Контрольная работа по "Ботанике"

1. Протопласт клетки  и каждая находящаяся в нем  органелла окружены мембраной.  Перечислите общие особенности  строения всех биомембран. Укажите  различия между мембранами разных  органелл. Как связаны эти различия  с функциями органелл?

 

Общими особенностями строения всех биомембран клетки являются:

1) Наличие фосфолипидов как обязательной  структурной единицы биомембраны. 

 

Строение молекулы фосфолипида  фосфатидилхолина.

2) Организация структуры мембраны  в виде непрерывного липидного  бислоя, в котором гидрофильные «головки» фосфолипидов обращены кнаружи, а неполярные гидрофобные «хвосты» внутрь относительно образованного ими бислоя.

 

3) Присутствие связанных с фосфолипидным  бислоем белков, гликолипидов и холестерина. Данные компоненты не являются обязательными, но их наличие и пропорции определяют специфические свойства различных биомембран клетки.

 

В зависимости от выполняемых функций  биомембраны различных органелл различаются по химическому/молекулярному  составу.

 

1) Лизосомы окружены простой  мембраной с высоким содержанием фосфолипидов относительно белков, благодаря чему способной принимать самые разные формы. Мембрана лизосом играет роль "щита" между активными ферментами, обеспечивающими реакции распада белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, и остальным клеточным содержимым. Мембрана содержит уникальные белки, например, АТФ-зависимую протонную помпу (насос), которая поддерживает кислую среду (рН 5), необходимую для действия гидролитических ферментов (протеаз, липаз), а также транспортные белки, позволяющие продуктам расщепления макромолекул покидать лизосому. Большинство белков лизосомальной мембраны сильно гликозилированы, углеводные составляющие, находящиеся на внутренней поверхности мембраны, защищают их от действия протеаз.

2) Мембраны митохондрий содержат сильно различающиеся по функциям интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа. Внутренняя же мембрана митохондрий, благодаря содержащемуся в ней фосфолипиду кардиолипину, непроницаема для большинства молекул, за исключением О₂, СО₂, Н₂0. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75%). В их число входят транспортные белки-переносчики, ферменты, а так же компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза, непосредственно связанные с функцией преобразования митохондриями химической энергии.

 

Структура митохондриальной мембраны.

 

3) Внешняя и внутренняя ядерные  мембраны так же, как и мембраны митохондрий, имеют различное строение, что связано с их функциональной дифференциацией и различным генезисом. Сферическая внутренняя ядерная мембрана содержит специфические белки, выступающие в качестве сайтов связывания ядерной ламины, которая поддерживает мембрану и контактирует с хромосомами и ядерными РНК. Эта мембрана окружена внешней ядерной мембраной, очень схожей с мембраной эндоплазматического ретикулума, в которую она переходит.

4) Мембрана ЭПР структурно идентична  внешней мембране клеточного  ядра и составляет с ней одно целое. Отношение белков к липидам составляет в ней примерно 3/1. Высокое содержание белков обусловлено особенностями строения мембраны ЭПС – нити, образующие эндоплазматический ретикулум, очень тонкие (0,05—0,1 мкм в поперечном сечении) и имеют сложную пространственную конфигурацию. Белки поддерживают форму нитей ЭПС, препятствуют их сморщиванию. Мембрана ЭПР имеет многочисленные складки и изгибы. Она образует непрерывную поверхность, ограничивающую внутреннее пространство, называемое полостью ЭР. Шероховатый ЭПР связан с рибосомами, на которых происходит синтез белков плазматической мембраны, ЭПР, аппарата Гольджи, лизосом, а также секретируемых белков. Области ЭПР, не содержащие рибосом, называют гладким ЭПР. Здесь происходит завершающий этап биосинтеза холестерина, фосфолипидов, реакции окисления собственных метаболитов и чужеродных веществ с участием мембранных ферментов - цитохрома Р450, цитохром Р450 редуктазы, цитохром b5 редуктазы и цитохрома b5.

5) Наружная мембрана хлоропласта проницаема для большинства органических и неорганических молекул. Вместе с тем, она содержит специальные транслокаторы белков, через которые поступают пептиды из цитоплазмы в хлоропласт. Наиболее специфическим компонентом внешней мембраны хлоропласта является транспортный белок-транслокатор триозофосфата. Этот белок ответственен за экспорт из хлоропласта всех углеводов, синтезируемых при фотосинтезе. Внутренние мембраны хлоропластов включают мультипептидные комплексы, обеспечивающие поглощение и преобразование энергии света в ходе световых реакций фотосинтеза. Единство внутренней мембранной системы хлоропластов позволяет отдельным компонентам мембраны мигрировать латерально и вступать между собой в структурный и функциональный контакт. Это необходимо для переноса энергии квантов света в реакционные центры, а также для транспорта электронов по электрон-транспортной цепи в ходе световых реакций фотосинтеза.

 

22. Почему поглощающим  пигментом при фотосинтезе считается  хлорофилл, хотя лист содержит  также ряд других пигментов, поглощающих свет? Какова функция этих других пигментов?

Свет может вызвать фотохимический эффект лишь после того, как он будет  поглощен. Вещества, поглощающие видимый  свет, называются пигментами. Эффективность  поглощения пигментом монохроматического света с определенными спектральными характеристиками зависит от его строения. Скорость фотосинтеза у растений напрямую зависит от спектральных характеристик света. Наиболее эффективно фотосинтез протекает под воздействием света в синей (~ 420 нм) и красной (~670 нм) областях спектра. Именно таков спектр максимального поглощения света у хлорофилла – главного (в количественном измерении) пигмента хлоропластов. Экстрагированный из листьев хлорофилл интенсивно поглощает свет как раз в тех диапазонах длин волн, которые наиболее эффективны в фотосинтезе. Совпадение спектра поглощения хлорофилла и спектра действия фотосинтеза является основным доказательством того, что роль главного рецепторного пигмента в фотосинтезе играет именно хлорофилл. Отдельные особенности спектра действия фотосинтеза указывают, что в поглощении света при этом процессе участвуют также и желтые пигменты — каротиноиды, которые наряду с хлорофиллом в большом количестве содержатся в хлоропластах. В отсутствие хлорофилла каротиноиды неспособны осуществлять фотосинтез, поэтому принято считать, что активированные светом каротиноиды передают поглощенную ими энергию хлорофиллу, который, в конечном счете, и выполняет собственно фотосинтетическую работу.

 

61. Укажите: 

А) какие из нижеперечисленных процессов происходят при фотосинтезе?

Б) какие из них происходят в  световой фазе?

В) какие из них происходят в  темновой фазе?

Г) какие из них происходят при  дыхании растений?

Д) какие из них происходят при  дыхании животных?

 

- поглощение световой энергии солнца – А, Б;

- преобразование световой энергии в энергию химических связей АТФ – А, Б;

- расщепление углеводов до неорганических соединений – Г, Д;

- освобождение химической энергии углеводов – Г, Д;

- переход химической энергии АТФ в химическую энергию углеводов – А, В;

- окисление неорганических соединений (например, аммиака) – Г, Д;

- синтез АТФ – А, Б, Г, Д;

- преобразование световой энергии в энергию химических связей НАДФН₂ – А, Б;

- переход химической энергии  НАДФН₂ в химическую энергию углеводов – А, В;

- восстановление НАДФ в НАДФ₂ – А, Б;

- фотоокисление воды – А, Б;

- переход химической энергии  углеводов в химическую энергию  АТФ – Г, Д;

- образование молекулярного кислорода – А, Б.

 

75. Какие процессы обуславливают  активное поглощение ионов? Назовите два критерия, по которым активное поглощение отличается от пассивного.

 

Клетке необходимо поддерживать определенный ионный состав внутренней среды, а также трансмембранный потенциал. Основным процессом, позволяющим реализовывать гомеостатическое состояние клетки, является активное поглощение ионов, обусловленное деятельностью специальных трансмембранных ионных насосов и синтезом молекул АТФ, необходимых для их работы.

Активное поглощение ионов:

- идет против градиента их концентрации,

- с использованием энергии АТФ

 

97. Осмотический потенциал  клетки равен 1,6 МПа. Гидростатический потенциал (тургорное давление) равен ¾ максимальной величины. Чему равен водный потенциал (сосущая сила) этой клетки?

 

В соответствии с формулой S = P – T, где S – водный потенциал, P – осмотический потенциал, T – гидростатический потенциал, имеем:

S = 1,6 – (1,6x0,75) = 0,4 МПа.

 

120. Транспорт ауксина  описывается как «полярный». Что  это означает? Каким образом происходит  полярный транспорт ауксина? Какие аспекты морфологии и физиологии растений зависят от полярного транспорта ауксина?

 

Односторонний транспорт ауксина  в стеблях и колеоптилях называется полярным транспортом.

Механизм полярного транспорта ауксина:

Ауксин в виде неионизированной молекулы ИУК диффундирует из нижнего конца одной клетки в верхнюю часть лежащей под ней другой клетки. Поскольку цитоплазма имеет почти нейтральную реакцию, а клеточная стенка — слабокислую, ИУК снаружи клетки менее ионизирована, чем внутри нее. Следовательно, существует градиент диффузии, благодаря которому неионизированная ИУК может проникать в клетку. Присутствующая в клетке ионизированная ИУК нерастворима в липидах и потому не может диффундировать наружу, тогда как неионизированная ИУК продолжает поступать в клетку. В результате ИУК накапливается внутри клетки. Предполагается, что ИУК может выходить из клетки с помощью специфических белков-переносчиков, расположенных в клеточной мембране на нижнем конце клетки. Они способны захватывать находящуюся в клетке ионизированную ИУК и транспортировать ее наружу. Эти гипотетические переносчики ауксина расположены только в нижней части клетки, и поэтому ауксин может перемещаться лишь в одном направлении — от апекса к основанию. Таким образом, предполагается, что полярность обусловлена структурными особенностями клетки на молекулярном уровне.

Ауксин синтезируется в апикальной части стебля и, благодаря полярному  транспорту, мигрирует в базипетальном  положении, способствуя тем самым  растяжению клеток, расположенных под  апексом подавляя рост боковых почек и стимулируя митотическую активность в цикле, дающем начало боковым корням.

 

161. Регенерация и ее  использование в сельском хозяйстве,  плодоводстве, лесоводстве.

 

Регенерация – это восстановление организмом поврежденной или утраченной части тела, что является одним из способов вегетативного размножения и защиты растений от повреждений.

При физиологической регенерации части растения восстанавливаются при их естественном изнашивании, например, постоянное восполнение слущивающихся клеток корневого чехлика.

Также существует травматическая регенерация.

1) Регенерация, обусловленная дедифференцировкой клеток:

а) заживление ран. Эпидермис и первичная кора дедифференцируются, их клетки начинают делиться и образуют вторичную меристему, которая превращается в пробку.

б) органогенез, связанный с образованием каллуса. Клетки дедифференцируются и переходят к неорганизованному делению, образуя каллусную ткань из рыхло соединенных друг с другом паренхимных клеток. Иногда отдельные клетки дают начало адвентивным, то есть возникшим не из эмбриональных тканей, органам: корням, побегам, листьям.

в) соматический эмбриогенез. На раневой поверхности образуется каллус. Из отдельных клеток каллуса, начинающих делиться, формируются соматические зародыши (эмбриоиды), из которых при определенных условиях развивается целый организм.

г) восстановление частей без образования  каллуса. Паренхимные клетки коры под влиянием ауксина, индуцирующего генетическую программу ксилемообразования, превращаются в клетки ксилемы при образовании обходного участка проводящего пучка вокруг места его прерывания.

2) Регенерация на уровне меристем:

а) восстановление апикальных меристем. При продольном рассечении конуса нарастания из каждой половины могут регенерировать отдельные апексы.

б) органогенез из предсуществующих зачатков. Восстановление надземных органов у высших растений происходит за счет отрастания пазушных почек при устранении доминирующего влияния апекса побега.

Регенерация лежит в основе вегетативного  размножения растений, которое широко используется в практике сельского хозяйства и плодоводства. Ценность такого способа размножения в том, что он позволяет передать почти неизменными качества материнского растения дочерним. Используется размножение черенками – частями зеленого или одревесневшего побега (виноград, смородина, крыжовник, роза, гвоздика, фикус), клубнями (картофель, георгина, батат, топинамбур), листьями (сенполия, глоксиния, бегония), луковицами (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), делением куста (смородина, пиретрум) и отводками (крыжовник, жимолость, клематис), усами (клубника), корневищами (сахарный тростник, ирисы, флоксы), корневыми отпрысками (слива, малина, вишня, сирень). В сельскохозяйственной практике используются такие формы вегетативного размножения растений, которые не встречаются в дикой природе. Среди них широко представлено размножение прививкой и культурой ткани.