Типы и строение аминокислот. Их образование и превращение в процесс метаболизма

                              Контрольная работа. Вариант пятый.

Задание 1.

1.Типы и строение аминокислот. Их образование и превращение в процесс метаболизма.

Аминокислоты - это мономеры белков, то есть составные компоненты биополимеров, к которым относятся белки.

В состав аминокислот входят углерод, водород, кислород, азот и сера.

В природе имеется всего 20 аминокислот, из которых затем  в живых организмах синтезируется  огромное количество белков.

Все аминокислоты классифицируются на 4 группы:

1. моноаминомонокарбоновые (глицин, аланин, цистеин, метионин, валин),
2. моноаминодикарбоновые (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота),
3. диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин),
4. гетероциклические (триптофан, гистидин).

Аминокислоты обладают амфотерными  свойствами, способны к образованию  между собой особого типа связей - пептидной и дисульфидной. В растительных белках некоторые аминокислоты могут отсутствовать или содержатся в малых количествах.. Некоторые аминокислоты всегда содержатся (аспирогиновая, глутаминовая кислота, их альдегиды), других аминокислоты в растениях всегда мало (лизин, метионин, гистидин, триптофан, цистеин). Многие из них являются незаменимыми аминокислотами. Поэтому растительные белки в отличие от животных не полноценны. Белки картофеля и овощей являются полноценными. Белки бобовых приближаются к таковым, белки сои полностью уравновешенны по аминокислотному составу.

Метаболизм или обмен  веществ - это совокупность всех химических реакций, направленных на самоорганизацию  и самовоспроизведение, это важнейшее  свойство жизни и непременный  ее признак у всех клеточных организмов.

Поступившие в растение неорганические вещества превращаются в органические, последние входят в отрегулированную систему превращения веществ  и энергии.

Метаболизм растения - это  огромное количество физических и химических реакций, находящихся в состоянии  непрерывного взаимодействия между  собой, а также с окружающей средой.

Наряду с интенсивно превращающимися  первичными органическими соединениями (углеводами, белками, липидами, нуклеиновыми кислотами, аминокислотами, органическими  кислотами) в растительных организмах существуют медленно перемещаемые и  локально синтезируемые вещества, называемые вторичными, так как они образуются в процессах вторичного обмена и  не являются ни источниками энергии, ни запасными веществами (гликозиды, алкалоиды, сапонины).

Аминокислоты, синтезирующиеся  в клетке, активируются своими специфическими ферментами и с помощью транспортных РНК переносятся к рибосоме, где собственно и происходит процесс построения первичной цепочки любого пептида. Транспортная РНК имеет антикодон, который должен соответствовать кодону матричной РНК для того, чтобы аминокислота отсоединилась от т-РНК и встроилась в пептид.

2. Строение хлоропластов. Локализация в структурах хлоропластов  световых и темновых реакций фотосинтеза.

Для процесса фотосинтеза  важнейшую роль играют хлоропласты, содержащие хлорофиллы.

Строение хлоропласта - двойная  мембрана, отделяющая хлоропласт от цитоплазмы, фотосинтетические мембраны - тилакоиды стромы и тилакоиды гран, наличие участков ДНК, способность к цитоплазматическому наследованию. Внутренние части полости тилакоидов гран и межгранальные тилакоиды - это единая замкнутая фотосинтетическая внутримембранная полость, объединенная в единую фотоэнергетическую систему хлоропласта.

Грана хлоропласта состоит  из 10-30 тилакоидов, а всего в хлоропласте 100-150 гран, таким образом поверхность фотосинтетических мембран тилакоидов в 10 раз превышает поверхность самого хлоропласта.

Особая роль отводится  концевым тилакоидам граны, которые, будучи селективным фильтром, предохраняют грану от излишнего облучения или подают сигнал на изменение ориентации оси граны. При оптимальных условиях освещения оси гран обычно направлены радиально к более выпуклой стороне хлоропласта.

Функция хлоропласта - осуществление  процесса световой фазы фотосинтеза  и накопление энергии в виде макроэргических  молекул (АТФ и НАДФ восстановленного).

Свойства хлоропластов - способность к перемещению внутри клетки под воздействием условий  освещенности и концентрации углекислого  газа. Передвижение хлоропластов по клетке называется фототаксисом или хемотаксисом хлоропластов в зависимости от причины, вызывающей это передвижение. При  умеренном освещении хлоропласты  выстраиваются таким образом, чтобы  на них попадало максимальное количество света, а при избыточном освещении  выстраиваются вдоль падающих солнечных  лучей. Такое расположение хлоропластов называется парастрофией. Ночью хлоропласты выстраиваются в положении апострофии.

Хромопласты придают желтую, оранжевую, красную окраску лепесткам, плодам, листьям, так как содержат большое количество специфических  каротиноидов, обладающих тем или иным оттенком окраски. Хромопласты функционально дополняют деятельность хлоропластов, кроме того выполняют функцию привлечения насекомых-опылителей, животных-распространителей семян.

Световая фаза фотосинтеза.

Световая фаза фотосинтеза  проходит непосредственно в хлоропластах и состоит из поглощения пигментами хлоропластов фотонов, несущих световую энергию и превращения этой физической энергии солнца в химическую энергию  макроэргических молекул. Процесс  идет паралелльно по двум механизмам:

1. циклическому фосфорилированию в фотосистеме 1.
2. нециклическому фосфорилированию в фотосистеме П.

Фотосистема 1.

Фотосистема 1, где происходит циклическое фосфорилирование, эволюционно более ранняя, процесс идет без выделения кислорода. Основой является комплекс пигментов, воспринимающие длину волны солнечного света 700 нм, при этом происходит возбуждение молекулы и образование молекул АТФ. При возбуждении электрона в фотосистеме 1 происходит его захват на более высоком энергетическом уровне белком ферредоксином, обратный путь электрона проходит с помощью цитохромов и флавопротеидов. Процесс перехода по цепи указанных ферментов определяет высвобождение энергии и передачу ее в процесс фосфорилирования АДФ.

Фотосистема П.

В процессе эволюции у высших растений сформировалась дополнительная фотосистема - фотосистема П - которая стала наиболее существенной в процессе фотосинтеза высших растений. Основой действия фотосистемы П является комплекс пигментов, воспринимающих длину волны солнечного света 680 нм. Эти пигменты образуют реакционный центр, в котором помимо реакции циклического фосфорилирования и образования молекул АТФ происходит и разложение молекулы воды и образование молекул НАДФ восстановленное, то есть нециклическое фосфорилирование. При этом активированные электроны передаются по цепи ферментов, в том числе и ферредоксинов на молекулу НАДФ, превращаясь в НАДФхН2.

В фотосистеме П на уровень переданного электрона поступает электрон от гидроксила (продукта ионизации воды), при этом два иона гидроксила соединяются и образуют перекись, которая затем разлагается, что приводит к выделению молекулярного кислорода. Важными факторами процессов фотосинтеза являются ионы Мn и Сl.

Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина (С-3 путь фотосинтеза).

Запасенная в световой фазе фотосинтеза энергия тратится на процесс превращения неорганической формы углерода (углекислого газа или бикарбонат-иона) в органическую, то есть фактически тратится на создание простых сахаров, из которых затем формируются полисахариды. Практически у всех растений происходит процесс, называемый циклом Кальвина, в котором идет преобразование неорганического углерода в органический. Процесс разделяется на три этапа:

1. карбоксилирование, когда СО2 соединяется с рибулезо-1-5-дифосфатом, образует нестойкое шестиуглеродное соединение, которое распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты - 3-углеродные молекулы.
2. фазу восстановления, когда образовавшаяся фосфоглицериновая кислота восстанавливается в фосфоглицериновый альдегид - это центральное звено цикла, так как ФГА по уровню восстановленности углерода соответствует углеводу с общей формулой (СН2О) 3.
3. фазу регенерации, когда вновь образуется первичный акцептор СО2 - рибулезодифосфат - и, одновременно, происходит синтез конечных продуктов фотосинтеза - глюкозы и крахмала.

Поскольку в цикле Кальвина первичными продуктами включения неорганического  углерода в органический являются трехуглеродные соединения, этот процесс носит название С-3 путь фотосинтеза.

Задание 2.

3.Периодичность плодоношения  и образования шишек у древесных  растений. Причины и пути ее  преодоления.

В годы обильного урожая, которые принято называть семенными, древесные растения расходуют много  пластических веществ на образование  плодов, и чем крупнее плоды, тем  сильнее истощается организм растения. Чтобы восстановить израсходованные  запасы питательных веществ для обеспечения будущего урожая, требуется определенный период времени. В связи с этим древесным растениям свойственна периодичность плодоношения. Однако строгой периодичности в плодоношении не наблюдается и в зависимости от вида и возраста растений, а также от условий внешней среды (почвенно-климатических, погодных, экологических) семенные годы наступают через различные промежутки времени.

 Абсолютно неурожайные  годы наблюдаются редко и лишь  в отдельных районах. Обычно  в промежутках между обильными  урожаями у сосен и других  древесных пород бывают годы  с хорошим, средним и слабым  урожаем, а также почти с  полным отсутствием плодов (семян). Так, урожайность семян взрослых  насаждений сосны в среднем  составляет от 2 до 6 кг/га, в малоурожайные  годы он не превышает 1 кг, а  в семенные — достигает 15—20 кг/га. В насаждениях ели обыкновенной  в европейской части СССР урожай  семян колеблется от 10 до 100, а  в среднем составляет 20—25 кг/га. Сбор семян лиственницы сибирской  обычно составляет 20—45 кг/га при  колебаниях от 10 до 85 кг/га в Сибири  и до 50 кг/га в культурах Московской  области. Наиболее высокие урожаи  желудей дуба черешчатого (до 2 т/га) собирают в приспевающих  насаждениях (полнота 0,6) Украины  и значительно меньше — Воронежской  области (от 100 до 1200 кг/га). В среднем  насаждения дуба дают 400—700 кг/га  желудей. Некоторые Деревья (береза, тополи, ильмовые и др.) и большинство  кустарников плодоносят ежегодно или почти ежегодно, хотя и у них бывают годы с хорошим и слабым урожаем.

В урожайные (семенные) годы семена, как правило, крупнее и  полнозернистее. Поэтому в эти годы стремятся заготовить максимальное количество семян.

Среди многих факторов внешней  среды на периодичность плодоношения наибольшее влияние оказывает климат, и прежде всего температура воздуха. Поэтому чем теплее климат, в котором  произрастают древесные породы, тем  чаще бывают семенные годы. Влияние  температуры особенно заметно в  северных районах страны, приближающихся к предельному минимуму для плодоношения. Так, у дуба черешчатого в Придунайской низменности в теплом, достаточно влажном климате высокие урожаи наблюдаются почти ежегодно, тогда  как в центральных областях европейской  части СССР с более холодным климатом — лишь через 5—7 лет. Семенные годы у сосны обыкновенной в центральной  Европе отмечаются через 2—3, в средней  полосе европейской части СССР с  более холодным климатом — через 3—4 года, а в северных районах  Европы — через 10 лет и реже. Такая  же закономерность наблюдается у  ели, лиственницы, сосны кедровой сибирской, липы и других видов древесных  пород, имеющих обширные ареалы. В  морозные зимы, не характерные для  данных условий, цветочные почки  часто вымерзают.

  На урожайность семян большое влияние оказывают погодные условия. Неблагоприятная погода в период заложения генеративных зачатков в почках в год, предшествующий цветению, заметно отражается на притоке ассимилянтов к ним. Так, прохладная и слишком дождливая погода при закладке цветочных почек у ели (июль — август) и пихты (май — июнь) снижает урожай шишек в следующем году, тогда как теплая и сухая погода способствует закладке женских генеративных почек у обеих пород. В период, предшествующий цветению, отрицательно влияют на урожай засухи, вызывающие опадение цветочных почек из-за физического иссушения и связанных с этим физиологических нарушений.

Засуха в период цветения, как и заморозки, вызывает гибель цветков и завязи. Весенние заморозки  особенно вредят завязи ранораспускающейся формы дуба черешчатого, ели, сосны обыкновенной и сибирской, ольхи черной, ясеня и др. Затяжные дожди во время цветения препятствуют опылению, с чем связано образование пустых или с недоразвитыми зародышами семян (партеноспермия) у хвойных, а также бессемейных плодов (партенокарпия) у лиственных. Подобные явления наблюдаются при самоопылении, а также при нарушении процесса образования макроспор заморозками.

Образовавшиеся неопыленные  завязи дуба, грецкого ореха и других пород обычно вскоре опадают и  только завязи граба, бука, ильмовых и  кленов в большинстве сохраняются.

Дефицит влаги и суховеи  вызывают гибель и опадение завязи, снижают всхожесть семян. Холода и дожди задерживают созревание плодов, являются причиной их загнивания, а бури и град, срывая плоды, опустошают или сильно снижают возможный урожай.

 В северных районах на плодоношение благоприятно влияет теплое и сухое лето с малой облачностью, а в южных — периодическое выпадение осадков, отсутствие засухи, суховеев и жарких дней. Повышение урожая семян наблюдается при более благоприятных почвенных условиях. Так, например, в Теллермановском лесу (Воронежская область) наибольший урожай желудей собирают на темно-серых лесных почвах (нагорная снытевая дубрава), наименьший — на солонцеватых суглинках.

 Оптимальное освещение,  площадь питания, а также благоприятный  почвенный микроклимат усиливают  плодоношение древесных пород,  обеспечивая накопление в семени  запасных питательных веществ,  необходимых в последующем для  образования и роста проростка. 

Плодоношение также зависит  и от особенностей роста особи  в насаждении. Так, деревья I и II классов  роста (по Крафту), обычно находящиеся  в древостое в лучших условиях почвенного питания и фотосинтеза, плодоносят обильнее и чаще, чем  деревья III и IV классов, условия освещенности и питания которых хуже. При  одинаковом росте и внешних условиях плодоношение определяется только внутренними  особенностями особи — ее наследственной основой.