Курс лекций по дисциплине "Физиология растений"

 

5. Гемицеллюлоза в значительных  количествах встречается в одревесневших  частях растений – стержнях  початков кукурузы, соломе злаков (до 30%) и др. частях растений. При  гидролизе гемицеллюлозы образуются D-галактоза, D-ксилоза, D-арабиноза, уроновые  кислоты, D-манноза, D-глюкоза. В зависимости  от преобладания в составе  гемицеллюлоз тех или иных  моносахаридов они называются  маннанами, галактанами или пентозанами (ксиланами и арабанами). 

 

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ сахаров

Моносахара (триозы) – первичный продукт фотосинтеза,

входят в состав др. биополимеров. Рибоза, дезоксирибоза входит в состав нуклеиновых кислот.

рибоза входит в состав АТФ,

моно- и дисахара – основные транспортные формы восстановленного С,

полисахариды – запасное вещество,

углеводы являются структурообразующей формой для мембран клеточной стенки.

 

Другие полимеры растительной клетки. В ряде случаев клеточная стенка подвержена вторичной химическим изменениям в связи с дифференциацией. Это связано с синтезом и накоплением в клеточной стенке лигнина- полимер. Лигнин обладает ярко выраженной гидрофобностью, является кристаллическим соединением и придает стенке твердость, хрупкость.

 

Кутин – сложное соединение полиэфирной природы, у большинства растений откладывается на поверхности эпидермиса. Чаще всего эти слои чередуются со слоями воска.

 

Суберин – еще более гидрофобен. Его накопление приводит к опробковению, протопласта отмирает. Суберин обладает фунгицидными и бактерицидными свойствами.

Минеральные вещества. Находятся в клетке в виде ионов.

 

Функции:

 

1). участвуют в раздражении. 2). каталитическая  – многие участвуют в формировании  ферментов, 3). ионы Ме участвуют  в формировании тургорного и  осмотического давления.

 

5.Витамины – низкомолекулярные  органические вещества с разной  химической природой.

 

Жирорастворимые:

 

А – витамин роста, зрения (перец, морковь, дыня, черника, щавель).

 

Е – токоферол – отвечает за половую функцию (проростки пшеницы, семена и масло подсолнечника, рапса, льна).

 

К – отвечает за свертывание крови, устраняет кровотечение, способствует свертыванию крови (капуста, шпинат, )

 

Водорастворимые:

 

В1 – тиамин- регулирует углеводный обмен, устраняет судороги (злаки – хлеб, крупы (каши)).

 

В2 – рибовлавин – много в картофеле.

 

В6 – передоксин, много в соках, хлебе, овощах.

 

В9 – фолевая кислота. Много в листьях, в плодах землянике, винограде, яблоках. Участвует в синтезе пуриновых, пиримидиновых оснований.

 

В15 – пангамовая кислота. Защищает организм от старения, уменьшает токсикоз,   увеличивает активность кислорода и обмен веществ. Косточки абрикоса, плоды абрикоса.

 

С – аскорбиновая кислота. Активирует ОВР в организме и повышает устойчивость к инфекциям. Стимулирует образование костной ткани (перец, цитрусовые).

 

Р – рутин – усиливает действие витамина С. Укрепляет стенки сосудов. (Черная смородина, красный перец).

 

U – витамин против язв желудка. Много в свежей капусте, соке  свеклы, картофеле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 4. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ.ФЕРМЕНТЫ.

 

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ.ФЕРМЕНТЫ.

 

План

 

1.Понятие об обмене веществ. АТФ. Строение, функции, образование.

Ферменты. Классификация. Их роль.

Система регуляции и интеграции у растений.

 

1.ОБМЕН ВЕЩЕСТВ – процессы синтеза (ассимиляция) и распада веществ (диссимиляция). Ассимиляция (анаболизм)– образование органических веществ из неорганических с затратой энергии (синтез белка, синтез липидов, синтез нуклеиновых кислот и др.).

 

Диссимиляция (катаболизм) – распад органических веществ на неорганические с выделением энергии (дыхание).

 

Обмен веществ тесно взаимосвязан со средой. Условия среды (температура, влажность, освещение) оказывают огромное влияние на скорость и направленность обмена. Все химические процессы протекают осуществляются благодаря присутствию катализаторов-ферментов, ничтожное количество которых осуществляет колоссальный объем превращений.

 

2.АТФ.    

В энергообмене клеток всех типов главная роль принадлежит аденилатной системе, которая включает трифосфат (АТФ), дифосфат (АДФ), и 5-монофосфат (АМФ) аденозина, и неорганический фосфат и ионы магния.

 

АТФ- неустойчивая молекула, гидролизуется с образованием АДФ или АМФ. Неустойчивость АТФ позволяет выполнять функцию переносчика химической  энергии.

 

АТФ состоит из органического основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Соединение аденина и рибозы называется аденозином. Пирофосфатные группы имеют макроэргические связи, обозначенные ~. Разложение 1 АТФ с участием воды сопровождается отщеплением 1 фосфорной кислоты и выделение энергии 33-42 кДж/моль. Все реакции регулируются ферментами. 

 

Биосинтез АТФ.

протекает на уровне субстрата в цитоплазме

 

АТФ+Рн  →АТФ.

окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи

фотосинтетическое фосфорилирование у хлоропластов. Иначе АТФ называют энергетической валютой клетки.

 

2.ФЕРМЕНТЫ, ИХ СВОЙСТВА, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ.

 

ФЕРМЕНТЫ (энзимы) – вещества белковой природы, которые образуются в процессе жизнедеятельности организма и своим участием в обмене веществ обеспечивают единство между средой и организмом.

 

Структура: фермент состоит из нескольких полипептидных цепей и обычно обладает четвертичной структурой. Фермент включает белковую и небелковые структуры.

 

Белковая часть фермента – апофермент, небелковая часть – кофактор (если это катионы или анионы неорганических веществ (Zn2+, Mn2+,).

 

Кофермент (коэнзим) –если это низкомолекулярное органическое вещество).

 

Многие коферменты (НАД, НАДФ) принимают участие в окислительно-восстановительных реакциях.

 

Стадии действия ферментов

 

1. образование фермент-субстратного  комплекса. Возникает между ферментом  и субстратом водородные и  др. связи. Образование фермент-субстратного  комплекса требует высокой специфичности  фермента. Молекула субстрата очень  мала, по сравнению с молекулой  фермента. Поэтому при образовании  фермент-субстратного комплекса  участвует небольшая часть молекул  фермента, его активный центр.

 

2. преобразование промежуточного  соединения в один или несколько  активных комплексов.

 

Активный центр – это совокупность функциональных групп, принимающих непосредственное участие в ферментативной реакции. Активный центр формируется в результате укладки белка, поэтому каталитическая активность фермента зависит не только от первичной структуры белка, но и от его конформации.

 

3. выделение продуктов реакции  и регенерации молекулы фермента.

 

Образование фермент-субстратного комплекса вызывает переход субстрата в более реактивное состояние.

 

Энергия активации – энергия, которую необходимо придать молекулам вещества А для превращения их в В, сверх той средней, которую молекулы А уже содержат.

 

Фермент, благодаря созданию фермент-субстратного комплекса, проводит реакцию обходным путем и тем самым снижает энергию активации или энергетический барьер.

 

СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ: обладают специфичностью как к субстратам (субстратная специфичность), к определенным химическим реакциям (специфичность действия). Названия ферментов обычно заканчиваются суффиксом “аза”, исключение пепсин, трипсин и другие.

 

6 классов ферментов:

 

1)оксиредуктазы -катализируют окислительно-восстановительные  реакции,

 

2) трансферазы - переносят целые  атомные группировки от одного  соединения к другому,

 

3) гидролазы – катализируют  гидролиз в-в. (участвуют в распаде  органических соединений с участием  воды). ,

 

4)лиазы – присоединяют атомные  группировки к органическим соединениям  или отщепляют от субстратов  определенной группы без участия  воды,

 

5) изомеразы – участвуют в  превращении одних изомеров в  другие,

 

6) лигазы или синтетазы –  участвуют в синтезе органических  соединений, происходящий при участии  АТФ с использованием энергии  этой кислоты.

 

 

 

II категории ферментов:

 

1)    конститутивные  - обязательные  компоненты клетки.

 

2)    адаптивные – которые  или синтезируются заново, или  образование их резко усиливается  вследствие адаптации растения  к условиям среды.

 

3.Система регуляции и интеграции  у растений.

 

Растение – целостный организм и его целостность обеспечивается системами управления, которые позволяют ему нормально функционировать.

 

Внутриклеточные системы регуляции – регулируют на уровне ферментов, генетическая, мембранная регуляции. В основе лежит рецепторно конформационный принцип. Во всех случаях белки узнает специфический фактор.

 

Ферментативная – по принципу узнавания фермента и субстрата.

 

Генетическая – регуляция на уровне транскрипции и трансляции, определенный участок ДНК имеет информацию о первичной структуре белка. Благодаря транскрипции образуется иРНК, синтезируется определенный белок.

 

Мембранная – за счет изменения разности потенциалов на мембране, за счет пропускной способности клетки.

 

Межклеточные системы включают в себя:

 

1)    трофическая – регулируется  продуктами метаболизма и их  соотношением относительно друг  друга. (при коротком дне у растения  урожай снижается, увеличивается  количество азота).

 

2)    гормональная – регуляция  с помощью фитогормонов (стимуляция  ингибиторов роста). Их соотношение  обеспечивает прохождение всех  этапов эмбриогенеза.

 

3)электрофизиологическая – регуляция  за счет АТФ, определенных зарядов, определенной рН среды.

 

Все системы работают совместно и поддерживают необходимую внутреннюю среду (гомеостаз) и оптимальный уровень соотношения всех систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 5. ВОДООБМЕН У РАСТЕНИЙ.

 

Водообмен у растений

 

План.

Структура и свойства воды, ее роль в жизнедеятельности растения.

Растительная клетка как  осмотическая система.

 

     3.Tермодинамические  основы водообмена растений.

Транспорт воды и солей через мембрану.

Поступление воды в корень. Строение специализированного органа поглощения воды.

 

4. Транспорт воды по растению.  Транспирация. Виды транспирации.

 

      Суточная динамика  интенсивности транспирации.

 

5. Влияние внешних и внутренних  факторов на водный обмен.

 

 

1.     В молекуле  атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Две ковалентные связи О-Н в Н2О формирует угол 105 С. Атом кислорода обладает большей способностью оттягивать на себя электроны ковалентной связи. В результате со стороны кислорода образуется отрицательный заряд, а со стороны каждого атома водорода – положительный. Поскольку в воде разноименные заряды пространственно разделены, она при общей электронейтральности является полярной молекулой – диполем.

 

 

 

Это свойство обуславливает тенденцию молекул воды притягиваться друг к другу разноименными полюсами и определенным образом ориентироваться в пространстве. Слабые электростатические взаимодействия между Н и О обеспечиваются за счет водородных связей. Именно водородные связи отвечают за многие необычные физико-химические свойства воды. Поскольку водородные связи более слабые, чем ковалентные они постоянно возникают и разрушаются. Каждая молекула воды, являясь диполем с тэтраэдрическим  распределением электронов вокруг атома кислорода, за счет образования водородных связей может взаимодействовать с четырьмя другими молекулами воды.

 

Вода составляет от 80 до 95 %  массы растущих тканей. В семенах же ее содержание резко снижается и составляет от 5 до 15 %. Для увеличения биомассы растительного организма на 1 г необходимо, чтобы около 500 г. воды поглотилось корневой системой, транспортировалось по растению и выделилось с его поверхности в атмосферу. На создание 1 тонны сухого веса пшеницы затрачивается 300 тонн воды. За период вегетации 1 растение кукурузы испаряет 200 л воды.