуха, а могут передать его другим акцепторам (например другим дегидрогеназам или хиноноподобным соединениям). Анаэробные дегидрогеназы являются двухкомпонентными, бывают Пиридиновой и Флавиновой природы. Коферментом у первых является НАД (никотинаминодениндинуклеотид) или НАДФ .(никтоинамидодениндинуклеотидфосфат) - производные витамина РР (никотиновая кислота). Коферментом у вторых может быть ФМН (флавинмононуклеотид) и ФАД (флавинадениндинуклеотид) - производные витамина В2.

Аэробные дегидрогеназы - ферменты способны отнятый от субстрата водород передавать сразу на кислород воздуха. Аэробные дегидрогеназы бывают только флавиновой природы. В отличии от анаэробных в своем составе не содержат металл, поэтому не ингибируются ингибиторами, а потому их называют ферментами остаточного дыхания. Помимо дегидрогеназ в растениях присутствуют оксидазы которые способны передавать водород в основном кислороду воздуха. Отнимая водород от окисляемого субстрата и передавая его кислороду, оксидаза может образовать при этом воду или перекист водорода. Эти ферменты заканчивают собой цепь передачи водорода и электрона, они иначе называются терминальными ферментами. Сюда относятся: системы цитохромов и цитохромоксидазы, полифенолоксидазы и аскорбатоксидазы, гликолатоксидазы и т.д. Цитохромы представляют собой двухкомпонентные ферменты, основу строения которых составляет порфириновое ядро. В центре этого ядра находится Fe. Изменение валентности Fe от 2 до 3 определяет основные свойства цитохромов. Полифенолоксидаза - фермент окисляющий фенолы и их производные, в центре находится Cu (медь). Помимо этих оксидаз в растениях существует еще одна система - пероксидазная система. Пероксидаза играет большую роль в процессе дыхания растений. Этот фермент двухкомпонентынй, активной частью которого является железо-порфирин. Пероксидаза использует для окисления не молекулярный кислород, а перекись водорода, утилизируя ее до воды и атомарного кислорода. Активность этого фермента свидетельствует о повышенном иммунном статусе данного организма.

Каталаза - фермент который разлагает пероксид водорода на воду и на молекулярный кислород. Каталаза так же имеет простатическую группу (активный центр) - железопорфирин.

В растениях широко распространен фермент липоксигеназа - катализирует окисление кислородом воздуха некоторые ненасыщенные высокомолекулярные жирные кислоты с образованием сложных эфиров. Наиболее активна липоксигеназа в семенах сои. Из всех ненасыщенных жирных кислот липоксигеназа окисляет с достаточной скоростью линолевую и линоленовую кислоты, олеиновая к-та окисляется медленнее.

Трансферазы - Ферменты катализирующие перенос отдельных радикалов, частей молекул и даже целых молекул от одних соединений на другие. В зависимости от того, какие атомные группировки или радикалы переносятся трансферазами, все ферменты этого класса делятся на следующие группы:

переносят одно ....

RR1 + HOH = ROH + R1H

Гидролазы делятся несколько подгрупп:

Пептидазы - расщепление пептидных связей

Эстеразы - реакции ращепления и синтеза сложных эфиров.

Липазы - расщепление жиров

Фосфатазы - гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты

гидролазы глюкозидов - расщепление углеводов и глюкозидов - карбогидразы.

К этому подклассу относятся амилаза (диостазы).

Амилазы бывают трех видов:

альфа-амилаза, бетта-амилаза, амилопектин-1,6-глюкозидаза (R- фермент) - все они гидролизуют крахмал в результате которого образуется дисахарид мальтоза (имеет сладкий вкус). Крахмал - полимер, состоящий из двух полисахаридов - амилозы, представляющей собой неразветвленную цепь остатков глюкозы, соединенных медлу собой связями -1,4- , и амилопектина - разветвленной молекулы, в которой на ряду с 1-4 имеются и 1,6 связи, находящиеся в местах разветвления.

Альфа-амилаза - катализирует расщепление в молекуле -1,4- связи без определенного порядка. Под действием этого фермента образуется мальтоза, глюкоза и декстрины.

Бетта-амилаза - так же разрывает связи в местах -1,4- но в отличии от альфа-амилазы, бетта-амилаза последовательно отщепляет от концов молекулы крахмала остатки мальтозы.

Амилопектин -1,6 - глюкозидаза (R-фермент) - катализирует расщепление -1,6- связей в молекуле амилопектина, т.е. в точках разветвления.

Промежуточные продукты при расщеплении крахмала этими ферментами являются декстрины, которые дают характерное окрашивание с йодом.

Амилодекстрины - дают с йодом фиолетовое окрашивание.

Эритродекстрины - красное окрашивание.Образуются Ахродекстрины и Мальтодекстрины, которые не дают окрашивания.

ЛИАЗЫ

Лиазы - катализируют отщепление от субстрата тех или иных групп без участия воды и фосфорной кислоты. В результате действия этих ферментов образуются двойные связи и наоборот катализирует реакции разрыва двойных связей.

ИЗОМЕРАЗЫ

Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение органических соединений в их изомеры.

Изомеризация происходит в следствие внутримолекулярного перемещения атомов, остатков фосфорной кислоты, различных радикалов и т.д. в пределах одной молекулы. Этому процессу подвергаются чаще всего аминокислоты и органические кислоты.

ЛИГАЗЫ

Лигазы (синтетазы) - катализируют реакции синтеза сложных органических соедингений из более простых. Эти реакции требуют затрат энергии.

общая формула: R1 + R2 +АТФ = R1R2 + АДФ + H3PO4

Изоферменты. Растительные организмы обладают очень высокую лабильностью (приспособляемостью к окружающей внешней среде).

Одним из компонентов устойчивости растений является устойчивость ферментных систем к действию факторов внешней среды.

Изоферменты - это группа ферментов из одного и того же источника, обладающих одним типом субстрантой специфичности, катализирующих одну и ту же химическую реакцию, но различающихся по ряду физико-химических свойств.

Наличие изоферментов свидетельствует о большой лабильности ферментативного аппарата растений и дает возможность осуществлять необходимые процессы обмена веществ в клетках при изменении условий внешней среды. С помощью изоферментов обеспечивается специфичность обмена веществ, характерная для данного органа или ткани растения.

Если резко изменяются температурные условия, которые становятся неблагоприятными для ферментов, то их активность снижается, однако данный ферментативный процесс растения не прекращается полностью, т.к. начинают проявлять каталитическую активность другие изоферменты того же фермента, для которых данная температура является благоприятной.

Особенности ферментов в период онтогенеза

В состоянии покоя семян количество активных ферментов очень мало, но во время прорастания семян их количество возрастает. В период роста и развития количество ферментов поддерживается на постоянном уровне. в Процессе созревания семян кол-во ферментов резко увеличивается.

Тема: "Витамины"

1. Классификация витаминов

2. Роль витаминов в обмене в-в

3. Жирорастворимые витамины и их роль

4. Водорастворимые витамины и их роль

1. Витаимны - низкомолекулярные органические в-ва без которых невозможно нормальное течение биохимических процессов. Их нужно очень малое количество, они тесно связаны с ферментами.

Учеными описано более 200 ферментов в состав активных групп которых входят витамины. Основные поставщики витаминов являются растения.

Авитаминоз - приводит к цинге, рахиту, куриной слепоте, полиневриту.

Витамины были открыты русским ученым Луниным в 1888 году, экспериментальным путем на мышах. Другое важное наблюдение сделал Эйкман в 1899 на острове Ява - он показал, что однообразное питание шлифованным рисом вызывает заболевание Бери-Бери.

Витамины - низкомолекулярные, биологически-активные в-ва, разнообразной химической природы. К витаминам относится более 55 веществ и они классифицируются по растворимости в воде и жирах.

Жирорастворимые витамины

Ретинол (витамин А), кальциферол (витамин D), токоферол (витамин Е), филлохинон (витамин К), комплекс ненасыщенных жирных кислот (витамин F)

Водорастворимые

Тиамин (витамин В), рибофламин (витамин В2), нианоцинамид (В3), пантотеновая кислота (В5), пиродоксин (В6), фолиевая кислота (В9), цианокобаламин (В12), оротовая кислота (В13), пангамовая кислота (В15), никотиновая кислота, ниацин, никотинамид (РР), аскорбиновая кислота (С), биофлавоноиды, цитрин (Р), парааминобензольная кислота, биотин (Н), инозид, s-метилметиамин (U) - антистрессовый витамин.

2. Все биохимические процессы протекают с участием ферментов. В состав активных групп ферментов входят витамины. Недостаток витаминов приводит к задержке биохимических процессов, которые протекают в организме, что приводит к задержке роста и развития организма.

3. Витамины группы А - производные каротина, нехватка этоговитамина нередко приводит к нарушению роста, понижению иммунитета, ослаблению зрения. Витамин повышает сопротивляемость к заболеваниям органов дыхания, сокращает длительность заболевания, сохраняет здоровой кожу, кости, зубы и десны. Встречается витамин А в рыбьем жире, печени акулы, трески, палтуса, кита, тюленя. Провитамины витамина А - зелень салата, шпината, моркови, томата, уроп, петрушка. В растениях содержится не сам витамин А, а коротиноиды из которых они образуются.

Продукты мкг/г

Молоко 1

Масло слив 20

Абрикосы 20

Томаты 30

Салат, шпинат 50

Морковь 90

Листья люцерны 100

Печень трески 300

Печень акулы 750

Морской окунь 900

Кашалот 60 000

Группа витамина D - недостаток этого витамина приводит к нарушению развития зубов, у детей приводит к заболеванию рахитом, помогает клаьцию и фосфору укреплять кости и зубы, способствует усвоению витамина А, встречается только в животных организмах, содержится в сардинах, сельди, лососи, тунце, молочных продуктах. Наиболее богатыми источниками витаминов группы D является рыбий жир, печень млекопитающих и птиц. В растениях содержатся стеролы из которых под влиянием UV-лучей образуется витамин D. Наиболее важным из этих стеролов является эргостерол. Содержится в большом количестве в дрожжах, грибах, плесневых грибах, используется в качестве исходного продукта при промышленном получении витамина D.

Группа витаминов E - витамин Е - является смесью четырех высокомолекулярных циклических спиртов, получивших название альфа, бетта, гамма, дельта-токоферолов. Витамин Е в организме человека не синтезируется, этот витамин замедляет старение клеток, увеличивает выносливость, снижает утомляемость. Этот витамин имеет большое значение для животноводства, недостаток этого витамина в кормах приводит к нарушениям половой ф-ции животных. У самцов проис ходит нарушение образования спермиев, у самок наблюдается бесплодие или преждевременные роды. Наиболее богаты витаминов Е зародыши злаков и листья зеленых растений, наиболее существенный источник - растительные масла.

Витамины группы K - группа витаминов необходимых для нормального свертывания крови. Витамины этой группы широко распространены в продуктах растительного и животного происхождения (кисло-молочные продукты, яйчный желток, соевое масло, рыбий жир). Лучшими источниками витаминов К являются зеленые части растений.

на 3.11.2011 (Коллоквиум по физиологии по теме: "Клетка и хим. состав")

Водорастворимые витамины

Витамин (B1) - витамин бодрости духа - нормализует работу нервов, мышцы сердца, уменьшают зубную боль. В организме человека в результате процессов фосфорилирования превращается в кокарбоксилазу - которая является коферментом многих ферментов. Тиамин играет важную роль в углеводном, белковом и жировом обмене. Недостаток этого витамина приводит к нарушению нервной системы, недостаточной концентрации внимания, быстрой умственной и физической утомляемости, легкой возбудимости. При дальнейшем развитии этих симптомов приводит к развитию болевых ощущений в ногах, заболеваниям периферической нервной системы (полиневрит), отдышке и параличу. Богатым источником витамина В1 является пешничные и рисовые отруби, зародыши злаков, внутренние органы животных (печень, сердце, почки). Особенно богаты этим витамином дрожжи. Витамин В1 играет важную роль в организме животных, растений и микроорганизмов, входит в состав фермента пируваткарбоксилаза - этот фермент расщепляет пировиноградную кислоту, недостаток этого витамина приводит к накоплению пировиноградной кислоты в крови и тканях.

Витамин В2 способствует росту и репродукции, сохраняет здоровыми волосы, ногти, улучшает зрение. Недостаток в пище этого витамина вызывает нарушение аппетита, падение веса, слабость, резь в глазах, болезненные ощущение в слизистыой оболочке рта. Витамин В2 в соединении с фосфорной кислотой входит в состав некоторых ферментов, играющих важную роль в обмене веществ. Нарушение обмена в-в возникающих при недостатке витамина В2 объясняется замедленным синтезом тех окислительно-восстановительных ферментов в состав которых он входит. Наиболее богаты витамином В2 дрожжи, печень, почки, сердце.

Витамин В5 - недостаток этого витамина приводит к задержке роста, поражениям кожи, нарушению деятельности нервной систем и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Входит в состав кофермента А, прти участии которого происходит активирование уксусной кислоты и других органических кислот. В тканях животных и клетках бактерий большая часть витамина В5 содержится именно в виде кофермента А.

Витамин В6 - предотвращает нервные и кожные болезни, препятствует старению, необходим для нормального функционирования центральной и периферической нервной системы, выступает в качестве кофермента важнейших ферментов, действующих в нервных тканях, участвует в биосинтезе многих нейромедиаторов, таких как норадреналин, адреналин, гистамин. Отсутствие или недостаток этого витамина приводит к нарушению белкового обмена и синетза жиров в живом организме. Роль витамина В6 в обмене в-в заключается в том, что в его производные входят в состав ферментов, катализирующих превращения аминокислот, а так же реакцию переаминирования. При авитаминозе В6 отмечается глубокое нарушение в синтезе и обмене аминокислоты триптофан (незаменимая аминокислота). Источник витамина: печень, почки, сердце, дыня, капуста, молоко, яйца, наибольшее содержание - дрожжи, рисовые отруби, пшеничные зародыши.

Витамин В9 - является важным фактором роста животных. Недостаток этого витамина вызывает анемию и слабое развитие. У обезьян аавитаминоз рпоявляется тяжелой формой лейкемии. В9 оказывает благоприятное терапевтическое действие при лечении тяжелых форм анемии человека.Основным источником этого витамина являются овощи, печень, дрожжи, земляника. Витамин В9 в восстановленной форме является необходимой составной частью ферментов, катализирующихобмен соединений содержащих один углеродный атом.

Витамин В12 - участвует в кроветворении и созревании эритроцитов, увеличивают энергию, поддерживают нервную систему, у детей улучшает память. Этот витамин является чрезываяайно эффективным при лечении различных форм анемии. В качестве кроветворного фактора витамин В12 примерно в тысячу раз более эффективен чем фолиевая кислота (В9). Роль витамина В12 в обмене в-в заключается в том, что он играет весьма важную роль в синтезе биологически-важных соединений. Витамин В12 не содержится в продуктах растительного происхождения и доржжах. Главным источником являются продукты животного происхождения - печени и почках. Травоядные животные снабжаются витамином В12 за счет микрофлоры пищеварительного тракта.

Витамин Р - укрепляет стенки капилляров, повышает устойчивость к инфекциям. Вещества обладающие Р-витаминной активность чрезвычайно широко распространены в растительном мире - это глюкозиды рутин и гесперидин, а так же тонИн.

Витамин РР - отсутствие или недостаток этого витамина в пище приводит к заболеванию Пелагро. Характерными симптомами этой болезни является поражение кожи, психические расстройства. Встречается среди беднейших слоев населения Африки. Физиологическая роль витамина РР заключается в том, что он входит в состав окислительно-восстановительных процессов ферментов дегидрогеназ, катализирующих отнятие водорода. Недостаточное потребление этого витамина приводит к нарушениям синтеза и обмена триптофана. Наиболее богаты витамином РР дрожжи, отруби, внутренние органы животных.

Витамин Н - является важным фактором роста для дрожжей и микроорагнизмов, недостаток этого витамина приводит к поражению кожи, выпадению волос и поражению ногтей. Главным источником этого витамина для животных и человека является бактериальная микрофлора ЖКТ. Этот витамин принимает участие в превращениях некоторых аминокислот, входит в состав активной группы ферментов, катализирующих процесс карбоксилирования, т.е. присоединение углекислого газа (СО2).

Инозид - является важным фактором для роста дрожжей, недостаток витамина приводит к остановке роста и выпадению шерсти у животных. Особенно большое количество содержится в отрубях и дрожжах.

Парааминобензойная кислота - необходим для роста и выживаемости молодых животных. В растениях и животных эта кислота галвным образом связана с белками, полипептидами и аминокислотами.

Витамин С (самостоятельно)

ТЕМА: "нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, синтез белка"

1. Нуклеиновые кислоты, строение и виды.

2. Нуклеозиды и нуклеотид. Нуклеиновый состав ДНК.

3. Современное представление о механизме биосинтеза белка.

1. Нуклеиновые кислоты - это высокомолекулярные соединения, распадающиеся при полном гидролизе на три типа веществ:

азотистые основания - пуриновые аденин (А) и гуанин (Г), и пиремидиновые цитозин (Ц), тимин (Т), урацил (У) в РНК

углеводпентоза - рибоза в РНК и дезоксирибоза в ДНК.

остаток фосфорной кислоты

При гидролизе нуклеиновых кислот получается соединения, в которых первый углеродный атом рибозы или дезоксирибозы связан с пуриновым или пиремидиновым основанием посредством атома азота. Соединения, в которых рибоза или дезоксирибоза связана с каким-либо основанием носит название нуклеозид. Присоединение молекулы фосфорной кислоты к нуклеозиду у пятого углеродного атома приводит к образованию более сложного вещества - нуклеотида. В организмах содержится два основных типа нуклеиновых кислот: Рибонуклеиновая (РНК), дезоксирибонуклеиновая (ДНК) - это очень тонкая ниточка радиусом не более 1 нм. Общая длина ДНК человека - 3мм она в виде плотного клубка размещается в ядре.

2. При соединении пуринового или пиремидинового основания с рибозой или дезоксирибозой образуются соответствующие нуклеозиды.

При соединении Аденина с рибозой образуется Аденозин, Гуанин дает ГуанОЗИН, цитозин - Цитидин, Урацил - УрИДИН.

Нуклеотиды - это фосфорные эфиры нуклеозидов. Нуклеодитды являются элементарными звеньями из которых построены цепные молекулы нуклеиновых кислот. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеоидных цепочек, которые соответственны или комплементарны друг другу. Это соответствие достигается тем, что Аденин одной цепочки связан с водородной связью с Тимином, а Гуанин с Цитозином. Поэтому суммма пуриновых оснований (А+Г) в молекулах ДНК равна сумме пиремидиновых оснований (Т+Ц), это правило Чаргаффа.

В зависимости отпреобладания той или иной пары оснований различают:

АТ-тип или ГЦ-тип ДНК (у человека преобладает АТ-тип). У животных и у высших растений всегда содержится только АТ-тип ДНК и отношение (Г+Ц) на (А+Т) изменяется у различных видов растений и животных менее чем в два раза. У человека отношение (Г+Ц) на (А+Т) = 0,66. Спецефичность нуклеиновых кислот определяется не только их нуклеотидным составом, но и последовательностью отдельных нуклеотидов в цепи нуклеиновых кислот. В молекулах нуклеиновых кислот может содержаться различное число нуклеотидов (по Богену наименьшее число - 77), максимальное - неизвестно.

3. БИОсинтез белка.

В настоящее время установлено, что синтез белков в организме происходит сложным путем при участии нуклеиновых кислот, которые играют важнейшую роль в синтезе той или иной полипептидной цепочки или того или иного белка. Исследования на различных объектах показали, что интенсивность синтеза белка в клетках и тканях теснейшим образом связано с содержанием в них рибонуклеиновой кислоты. Полинуклеортидные цепочки ДНК образуют двойную спираль. Уникальная роль ДНК заключается в передаче наследственных свойств организма, что осуществляется путем участия ее в синтезе белка. Именно в ДНК зашифрованы структуры всех белков, когда-либо синезирующихся в клетке. Шифр или генетический код является триплетным, т.е. три нуклеотида ДНК шифруют одну аминокислоту. Одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Участок ДНК на котором закодирован один белок называется геном. РНК бывает трех видов:

иРНК - информационная - переносит информацию от ДНК на синтез белка.

тРНК - транспортная - осуществляет транспорт аминокислот в рибосоме. Каждая тРНК переносит только одну аминокислоту

рРНК - рибосомальная - участвует в осуществлении необходимого расположения тРНК и иРНК а так же в образовании пептидной свзя.

Передача информации от ДНК осуществляется иРНК, которую называют матричной РНК (мРНК) этот процесс носит название транскрипции (переписывание). Спомощью фермента расплетается определенный участок двойной спирали ДНК и на одной из цепочек строится иРНК по правилу комплементарности (А-У, Г-Ц, Т-А, Ц-Г). В ядре иРНК соединяется с белком и в таком виде (нформасомы), через поры ялра поступает в цитоплазму и переносит информацию для синтеза белка. Затем иРНК высвобождается из информосомы и прикрепляется к малой субъединице рибосомы или нескольких рибосом. В последнем случае образуются полисомы. Синтез белка происходит на рибосомах, которые в основном находятся в цитоплазме. В рибосоме происходит главный этап белкового синтеза - трансляция - в основе которого лежит "узнавание" антикодономтРНК комплементарного кодона иРНК, обеспечивающее спецефическую последовательность аминокислот в синтезируемом белке. Для синтеза белка к рибосомам поставляются аминокислоты с помощью тРНК спкецефичных для каждой аминокислоты. Каждая тРНК имеет спецефичность, она несет спецефичный триплет (антикодон) ответственный за прикрепление к оперделенному месту иРНК (кодону).

Синтез белка (самостоятельно)

ТЕМА: "Водный режим растений"

1. Значение воды в жизни растений

2. Структура молекулы воды и ее свойства

3. Формы воды в почве

4. Формы воды в растениях

5. Основные двигатели водного тока

6. Влияние на растения недостатка воды

7. Влияние внешних и внутренних факторов на корневое давление

8. Транспирация

9. Зависимость транспирации от внешних условий и ее суточный ход

10. Устьичная и кутикулярная транспирация

11. Физиология устьичных движений

12. Водный баланс растений

1. Жизненные процессы у растений протекают в водной среде. Вода необходима для поддержания структурной целостности клеток, тканей и всего организма. Воды содержится: в протоплазме около 80%, в клеточном соке 96-98%, в оболочках растительных клеток до 50%. Много воды в сочных плодах: в огурцах до 98 %, в арбузах 92%, в томатах 94%, картофеле 77%, листьях растений 80-90%. Мало воды содержится в семенах. Содержание воды неодинаково в разных растениях. Ее содержание в клетках мезофитов (растений зоны умеренного климата) составляет 85-99%.

Чтобы вода могла выполнять свои функции, все части растения должны быть в достаточной степени оводнены. Степень оводненности клеток тканей и органов растений определяется относительным содержанием воды (ОСВ). Когда потребление и потеря воды у растения сбалансированы, то ОСВ поддерживается на постоянном уровне. Если ОСВ падает ниже некоторого критического уровня - ткань отмирает. Критическое значение ОСВ для тканей мезофитов близка к 50%. Вода в биологических объектах выполняет следующие основные функции:

1. Водная среда объединяет все части организма в единое целое. В теле растения водная фаза представляет собой непрерывную среду на всем протяжении от извлекаемой корнями воды из почвы и до поверхности раздела жидкость - газ в листьях.

2. Вода - важный растворитель и важная среда для биохимических реакций

3. Вода - метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов

4. С током воды осуществляется транспорт веществ в растении

5. Вода - терморегулирующий фактор. Она защищает от резких колебаний температуры, благодаря высокой удельной теплоемкости.

6. Вода - хороший амартизатор при механических воздействиях на организм.

7. Благодаря влиянию осмоса и тургора обеспечивает упругое состояние клеток и тканей растительного организма.

2. (самостоятельно)

3. Формы воды в почве. С физиологической точки зрения выделяют следующие формы почвенной влаги:

1. Гравитационная вода - заполняет крупные промежутки между частицами почвы. Она хорошо доступна растениям, однако она легко стекает в нижние горизонты под влиянием силы тяжести, в следствие чего бывает в почве лишь после дождей.

2. Капеллярная вода - заполняет капеллярные поры в почве. Эта вода так же доступна для растений, онга удерживается в капеллярах силой поверхностного натяжения и не стекает при засухе, поднимается от грунтовых вод. Пленочная вода окружает коллоидные частицы почвы. Вода из периферических слоев гидратационных оболочек может поглощаться клетками корня, но чем ближе к коллоидным частицам молекулы воды с большей силой удерживаются и менее доступны растениям.

3. Гигроскопическая вода - это тонкий слой молекул воды удерживается силой 1000 МПа и более и поэтому она недоступна растениям.

4. Формы воды в растениях

Вся вода в растениях называется общей. Общее содержание воды определяется методом высушивания до постоянного веса при температуре 105 градусов. Общая вода делится на свободную и связанную.

Связанная вода в отличие от свободной характеризуется меньшей подвижностью.

Различают осмотически, коллоидно и капеллярно-связанную воду.

Осмотически связанная вода гидратирует низкомолекулярные частицы (молекулы, ионы).

Коллоидно связанная вода гидратируется высокомолекулярными соединениями (белки).

Капеллярно-связанная вода гидратирует макромолекулы соединений клеточных стенок и проводящих сосудов.

Свободной считается вода, которая замерзает при температуре -10⁰С по шкале Цельсия или может быть отнята от растения осмотическим путем, 30% р-ром сахарозы.

5. Основные двигатели водного тока.

Основной силой, вызывающей поступление и передвижение воды в растении осуществляется за счет трех факторов:

1. Корневое давление - нижний концевой двигатель

2. Силы сцепления между молекулами воды - когезии и атгезии, которые проявляются при подъме против гравитационных сил.

3. Присасывающее действие транспирации - верхний концевой двигатель.

Силу, вызывающую в растении односторонний ток воды с растворенными в-вами, не зависящую от процессов транспирации называют корневым давлением или нижним концевым двигателем.

Гуттация - явление когда на кончиках листиков появляются капельки воды - гутты.

в Ср в 13:20 - физиология растений

Листья растений, клетки которых насыщены водой в условиях высокой влажности воздуха выделяют капельно-жидкую воду с небольшим количеством растворенных веществ. Это называется гуттация.

Выделение жидкости идет через специальные водные устьица - гидаттоды. Выделяющаяся жидкость - гутта.

Капельки гуттационной жидкости отличаются от росы так как они находятся в определенных местах выхода гидаттод, содержание веществ в соке гуттации в 8-10 раз меньше чем в пасоке (плачь растений). Вделение воды при надрезе веток растений называется пасокой. Именно на этом основано вытекание сока при надрезе весной. Плачь растений бывает весенний более активный, и менее активные летом. Активность плача зависит от влажности почвы, аэрации, концентрации веществ в почвенном растворе. В пасоке в большом количестве содержатся минеральные вещества (К,Р, нитраты), сахара, органические кислоты, азот содержащие соединения, гормоны, витамины и т.д.

Разработаны методы, позволяющие измерить силу, которая подается коренвой системой, т.е. корневое давление. У травянистых растений корневе давление составляет 1 атм, у винограда 1,5-2 амт, у древесных растений 5-8 атм. Основным органом поглощения воды является корневая система. Роль этого органа прежде всего заключается в том, что благодаря огромной поверхности корневой системы обеспечивается поступление воды в растения из большого объема почвы. Известно, что корень делится на 4 зоны:

Деления, растяжения, всасывания и проведения.

Далеко не вся поверхность корня участвует в поглощении воды. Интенсивное поглощение воды начинается с зоны растяжения. Здесь идет усиленное новоборазование белков цитоплазмы, их содержание увеличичается в 1,5-2 раза. Значительно увеличивается и вакуоль, которая служит резервуаром осмотически активных веществ. Водный потенциал клетки определяется осмотическим потенциалом, что обеспечивает колоссальную способность поглощать воду. Зона корневых волосков является основной поглощающей зоной корня, здесь на 1 мм² находится 230-250 корневых волосков, что увеличивает активную поверхность в 10-15 раз.

6. Теория корневого давления.

1. Осмотическая теория.

По этой теории воду из почвы поглощают не корневые волоски а раствор сосудов кселемы. Живым клеткам корневых волосков отводится роль полупроницаемой мембраны между сосудами ксилемы и почвенным роаствором.

2. Теория Дмитрия Сабинина.

Он показал зависимость корневого давления от уровня метаболизма, а именно от интенсивности дыхания. Он полагал, что активное поступление воды в клетку идет за счет энергии АТФ. Если вызвать нарушение процессов дыхания гуттация сразу прекращается. Это доказывает, что поступление воды идет за счет энергии АТФ. С другой стороны существует гипотеза, что в клетках корня присутствуют сократительные белки, подобные белкам мышц, которые занимаются нагнетательной деятельностью. Они входят в состав цитоплазмы.

7. Влияние внешних и внутренних факторов на корневое давление.

Внешние факторы:

1. Газовый состав почвы - для нормальной жизнедеятельности корневой системы в почве должно быть не менее 5% кислорода и не более 10% углекислого газа. Избыток углекислого газа более губительно чем недостаток кислорода. Оптимальные условия для корневой системы достигаются при правильной обработке почвы. Уплотнение или затопление почвы приводит к нарушениям газового .состава почвы. При выращивании на гидропонике необходимо искусственно нагнетать кислород.

2. Температура - поглощение воды корневой системой может идти от 5 до 45 градусок по шкале Цельсия. Оптимальная температур 25 ⁰С. Ниже нуля - снижается интенсивность дыхания растений, изменяются свойства проводящих мембран, так как снижается подвижность липидной фазы. Особо чувствительны к низким температурам теплолюбивые культуры: огурцы, томаты, арьузы, дыни.

На холодных болотных почвах наблюдается явление физиологической засухи, даже при избытке воды растение увядает. Биологический ноль 5-7⁰С

Внутренние факторы:

1. Мощность развития корневой системы - чем больше корневая система, тем больше мощность всасывания. Всасывающая поверхность 30-45% от общей поверхности корневой системы.

2. Зависимость корневого давления от интенсивности дыхания .

8. Транспирация.

Транспирация - процесс физического испарения воды с поверхности растения, т.е. переход воды из жидкого в газообразное состояние. При потере воды растением в процессе транспирации содздается ненасыщенность клеток листа водой и, как следствие, водный потенциал становится более отрицательным. Поступелние воды идет в сторону более отрицательного водного потенциала. Так называемый верхний концевой двигательно водного тока растений - транспирация.

Значение процесса транспирации:

1. Способствует созданию через растение непрерывного тока воды, наличие которого облегчает передвижеине воды от корневой системы к листьям вместе с растворенными минеральными веществами.

2. За счет перекачки воды растение подерживает свой температурный режим, защищая себя от перегрева и переохлаждения. При транспирации растение снижает свою температуру на 7⁰С

3. Для нормального функционирования растений, в особенности для его цветения и плодоношения.

4. Транспирация является верхним концевым двигателем - это основной фактор для передвижения веществ и воды по растению.

5. Участвует в насыщенности клеток водой - основное условия для всех биохимических процессов.

Основные понятия, характеризующие процесс транспирации:

1. Интенсивность транспирации - это количество транспирируемой воды с единицы поверхности за единицу времени.

2. Относительная транспирация - отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарнеия со свободной поверхности.

3. Эвапотранспирация (суммарный расход воды) - общее количество испаряемой воды как с поверхности растения, так и с поверхности почвы с единицы площади

4. Продуктивность транспирации - количество образованного сухого вещества на 1 литр транспирированной воды.

5. Коэффициент транспирации - это количество транспирируемой воды при образовании 1 грамма сухого вещества.

9. Зависимость транспирации от внешних условий и ее суточный ход.

Метеорологические условия в очень сильной степени влияют на транспирацию.

(В СРЕДУ ВМЕСТО ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ В 404 АУДИТОРИИ БУДЕТ ЛЕКЦИЯ ПО ФИЗИОЛОГИИ)

Зависимость транспирации от внешниз условий и ее суточный ход.

Метеорологические условия в очень сильной степени влияют на транспирацию. Ветер ускоряет транспирацию унося с испаряющей поверхности уже увлажненные слои воздуха. Очень важную роль в процессе транспирации играет свет. Благодаря тому, что хлорофилл энергично поглощает солнечные лучи температура листа поднимается и повышается транспирация. Даже рассеянный свет повышает транспирацию на 30-40%, прямой солнечный свет в несколько раз (300-400%). Кроме непосредственного теплового действия свет усиливает транспирацию еще и косвенно. Именно он способбствует раскрыванию устьиц и кроме того повышает проницаемость протоплазмы испаряющих клеток. Воздействие внешних факторов оперделяет и общий суточный ход на транспирацию. Слабая, в ранние утренние часы транспирация быстро возрастает по мере поднятия солнца над горизонтом, вместе с повышением температуры. Транспирация достигает своего максимума вскоре после полудня, затем быстро падает к заходу солнца. Правильный суточный ход транспирации наблюдается только в совершенно безоблачные дни, с правильным ходом метеорологических элементов. При изменении погоды транспирация резко изменяется, соответственно с колебаниями тепла и света.

10. Устьичная и кутикулярная транспирация. Величина тарнспирации определяется не только одними атмосферными факторами. Большое влияние оказывает на нее строение листа, а так же состояние его клеток и тканей. Существет два вида транспирации:

Устьичная - 80% - основной путь сообщения мезофилла листа с атмосферой (устьица). Процесс устьичной транспирации можно разделить на этапы:

1. Испарение воды с поеврхности клеток в межклетники. Каждая клетка мезофила хотя бы одной стороной граничит с межклетниками (межклеточным пространством), поверхность всех клеточных стенок, соприкасающихся с межклетниками повышает поверхность листа примерно в 10-30 раз. Уже на этом этапе растение способно регулировать транспирацию. Уменьшеине испарения воды в межклетнике достигается двумя механизмами:

1. Путем увеличения осмотически и коллоидно связанной воды.

2. Связан с уменьшением оводненности клеточных стенок.

2. Выход паров воды из межклетников через устьичные щели. Число устьиц и их размещение сильно варьирует у разных видов растений. Обычно устьица занимают 1-3% от общей поверхности листа. Однако относительная транспирация составляет 0,5-0,8. Высокая скорость диффузии через устьица объясняется тем, что испарение из ряда мелких отверстий происходит быстрее, чем из одной крупной, той же площади. Это связано с явлением повышенной краевой диффузии.

3. Диффузия паров воды от поверхности листа движется в более высокие слои атмосферы. Этот этап регулируется лишь условиями внешней среды: температурой, влажностью, скоростью ветра.

кутикулярная транспирация 20% - поддержание водного баланса листа достигается наличием покровной ткани - эпидермиса. Снаружи эпидермис покрыт кутикулой, в состав которого входит кутин. От плазмалеммы эпидермальных клеток к кутикуле отходят канальцы, заполненные рыхлой сетью из целлюлозных фибрилл. Они служат путями поглощения и экскреции веществ листом. У кутикулы есть уникальные свойства ,обусловленые особенностями ее состава: изменять гидравлическую проводимость от оводненности. При подсыхании и при нихких температурах гидрофобные слои кутикулы плотнее продвигаюстя друг к другу и кутикулярное сопротивление возрастает, оно снижает транспирацию. При увеличении оводненности эпидермис кутикулы набухает, кутикулярное сопротивление снижается и транспирация возрастает.

11. Физиология устьичных движений.

Степень открытия устьиц зависит от интенсивности света, оводненности ткани листа, концентрации углекислого газа в межклетниках, температуры воздуха и других факторов. В зависимости от фактора, запускающего двигательный механизм различают:

фотоактивные, гидроактивные и гидропассивные движения устьиц. Замыкающие клетки имеют сложную вакулярную систему, крупное ядро и большое количество митохондрий. Особенностью замыкающих клеток является наличие крупных перфораций в основании клеток. У пердставителей разных видов растений замыкающие клетки отличаются характерными чертами строения. Все они имеют сходство с тем, что стенки удаленные от устьичной щели тоньше и поэтому более эластичные.

В настоящее время появилась гипотеза связывающая устьичные движения с перераспределением ионов калия между замыкающими клетками. Для клеток устьичного комплекса характерны более высокие значения активности ионов калия. Закрытое и открытое состояния устьиц связаны различной активностью ионов калия замыкающих клеток.

Согласно современным представлениям открытие устьиц индуцируется усилением вызхода протонов из замыкающих клеток. Выход протонов сопров, сопровождается поступлением ионов калия в замыкающие клетки.

Вакуоль уравновешивается путем входа в нее ионов хлора и малата (яблочной кислоты). Увеличение в вакуолях замыкающих клеток ионов калия, хлора и яблочной кислоты приводит к усиленному поступления воды в вакуоль, повышению тургора и открытию устьиц.

Последовательность событий при закрывании устьиц носит обратный характер - отключение протонной помпы приводит к выходу ионов калия и хлора из замыкающих клеток и прекращению образования яблочной кислоты. На механизм открытия и закрытия устьиц влияют и другие факторы такие как оводненность листьев, сод-е абцизовой кислоты, избыток содержания углекислого газа.

12. Водный баланс растений. Водообмен растений включает три процесса:

Поглощение, передвижение и испарение воды листьями. Соотношения между поступлением и расходом воды представляют собой водный баланс растения. В естественных условиях часто происходит, что количество поступаемой воды в растении меньше, чем ее расходование, в результате чегообразуется водный дефицит. Значительное увеличение водного дефицита приводит к завяданию растений. первые фазы завядания сходны с первыми фазами плазмолиза. Завядание не означает, что растение погибает. Если снабдить его водой, тургор восстанавливается, жизнедеятельность организма продолжается правда с большими или меньшими повреждениями. Различают два типа завядания:

Временное завядание - причиной является атмосферная засуха, когда атмосферная влага в почве есть, однако низкая влажность воздуха, высокая температура настолько увеличивают транспирацию, что поступление воды не поспевает за ее расходованием. При потере турггора фотосинтез замедляется, тургор падает, растение не накапливает питательные в-ва а только тратит. Однако временное завядание легко переносится растением.

Глубокое завядание наступает тогда, когда в почве не остается доступной для растения воды. В этих условиях небольшая транспирация вызывает водный дефицит и глубокое завядание, при котором происходит общее иссушение всего растительного организмаю. Растущие молодые листья оттягивают воду от стебля и корневой системы, что усиливает обезвоживание корневой системы, последствия такого завядания могут быть необратимыми. По отношению к воде все растения делятся на 4 экологические группы:

Водные растения, которые погружены в воду целиком - гидрофиты.

Растения увлажненных местообитаний - гигрофиты.

Растения обитающие в среде среднего обеспечения водой - мезофиты.

Растения обитающие в среде х-щейся резким недостатком воды - ксерофиты.

ТЕМА: ФО-ТО-СИН-ТЕЗ!!!!!!!! урррааааааА--А-А-А-А-А!!!!

1. Материальная база фотосинтеза. Лимитирующие факторы фотосинтеза.

Фотосинтез это не только источник пищевых ресурсов и полезных ископаемемых, но и фактор сбалансированности биосферных процессов на Земле. Баланс между кислородом и углекислым газом, включая постоянство содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере. Глобальная чистая продуктивность фотосинтеза составляет 78 Х 10⁸ тонн углерода в год, из которых 7% непосредственно используется на питание, топливо, сторительные материалы и т.д. В настоящее время потребление ископаемого топлива приблизительно сровнялось с образованием биомассы на планете. Ежегодно, в ходе фотосинтеза в атмосферу поступает 70- 120 млрд тонн кислорода, чт ои обеспечивает дыхание всех организмов. Существенным фактором фоотосинтеза является так же стабилизация содержания углекислого газа в атмосфере. В настоящее время содержание углекислого газа составляет 711 млрд тонн в пересчетет на углерод. В Мировом Океане растворено в 60 раз больше углекислого газа, чем находится в атмосфере. Производительная деятельность людей с одной стороны, фотосинтез с другой поддерживают относительно постоянный уровень углекислого газа в атмосфере. Однако за последние десятилетия из-за возрастающего сжигания человеком ископаемого топлива, вырубки лесов, и так далее сложилась ситуация, когда технический прогресс сделал баланс атмосферных явлений отрицательным.

Значение фотосинтеза:

1.В процессе фотосинтеза образуется большое количество органики, куда включена энергия света.

2. В атмосферу выделяется кислород, который необходим для дыхания всех живых организмов.

3. В процессе фотосинтеза углекислый газ включается в круговорот углерода в природе.

4. В продуктах фотосинтеза накапливается большое количество химически чистой энергии, которая высвобождается в процессе дыхания за счет окисления сахаров и эонергия накапливается в виде АТФ.

Лимитирующие факторы фотосинтеза можно поделить на эндогенные механизмы регуляции фотосинтеза и на зависимость фотосинтеза от факторов внешней среды (экзогенные).

Одним из основных факторов эндогенной регуляции фотосинтеза является проводимость листа для молекул углекислого газа, она измеряется в см/сек. Проводимость бывает устьичной и мезофильной.

Устьичная проводимость (проводимость в газовой фазе) у растений колеблется от 1см/сек, когда устьица открыты, до 0, 02 см/сек, при закрытых устьицах.

Мезофильная проводимость (проводимость углекислого газа в жидкой фазе) имеет значения 0,1-0,5 см в сек у C₃ растений и более 0,5 см/сек у C₄ растений.

Фотохимическое лимитирование фотосинтеза.

Сокрость фотосинтетического метаболизма часто ограничивается поступлением энергии в форме АТФ и НАДФ (никотинаденозинтрифосфорная кислота). Недостаточное образование энергии на втором этапе фотосинтеза снижает скорость всего фотосинтеза.

Биохимическое лимитирование фотосинтеза зависит от количества фермента РДФ-карбоксилазы. Содержание карбоксилазы в листьях С­₃ растений составляет 2-3,5 грамм на м^2, что достаточно для обеспечения высокой скорости фотосинтеза.

Гормональный эффект. На скорость фотосинтетического метаболизма могут повлиять синтезируемые в хлоропластах вещества гормональной природы (АБК-абцизовая кислота).

Донорно-Акцепторные отношение. Интенсивность фотосинтеза сильно зависит от подребляющих органов ассимилятов. Например, удаление клубней с растений картофеля и плодов томата повлияло на фотосинтез. Частичное удаление молодых листьев резко увеличивает интенсивность оставшихся листьев для того, чтобы удовлетворить запрос акцепторов на ассимиляты.

Объявление: (Со след. с еместра опоздавших не пускать!)

Возраст листа.

Интенсивность фотосинтеза возрастает с интенсивностью роста листовой пластинки,...........

Внешние факторы влияют на фотосинтез:

освещенность - для того чтобы начался процесс фотосинтеза достаточно 1-3% солнечной энергии.

Непосредственно в ходе фотосинтеза используется лишь 1-3% солнечной энергии. Важной особенностью, определяющей возможность растений произрастать при большей или меньшей освещенности является положение компенсационной точки. Под компенсационной точкой понимается та освещенность, при которой процессы фотосинтеза и дыхания уравновешивают друг друга. Рост зеленого растения может идти тлько при освещенности выше компенсационной точки. Теневыносливые растения характеризуются Более низкой интенсивностью дыхания, что и позволяет им расти при меньшей освещенности. Компенсационная точка заметно растет с повышением температуры, так как повышение температуры сильнее увеличивает дыхание по сравнению с фотосинтезом. Конечный выход продуктов фотосинтеза зависит от скорости не столько световых, сколько темновых реакций.

Температура. Влияние температуры на фотосинтез находится в зависимости от интенсивности освещения. При низкой освещенности фотосинтез от температуры не зависит. В этом случае интенсивность фотосинтеза лимитируется скоростью световых реакций. Температурные пределы в которых возможно осуществление процессов фотосинтеза различны для разных растений. Минимальная температура для фотосинтеза растений средней полосы России около 0 ⁰С , для тропических растений +5⁰ +10⁰ С. Лишайники при температуре -25⁰. Оптимальная температура для большинства растений 20-25^0, для тропических растений 25-40⁰, при более высокой температуре может произойти процесс инактивации(разрушение хлоропластов), а так же закрытие устьиц.

Содержание углекислого газа в воздухе - в воздухе содержится 0,03%. Разные растения неодинаково используют такую концентрацию углекислого газа. Растения в которых фотосинтез идет по C₄-пути (тропические растения, кукуруза, сорго) обладают более высокой способностью связывания углекислого газа, благодаря высокой активности фермента ФЭП-карбоксилазы (фосоэнолпироват). Процесс фотофинтеза может осуществляться при содержании углекислого газа для С₃-растений не менее 0,005% а для С₄- 0,0005%. Повышение содержания углекислого газа до 1,5% вызывает прямопропорциональное возрастание интенсивности фотосинтеза у с/х культур. При увеличении углекислого газа до 15-20% процесс фотосинтеза начинает выравниваться, при дальнейшем увеличении начианется спад, закрываются устьица.

Водный режим. Не смотря на то, что при фотосинтезе используется лишь около 1% воды. Дефицит воды влияет на фотосинтез. С другой стороны, при полной насыщенности воды клеток листа фотосинтез тоже снижается. В этом случае замыкающие устьичные клетки оказываются несколько сдавленными и устьичные щели не могут открыться. Небольшой водный дефицит (5-15%) оказывает благоприятное влияние на интенсивность фотосинтеза. Увеличение водного дефицита более 15 % приводит к снижению фотосинтеза.

Концентрация кислорода. С увеличением концентрации кислорода выше атмосферной интенсивность фотосинтеза подавляется, в результате активации фотодыхания, а при снижении кислорода интенсивность возрастает.

Болезни растений грибные патогены не приводят кбыстрой гибели растения-хозяина, так как их развитие возможно только на живой ткани. Интенсивность фотосинтеза больных растений значительно ниже по сравнению со здоровыми. Это объясняется нарушением структуры фотосинтетического аппарата. В естественных условиях на интенсивность фотосинтеза эндогенные и экзогенные факторы действуют совместно.

Питание растений углеродом или фотосинтез.

Растительные организмы - автотрофы. Фотосинтез - это образование зелеными растениями органического вещества из углекислого газа и воды, с участием эелктромагнитной энергии света и пигмента хлорофилла. С точки зрения термодинамики фотосинтез - это процесс преобразования солнечной энергии в энергию химических связей.

С химической точки зрения процесс фотосинтеза является окислительно-восстановительной реакцией. В процессе фотосинтеза происходит окисление воды (фотолиз воды), при этом кислород выделяется в атмосферу а протоны водорода идут на восстановление углекислого газа до сахаров. Таким образом чтобы произошел процесс фотосинтеза необходим источник протонов водорода. Для высших растений этим источником всегда является вода. Для бактериального фотосинтеза может быть сероводород и водород. Для хемисинтетиков может быть вода, аммиак, сероводород, водород.

(…)Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, окружены двойной мембраной. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено сторомой и пронизано ламеллами. Ламеллы, соединенные друг с другом обарзуют плоские мешочки (тиллакоиды), тиллакойды, собранные в пачки называются гранами. Между гранами параллельно друг другу располагаются длинные тилокойды,которые получили название тилакойды стромы. В хлоропластах имеется два раздельных пространства: внутреннее (внутри тилакойда) и внешнее (вне тилакойда). Во внутренней мембране телакойдов располагаются крупные комплексы макромолекул: кислород выделяющий комплекс, комплексы поглощающие кванты света, ФС I, ФСII, элементы фотосинтетической ЭТЦ, переносящей электроны от ФСII к ФС I и АТФ синтезирующие ферменты. ФС I с реакицонным центром P700 (700 - длина волны прик оторой поглощается максимальная длина света), аналогично с ФС II. Основным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл. Он сосредоточен главным образом в мембранах теллокойдах гран. По химическому составу хлорофилл является сложным эфиром дикарбоновой хлорофиллиновой кислоты и двух спиртов - метанола и фитола. В центре молекулы хлорофилла находится Mg, включающий 4 пиррольных кольца, соединенных метиновыми мостиками. Считается, что наличие азота и двойных связей определяют его зеленый цвет. Известно более 10 видов хлорофилла, но для фотосинтеза высших растений важно присутствие хлорофилла a и хлорофилла b, они относятся друг к другу 3:1 . Хлорофилл ф имеет сине-зеленую окраску а хлорофилл b - светло-зеленую.

Физические свойства хлорофиллов:

1. В живых клетках хлорофилл способен к обратному фотоокислению, так как азот пиррольных колец способен окисляться и восстанавливаться.

2. Хлорофилл а в отличие от хлорофилла b одной группировкой. хлорофилл а имеет во втором пиррольном кольце метиловую группу, хлорофилл b - альдегидную.

3. Молекула хлорофилла полярна, порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольный хвост - гидрофобную.

Химические свойства хлорофилла:

1. Они способны к реакциям омыления, так как со щелочами образуются соль дикарбоновой кислоты хлорофиллина и свободные спирты - метанол и фетол

2. Способны взаимодействовать с кислотами, при этом магний замещается на водород. В этом случае теряется зеленая окраска и образуется пигмент бурого цвета - феофетин.

На ряду с зелеными пигментами в растениях присутствуют желтые пигменты - каротиноиды - обязательные спутники хлорофиллов.

Каротиноиды поглощают свет сине-фиолетовой части спектра и в отличие от хлорофилла не обладают способбностью к флуоресценции. По химической природе каротиноиды представляют собой полиизопреноидную цепь, состоящую из 40 атомов углерода. В зависимости от содержания кислородав молекуле каротиноида различают бетта каротин - не содержащий кислород, и ксантофиллы - содержащие кислород в форме гидроксильных групп OH.

Функции:

1. Антенная - дополнительные пигмент для поглощения солнечной энергии

2. Защитная - от UV лучей и кислорода

3. Фотопротекторная - предохраняет реакционный центр от мощных потоков энергии при высоких интенсивностях света.

Механизмы фотосинтеза:

С химической точки зрения фотосинтез - это сложный многуступенчатый ОВ-процесс, который условно можно разделить на три этапа:

1. фотофизический - на этом этапе под действем энергии света молекула хлорофилла переходит в возубжденное состояние, т.е. состояние с избыточным запасом энергии. Эта энергия может быть растрачена на испускание света, выделение тепла, выделиться в виде совершения работы, но самое важное в физиологическом отношении может быть использована на фотохимическую работу. Молекулы хлорофилла организованы в определенные группы. В центре одной из таких групп находится особая молекула хлорофилла, которая способна поглощать определенный спектр света и называется РЦ. Именно эта молекула отдает электрон на первичный акцептор, вокруг РЦ располагаются 300-400 молекул хлорофилла, которые переходят в возбужденное состояние при поглощении кванта света. Энергия возбужденного состояния всех молекул стекается на реакционный центр, а РЦ, получив энергию отдает электрон ЭТЦ.

2. фотохимический

3. ферментативный

ТЕМА: "Дыхание растений"

1. История изучения дыхания

2. Сущность процесса дыхания

3. Значение процесса дыхания

4. АТФ. Структура и функция АТФ

5. Величины, характеризующие процессы дыхания

6. Ферменты дыхания

7. Теория дыхания Палладина и Баха

8. Дыхательный аппарат клетки

1. В конце XVIIIв Лавуазье предложил, что при дыхании, как при горении поглощается кислород и выделяется углекислый газ и теплота. В Его предложении что дыхание - это медленно текущее горение питательных веществ в живом организме, сопровождаемое присоединением кислорода к окисляемому субстрату, его предположение было ошибочным, так как он не мог знать что в отличие от сжигания топлива в топке, в клетке энергия окисления, как правило не выделяется в виде теплоты, а связывается в молекулы АТФ. Существенный вклад в изучение процессов химизма дыхания внесли как отечественные (Бородин, Бах, Костычев, Палладин) так и зарубежные ученые (Лавуазье, Вилланд, Кребс)

2. Одним из характерных признаков в жизни как растительного так и животного организма является процесс дыхания. Дыхание - присуще всем живым организмам. Смерть организма характеризуется полным прекращением дыхания. Дыхание служит источником энергии для всех протекающих в организме биохимических процессов.

В природе существует два процесса, в ходе которых энергия солнечного света, запасенная в органическом веществе высвобождается - это дыхание и брожение. Дыхание - это сложный многоступенчатый процесс окисления органических соединений с выделением накопленной энергии, которая аккумулируется в макроэргических связях АТФ. Образовавшаяся в процессе дыхания химическая энергия накапливается в митохондриях в виде АТФ и только часть ее выделяется в виде тепловой энергии, бесполезной для растений.

С₆Н₁₂О₆ + 6O₂---> 6CO₂+6H₂O-2785 кДж