Физиология растений

Ульяновская Государственная Сельскохозяйственная Академия

Контрольная работа

по курсу "Физиология растений"

Выполнил:

студент 1 курса

биотехнологического

факультета

Илюхин Д.А

шифр:09014

Ульяновск 2010

Содержание

1. Клеточные мембраны, их структура. Функции мембран клетки

2. Понятие о раздражимости клетки. Формы проявления раздражимости у растений

3. Растительная клетка как осмотическая система. Связь между осмотическим давлением и концентрацией клеточного сока

4. Роль пигментов в жизни растения

5. Значения работ К.А Тимирязева по фотосинтезу

6. Аэробная фаза дыхания, ее суть. Роль воды в окислении пировиноградной кислоты

7. Оксидазы, их участие в аэробном дыхании

Список использованной литературы

1. Клеточные мембраны, их структура. Функции мембран клетки

Клемточная мембрамна (или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки -- компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды. Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды -- фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную ("головка") и гидрофобную ("хвост") часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные -- наружу. Мембраны -- структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм. Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

Функции биомембран

барьерная -- обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

транспортная -- через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза. При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа. Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

матричная -- обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;

механическая -- обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных -- межклеточное вещество.

энергетическая -- при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

рецепторная -- некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

ферментативная -- мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

осуществление генерации и проведения биопотенциалов. С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

маркировка клетки -- на мембране есть антигены, действующие как маркеры -- "ярлыки", позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль "антенн". Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Структура и состав биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных "хвостов", которые связаны с заряженной гидрофильной "головой". Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим -- более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит "стопором", препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются. Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.

Мембранные органеллы

Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным -- ядро, митохондрии, пластиды. Снаружи клетка ограничена так называемой плазматической мембраной. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Избирательная проницаемость

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс -- одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клеки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних -- активные процессы, связанные с потреблением энергии. Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами -- интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

2. Понятие о раздражимости клетки. Формы проявления раздражимости у растений

Раздражимость, возбудимость, свойство внутриклеточных образований, клеток, тканей и органов реагировать изменением структур и функций на сдвиги различных факторов внешней и внутренней среды. У растений раздражителями могут быть различные агенты, но особенно чувствительны они к таким жизненно важным факторам, как свет, температура, сила тяжести, влажность, аэрация, концентрация и состав солей, кислотность и щёлочность почвенного раствора. Реакции растения на раздражители определяют расположение его органов в воздушном и почвенном пространстве . Свойством Раздражимость обладают все живые клетки растений, но наиболее чувствительны к указанным раздражителям верхушки побегов и кончики корней, с которых возбуждение передаётся в зоны роста этих органов и вызывает соответствующее изменение в направлении их роста. Стеблям, черешкам листьев и усикам вьющихся и лазящих растений, а также тычинкам и пестикам некоторых растений присуща очень высокая контактная чувствительность. Цветки и листья многих растений чутко реагируют на изменения освещённости или температуры. Быстрыми реакциями на раздражения обладают особо чувствительные, в том числе и насекомоядные, растения (например, мимоза, мухоловка, росянка) и гифы хищных грибов. Под влиянием раздражителей могут меняться движения цитоплазмы, ядра, хромосом, хлоропластов, митохондрий и др. структур растительной клетки, а также движения не прикрепленных к субстрату низших растений, зооспор и спермиев. Явления Раздражимость у растений и животных имеют много общего, хотя их проявления у растений резко отличаются от привычных форм двигательной и нервной деятельности животных. В ответ на раздражение у растений также возникает состояние возбуждения, т. е. временное усиление жизнедеятельности его клеток, тканей и органов. Степень возбуждения, как правило, пропорциональна количеству раздражения (произведению силы раздражителя на время его действия). Возбуждённый участок ткани или органа приобретает по отношению к невозбуждённым участкам отрицательный заряд вследствие изменения ионной проницаемости клеточных мембран в месте раздражения. При слабых раздражениях возбуждение будет местным, при достаточно сильных - распространяющимся на соседние клетки в виде главным образом биотоков (см. Биоэлектрические потенциалы, Мембранная теория возбуждения) и с участием фитогормонов. Так, у многоклеточных водорослей (нителла и др.), у особо чувствительных растений (мимоза, мухоловка), а также в проводящих тканях обычных растений открыты потенциалы действия, сходные с потенциалами действия в тканях животных. Скорость распространения возбуждения у растений зависит от вида и состояния растения, типа ткани и свойств раздражителя. Наиболее медленно распространяется геотропическое и фототропическое возбуждение (около 1 см/ч), быстрее - возбуждение, связанное с передвижением органических веществ по флоэме (десятки см/ч), ещё быстрее - возбуждение, связанное с водным потоком по ксилеме (5-10 м/ч), и, наконец, самой большой скоростью распространения обладают токи действия (50-100 м/ч), распространяющиеся по клеткам-спутникам, окружающим ситовидные клетки проводящих пучков. Очень сильные раздражения угнетают жизнедеятельность растения. Чем выше физиологическая активность раздражителя, тем скорее достигается переход от стимулирующих к угнетающим дозам и концентрациям. Каждая растительная клетка содержит всю генетическую программу роста и развития данного растения. Вместе с тем она в зависимости от своей функции и специализации обладает высокой избирательной чувствительностью к внешним и внутренним раздражениям. Наследственно обусловленные потребности и изменяющиеся условия внешней среды требуют на каждом этапе развития растения сложной и согласованной деятельности всех клеток, тканей и органов. Эта согласованность достигается у растений системой регуляции, включающей плазматические, гормональные, сосудистые и биоэлектрические связи и объединяющей миллиарды клеток растения в целостный организм.

Возбудимость есть общее свойство всех живых образований - реагировать на различного рода раздражения теми или другими физическими или химическими изменениями или даже явлениями чисто психического порядка. Раздражимость можно определить еще иначе, сказав, что она выражает способность живых образований переходить в возбуждение или в деятельное состонние под влиянием тех или других раздражителей. Раздражимость есть неотъемлемое свойство самого живого вещества, тогда как раздражители, возбудители суть только стимулы к действию, могущие и не иметь ничего общего с реагирующим на них живым веществом.Протоплазма, входящая в состав всех растительных и животных образований, отличается до такой степени высокой молекулярной нестойкостью и подвижностью, что раздражителями ее могут служить не только почти все известные нам формы внешних энергий: свет, теплота, звук, электричество, удары, толчки и т. д., но и ряд внутренних, развиваемых самими живыми телами физических сил и химических продуктов, к коим следует отнести вырабатываемые нервными центрами нервные импульсы, управляющие деятельностью различных органов тела, а также и химические продукты внутренней секреции органов, таких как щитовидная железа, надпочечные железы, половые железы и т. д. Возбуждающим действием этих внутренних раздражителей объясняется течение многих с виду автоматических актов, как то: дыхательных движений, сердцебиений и т. д. Раздражители могут быть поэтому подразделены на внешние и внутренние, и они, как учит физиология, являются необходимейшими условиями жизни.

3. Растительная клетка как осмотическая система. Связь между осмотическим давлением и концентрацией клеточного сока

Растительная клетка представляет собой осмотическую систему. Клеточный сок вакуоли является высококонцентрированным раствором.

Чтобы попасть в вакуоль, вода должна пройти через клеточную стенку, плазмалемму, цитоплазму и тонопласт. Клеточная стенка хорошо проницаема для воды. Плазмалемма и тонопласт обладают избирательной проницаемостью. Поэтому растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему, в которой плазмалемма и тонопласт являются полупроницаемой мембраной, а вакуоль с клеточным соком - концентрированным раствором. Поэтому, если клетку поместить в воду, то вода по законам осмоса начнет поступать внутрь клетки.

По мере поступления воды в вакуоль, ее объем увеличивается, вода разбавляет клеточный сок, и клеточные стенки начинают испытывать давление. Клеточная стенка обладает определенной эластичностью и может растягиваться. С увеличением объема вакуоли цитоплазма прижимается к клеточной стенке и возникает тургорное давление на клеточную стенку (Р). Одновременно со стороны клеточной стенки возникает равное по величине противодавление клеточной стенки на протопласт. Противодавление клеточной стенки называется потенциалом давления (-Р). Таким образом, величина сосущей силы S определяется осмотическим давлением клеточного сока и тургорным гидростатическим давлением клетки Р, которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающей при ее растяжении -Р.

Если растение находится в условиях достаточной увлажненности почвы и воздуха, то клетки находятся в состоянии полного тургора. Когда клетка полностью насыщена водой (тургесцентна), то ее сосущая сила равна нулю S = 0, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому давлению

При недостатке влаги в почве вначале возникает водный дефицит в клеточной стенке. Водный потенциал клеточной стенки становится ниже,

чем в вакуолях, и вода начинает перемещаться из вакуоли в клеточную стенку. Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление в клетках и увеличивает их сосущую силу. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор, и растение начинает завядать, теряя эластичность и упругость. При этом тургорное давление Р = 0

Если из-за очень большой потери воды тургорное давление упадет до нуля, то лист завянет совсем. Дальнейшая потеря воды приведет к гибели протопласта клеток. Приспособительным признаком к резкой потере воды является быстрое закрытие устьиц при недостатке влаги.

Клетки могут быстро восстановить тургор, если растение получит достаточное количество воды или в ночное время, когда растение получает достаточное количество воды из почвы. А также при поливе.

Водный потенциал; равен 0 для чистой воды; равен 0 или отрицателен для клеток.

- осмотический потенциал, всегда отрицателен

- потенциал давления; обычно положителен для в живых клетках( в клетках, содержимое которых находится под давлением, но отрицателен в клетках ксилемы( в которых создается натяжение воды).

Если поместить клетку в гипертонический раствор с более низким водным потенциалом, то вода начинает выходить из клетки путем осмоса через плазматическую мембрану. Сначала вода будет выходить из цитоплазмы, затем через тонопласт из вакуоли. Живое содержимое клетки - протопласт при этом сморщивается и отстает от клеточной стенки. Происходит процесс плазмолиза. Пространство между клеточной стенкой и протопластом заполняет наружный раствор. Такая клетка называется плазмолизированной. Вода будет выходить из клетки до тех пор, пока водный потенциал протопласта не станет равен водному потенциалу окружающего раствора, после чего клетка перестает сморщиваться. Этот процесс обратим и клетка не получает повреждений. Если клетку поместить в чистую воду или гипотонический раствор, то тургорное состояние клетки восстановится и происходит процесс деплазмолиза.

В условиях водного дефицита в молодых тканях резкое усиление потери воды приводит к тому, что тургорное давление клетки становится отрицательным и протопласт, сокращаясь в объеме, не отделяется от клеточной стенки, а тянет ее за собой. Клетки и ткани сжимаются. Это явление называется циторриз.

4. Роль пигментов в жизни растения

Все чаще садоводы задают вопрос, почему листья на деревьях становятся желтыми, обесцвечиваются, быстро отмирают. Многие считают, что это

результат болезней, но, в большинстве это происходит от нехватки микроэлементов. Какую роль играют микроэлементы в жизни растений и что происходит от их нехватки?

ЖЕЛЕЗО - Является составной частью ферментов ответственных за синтез зеленого пигмента хлорофилла. Играет важную роль в дыхании и регуляции окислительно - восстановительных процессов у растений. Недостаток железа у растений проявляется в виде хлороза (пожелтение или обесцвечивание) между жилками листа, причем сами жилки продолжают оставаться зелеными. Недостаток железа, чаще всего, ощущается растениями на карбонатных почвах. Избыток железа в почве может вызвать дефицит фосфора и марганца.

Для подкормок - применяется в виде Железного купороса (сернокислое железо FeSO4 7 Н2О). Вносится в почву из расчета 150 гр. на сотку. Для Внекорневых подкормок деревья обрабатываются 0,5% раствором (50 гр. на 10 литров воды) после цветения.

МАРГАНЕЦ - Является важной составной частью ферментов растений. Участвует в окислительно - восстановительных процессах. При недостатке Марганца резко снижается урожайность, ослабляется рост корней. Растения в большей степени становятся подвержены различным заболеваниям. Признаком недостатка марганца у растений является межжилковый хлороз. Он развивается от края листа к центру, от чего имеет вид латинской буквы V. При сильном хроническом дефиците марганца возможно появления некроза у растений. На сильнокислых почвах, растения могут страдать от его избытка. Его избыток ликвидируется известкованием и внесения повышенных доз азотных удобрений.

Для подкормок - применяется в виде водорастворимых солей марганца, Чаще всего в виде Марганцевого купороса (сернокислый марганец MnSO4 7 Н2О). Вносится в почву из расчета 76 гр. на сотку. Для внекорневых подкормок применяют 0,05 - 0,1% раствор той же соли (5 - 10 гр. на 10 литров воды).

ЦИНК - Входит в состав важнейших ферментов осуществляющих в растениях углеводный, белковый и фосфорный обмен. Играет ключевую роль в синтезе веществ ответственных за процессы роста - ауксинов и важную роль в синтезе витаминов. Дефицит цинка у растений тормозит процессы образования крахмала и хлорофилла. Проявляется в виде хлороза и мелколиственности.

Для подкормок - применяется в водорастворимых солей цинка, чаще в виде Цинкового купороса (сернокислый цинк ZnSO4 7Н2О). Вносится в почву из расчета 56 гр. на сотку. Для внекорневых подкормок применяют 0,05% раствор (5 гр. на 10 литров воды).

МЕДЬ - Играет важную роль в процессах окисления, усиливает интенсивность дыхательных процессов. Является биокатализатором. Недостаток меди у растений снижает синтез белка, вызывает суховершинность у плодовых растений. Признаком медного голодания у растений является светло-зеленая окраска листьев, побеление кончиков листьев и их последующее отмирание. Сильный избыток меди, например при частом использовании медьсодержащих препаратов (бордовская жидкость и др.) может затруднить усвоения фосфора из почвы.

Для подкормок - чаще всего применяется в виде Медного купороса (сернокислая медь (CuSO4 5Н2О). Вносится в почву из расчета 40 гр. на сотку.Для внекорневых подкормок применяется в виде 0,05% раствора (5гр. на 10 литров воды).

БОР - Играет важную роль у растений в формировании генетеративных органов и оплодотворении цветков. В условиях достаточной обеспеченности бором увеличивается % завязываемости плодов. При участии соединений бора осуществляется транспортировка сахаров, ростовых веществ и аскорбиновой кислоты из листьев к плодам. Недостаток бора приводит к отмиранию точек роста, резкому снижению завязываемости плодов. Кроме того, в условиях нехватки бора ухудшается углеводный обмен. И как следствие нарушения углеводного обмена, своего рода "сахарного диабета" растений, имеет место накопления сахаров в листьях, что провоцирует большее внимание со стороны вредителей. Признаками недостатка бора является пожелтение, деформация и отмирание ( некроз) листьев, особенно на верхушках побегов, покраснение жилок листьев, опадание завязей и преждевременное опадание листьев.

Для подкормок - чаще всего применяют Буру (тетраборат натрия Na2B4O7 10Н2О) или бордовую кислоту (Н3ВО3). Они применяются в виде корневых подкормок внесением в почву 52 гр. на сотку буры, или 34 гр. на сотку борной кислоты. Для внекорневых подкормок применяют 0,05% раствор буры или борной кислоты (5 гр. на 10 литров воды).

КОБАЛЬТ - Является составной частью витамина В 12.При отсутствии Кобальта в почве синтез витамина В12 - невозможен. Оптимальная реакция Почвы при нормальной подвижности кобальта - нейтральная. При отклонении в ту или другую сторону (кислая или щелочная) подвижность кобальта резко снижается, также в результате больших доз органических удобрений.

Для подкормок - применяется в виде водорастворимых солей Кобальта (сернокислый кобальт CoSO4 7Н2О). Вносится в почву из расчета 11 гр. на сотку. Для внекорневых подкормок применяют 0,02% раствора (2 гр. на 10 литров воды).

МОЛИБДЕН - Играет важную роль в процессах усвоения растениями азотных удобрений (восстановление нитратов), в биосинтезе аминокислот, витаминов, хлорофилла, а также углеводном обмене. Недостаток молибдена приводит к снижению устойчивости растений к различным заболеваниям. Увеличение рН почвы (известкование) повышает подвижность молибдена и увеличивает количество его поступления в растения.

Для подкормок - чаще всего применяется в виде Молибдена аммония (аммоний молибденевокислый (NH4)6Мо7О24 4Н2О). Последний вносится в почву из расчета 6 гр. на сотку. Для внекорневых подкормок применяется в виде 0,02% раствора молибдата аммония ( 2 гр. на 10 литров воды).

ЙОД - Играет важную роль в синтезе отдельных аминокислот и белков так как входит в их состав. Является природным антисептиком. Обладает сильным антибактериальным, противовирусным, фунгицидным (противогрипковым) действием. Недостаток йода у растений может привести к снижению иммунитета к различным заболеваниям.

Для подкормок - чаще всего применяют раствор Иодина калия (калий йодистый KJ или аммоний йодистый NH4J). Они вносятся в почву из расчета 3 гр. на сотку. Для внекорневых подкормок используется в виде 0,02% раствора (2 гр. на 10 литров воды).

Микроэлементы играют большую роль и в жизни человека!

Чтобы садоводы всегда были здоровы, расскажем как и на что влияют

Микроэлементы на человека.

ЖЕЛЕЗО - Железосодержащие белки играют исключительно важную роль в жизни человека. Главная функция железа - участие в процессах образования крови, т. к. оно входит в состав белка гемоглобина красных кровяных телец электроцитов и их составе принимает участие в транспортировке кислорода от легких к органам и тканям. Железо необходимо для нормального роста организма. Недостаток железа у человека приводит к малокровию. Суточная потребность в железе у взрослого человека составляет 11 - 30 мг. Общее количество железа, которое одновременно находится в организме взрослого человека составляет от 4 до 7 гр. Чемпионами по содержанию железа являются - Яблоки, Груша и особенно Белые грибы.

МАРГАНЕЦ - Принимает участие в обмене веществ, оказывает влияние на работу печени (накопление гликогена). Способствует нормальному снабжению тканей кислородом и высокой активности ферментов. При недостатке марганца задерживается формирование скелета, его окостенение. Следствием недостатка марганца в пище, зачастую бывает развитие малокровия. Рекомендуемая ежесуточная норма потребления марганца с пищей для взрослого человека составляет 2 - 9 мг.

Среди растений с высоким уровнем содержания марганца являются - Рожь, Свекла и особенно Овес.

ЦИНК - Является биогенным элементом, т. е. элементом постоянно присутствующим в организме человека и выполняющим ряд важных функций. Он входит в состав гормона поджелудочной железы - инсулина, регулирующего обмен углеводов, жиров, белков. Наличие достаточного количества цинка в пище способствует скорейшему заживлению ран. Недостаток цинка в питании детей может привести к карликовости и задержке полового развития. Общее содержание цинка в теле взрослого человека составляет 1 - 2,5 гр. причем около 30% этого количества находится в костях, а 60% в мышцах.

Среди растений с высоким уровнем содержания отмечаются - Горох, Фасоль, Овес.

МЕДЬ - Принимает участие в процессах кроветворения. Соединение меди стимулирует деятельность костного мозга, повышает количество электроцитов в крови. У людей недостаток меди проявляется в виде анемии. Среди растений с высоким содержанием меди отмечены - Тыква, Лимон, Горох.

КОБАЛЬТ - Большая часть находится в печени, входит в состав витамина В12. Наряду с железом принимает участие в процессах кроветворения (Образование эритроцитов). Недостаток кобальта приводит к нарушениям Обмена в организме и может привести к появлению анемии, авитоминоза В12. Особенно кобальт необходим для детского организма т. к. способствует быстрому росту и высокой сопротивляемости вредным факторам внешней среды. Кобальт тесно связан с обменом йода - в присутствии доста -

точного количества кобальта, значительно лучше происходит усвоение йода щетовидной железой. Хронический недостаток кобальта усиливает эндемический зоб. Среднее содержание кобальта в организме взрослого человека с массой тела 70 кг. составляет 1,1 - 1,5 мг. Суточная норма потребления кобальта в организм с пищей и питьем составляет 0,3 мг Чемпионом по содержанию Кобальта в средней полосе является - Груша.

ЙОД - Относится к группе веществ, которые постоянно присутствуют в организме, он входит в состав биологически активных соединений, которые являются незаменимыми. Нехватка йода приводит к снижению активности эндокринной системы ( щетовидной железы ), уменьшению количества йодтирозонов, необходимых для выработки гормонов щитовидной железы. Суточная потребность в йоде для человека составляет 3 мг. на кг. веса.

Хроническая нехватка йода приводит к развитию заболеваний щетовидной железы - эндемического зоба. Особенно опасен дефицит йода в детстве, поскольку задерживает рост, физическое и психологическое развитие

Чемпионом среди растений, в средней полосе, является - Арония.

5. Значения работ К.А Тимирязева по фотосинтезу

К.А. Тимирязев известен как пламенный борец за торжество материалистического мировоззрения, как блестящий экспериментатор и смелый ученый-демократ.

Климент Аркадьевич Тимирязев родился 22 мая 1843 г. в Петербурге в дворянской, но демократически настроенной семье. В 1860 г. Тимирязев поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета.

Много времени и труда посвятил Тимирязев разработке важнейшего вопроса биологии: какова роль солнечного луча в создании зеленым растением органического вещества. В результате длительного изучения спектра поглощения у зеленого пигмента хлорофилла ученый установил, что наиболее интенсивно поглощаются красные и несколько слабее сине-фиолетовые лучи. Кроме того, он выяснил, что хлорофилл не только поглощает свет, но и химически участвует в самом процессе фотосинтеза. Современная наука окончательно подтвердила эти выводы ученого.

Однако главная научная заслуга Тимирязева заключается в доказательстве того, что величайший закон природы - закон сохранения энергии - распространяется и на процесс фотосинтеза, а следовательно, и на живую природу. Большинство исследователей тех лет, в особенности немецкие ботаники Ю. Сакс и В. Пфеффер, отрицали эту связь. К.А. Тимирязев показал, что его противники допустили ряд экспериментальных ошибок. Разработав методику необычайно точного исследования, Тимирязев установил, что только поглощаемые растением лучи производят работу, т.е. осуществляют фотосинтез. Зеленые лучи, например, не поглощаются хлорофиллом, и в этой части спектра фотосинтез не происходит. Кроме того, он отметил, что существует прямая пропорциональность между количеством поглощенных световых лучей и произведенной работой. Иными словами, чем больше световой энергии поглощено хлорофиллом, тем интенсивнее идет фотосинтез. Хлорофилл больше всего поглощает красные лучи, поэтому в красных лучах фотосинтез идет интенсивнее, чем в синих или фиолетовых, которые поглощаются слабее. Наконец, Тимирязев доказал, что на фотосинтез затрачивается не вся поглощенная энергия, а лишь некоторый ее процент (1-3%). Только после классических опытов К.А. Тимирязева наши знания о фотосинтезе получили прочный фундамент.

Также огромное влияние на развитие русской агрономической науки оказала доступно и интересно написанная Тимирязевым книга "Земледелие и физиология растений". Этот научный труд не утерял значения и в наше время.

Фотосинтез - процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция - совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Интенсивность, или скорость процесса фотосинтеза в растении зависит от ряда внутренних и внешних факторов. Из внутренних факторов наиболее важное значение имеют структура листа и содержание в нем хлорофилла, скорость накопления продуктов фотосинтеза в хлоропластах, влияние ферментов, а также наличие малых концентраций необходимых неорганических веществ. Внешние параметры - это количество и качество света, попадающего на листья, температура окружающей среды, концентрация углекислоты и кислорода в атмосфере вблизи растения.

Скорость фотосинтеза возрастает линейно, или прямо пропорционально увеличению интенсивности света. По мере дальнейшего увеличения интенсивности света нарастание фотосинтеза становится все менее и менее выраженным, и, наконец, прекращается, когда освещенность достигает определенного уровня 10000 люкс. Дальнейшее увеличение интенсивности света уже не влияет на скорость фотосинтеза. Область стабильной скорости фотосинтеза называется областью светонасыщения. Если нужно увеличить скорость фотосинтеза в этой области, следует изменять не интенсивность света, а какие-либо другие факторы. Интенсивность солнечного света, попадающего в ясный летний день на поверхность земли, во многих местах нашей планеты составляет примерно 100000 люкс. Следовательно, растениям, за исключением тех, которые растут в густых лесах и в тени, падающего солнечного света бывает достаточно для насыщения их фотосинтетической активности (энергия квантов, соответствующих крайним участкам видимого диапазона - фиолетового и красного, различается всего лишь в два раза, и все фотоны этого диапазона в принципе способны осуществить запуск фотосинтеза).

В случае низких интенсивностей света скорость фотосинтеза при 15 и 25°С одинакова. Реакции, протекающие при таких интенсивностях света, которые соответствуют области лимитирования света, подобно истинным фотохимическим реакциям, не чувствительны к температурам. Однако при более высоких интенсивностях скорость фотосинтеза при 25°С гораздо выше, чем при 15°С. Следовательно, в области светового насыщения уровень фотосинтеза зависит не только от поглощения фотонов, но и от других факторов. Большинство растений в умеренном климате хорошо функционируют в интервале температур от 10 до 35°С, наиболее благоприятные условия - это температура около 25°С.

В области лимитирования светом скорость фотосинтеза не изменяется при уменьшении концентрации СО2. Отсюда можно сделать вывод, что С02 участвует непосредственно в фотохимической реакции. В то же время при более высоких интенсивностях освещения, лежащих за пределами области лимитирования, фотосинтез существенно возрастает при увеличении концентрации СО2. У некоторых зерновых культур фотосинтез линейно возрастал при увеличении концентрации СО2 до 0,5%. (эти измерения проводили в кратковременных опытах, поскольку длительное воздействие высоких концентраций СО2 повреждает листы). Высоких значений скорость фотосинтеза достигает при содержании С02 около 0,1%. Средняя концентрация углекислоты в атмосфере составляет от 0,03%. Поэтому в обычных условиях растениям не хватает СО2 для того, чтобы с максимальной эффективностью использовать попадающий на них солнечный свет. Если помещенное в замкнутый объем растение освещать светом насыщающей интенсивности, то концентрация СО2 в объеме воздуха будет постепенно уменьшаться и достигнет постоянного уровня, известного под названием "С02 компенсационного пункта". В этой точке появление СО2 при фотосинтезе уравновешивается выделением О2 в результате дыхания (темнового и светового). У растений разных видов положения компенсационных пунктов различны.

6. Аэробная фаза дыхания, ее суть. Роль воды в окислении пировиноградной кислоты

Необходимость затрат энергии на поддержание жизни. Дыхание растений как источник энергии и ассимилятов. Ферменты, особенности строения. Классы ферментов. История исследований проблемы дыхания в растениях. Теория Палладина. Процессы окисления в энергетическом обмене.

Пути дыхательного обмена. Анаэробный и аэробный типы энергетического обмена, брожение и дыхание. Анаэробная и аэробная фазы дыхания. Гликолиз, значение гликолиза. Превращение пирувата. Цикл Кребса. Цепь переноса электронов.

Электронно-транспортная цепь дыхания и окислительное фосфорилирование. Субстратное и окислительное фосфорилирование. Количество АТФ, образующееся в анаэробной и аэробной фазах дыхания. Механизм мембранного окислительного фосфорилирования. Теория Митчелла. Принцип сопряжения и роль АТФ. Сходство мембранного фосфорилирование в хлоропластах и митохондриях.

Физиологические показатели эффективности дыхания. Связь между дыханием и продуктивностью растений. Дыхание при неблагоприятных условиях.

Пировиноградная кислота -- химическое соединение с формулой СН3СОСООН, органическая кетокислота.

Биохимическая роль

Пируват -- важное химическое соединение в биохимии. Он является конечным продуктом метаболизма глюкозы в процессе гликолиза. Одна молекула глюкозы превращается при этом в две молекулы пировиноградной кислоты. Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями -- аэробным и анаэробным.

В условиях достаточного поступления кислорода, пировиноградная кислота превращается в ацетил-кофермент А, являющийся основным субстратом для серии реакций, известных как цикл Кребса, или дыхательный цикл, цикл трикарбоновых кислот. Пируват также может быть превращён в анаплеротической реакции в оксалоацетат. Оксалоацетат затем окисляется до углекислого газа и воды. Эти реакции названы по имени Ганса Адольфа Кребса, биохимика, получившего вместе с Фрицем Липманном Нобелевскую премию по физиологии в 1953 году за исследования биохимических процессов клетки. Цикл Кребса называют также циклом лимонной кислоты, поскольку лимонная кислота является одним из промежуточных продуктов цепи реакций цикла Кребса.

Если кислорода недостаточно, пировиноградная кислота подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты у животных и этанол[источник не указан 300 дней] у растений. При анаэробном дыхании в клетках пируват, полученный при гликолизе, преобразуется в лактат при помощи фермента лактатдегидрогеназы и NADP в процессе лактатной ферментации, либо в ацетальдегид и затем в этанол в процессе алкогольной ферментации.

Пировиноградная кислота является "точкой пересечения" многих метаболических путей. Пируват может быть превращён обратно в глюкозу в процессе глюконеогенеза, или в жирные кислоты или энергию через ацетил-КоА, в аминокислоту аланин, или в этанол. Таким образом пируват объединяет несколько ключевых метаболических процессов клетки и является универсальной "метаболической валютой" живой клетки.

Дыхание - важнейший физиологический процесс, в результате которого происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности растительного организма. При дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

Установлено, что дыхание животных и растений протекает однотипно, несмотря на отсутствие у растений специальных органов дыхания.

Наиболее простой механизм обмена газами у водорослей, которые не имеют тканей органов, а воздух непосредственно проникает в каждую клетку. У мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных воздух проходит более сложный путь. Через устьица он поступает в межклетники, которые пронизывают все растения, а оттуда - в клетки.

У наземных растений устьица, как правило, расположены на нижней стороне листа, а у живущих в воде - на верхней, так как нижней стороной он лежит на поверхности воды.Поступление воздуха в листья регулируется периодическим открыванием и закрыванием устьиц.

Внутрь стволов деревьев и кустарников, покрытых толстой пробкой или корой, воздух поступает через отверстия - чечевички. Хорошо видны чечевички у березы, они крупные (до 15 см) и имеют вид узких темных поперечных полосок.

У ряда болотных растений затруднено поступление воздуха в корни, так как в насыщенной влагой почве мало воздуха. У этих растений сформировались приспособления, обеспечивающие нормальный газообмен. Так, у некоторых растений образовались дыхательные корни, которые выступают над поверхностью воды, например у растений мангровых лесов.

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода клетками и тканями растений и осуществляется при участии различных ферментов. Вначале сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) под действием ферментов распадаются на более простые, которые при участии кислорода расщепляются до конца, т.е. до образования углекислого газа и воды. При этом освобождается энергия, которая используется растением (а также любым живым организмом) на процессы жизнедеятельности: поглощение из почвы воды и минеральных веществ, их передвижение, рост, развитие, размножение. В освобождении энергии, заключенной в органических веществах, состоит главное значение дыхания. По существу, при дыхании освобождается солнечная энергия, которую растение использовало в процессе фотосинтеза на образование органических веществ и таким путем запасло ее.

В процессе дыхания окисление сложных органических веществ до углекислого газа и воды происходит постепенно и энергия освобождается небольшими порциями. Если бы энергия освобождалась вся сразу, тогда клетка сгорела бы. Дыхание, подобно другим процессам жизнедеятельности, зависит от факторов среды: температуры, влажности, содержания кислорода, степени освещенности и др. Для протекания процессов дыхания требуются определенные температурные условия, причем они разные у каждого вида растений и его органов. У большинства растений для дыхания наиболее благоприятна температура 25 - 30°С.

У некоторых видов растений дыхание происходит и при отрицательных температурах, хотя этот процесс протекает очень слабо. Например, почки лиственных и иглы хвойных деревьев дышат и при температуре - 20 - 25°С. У арктических растений даже при низких температурах интенсивность дыхания высокая.

Интенсивность дыхания растений зависит от содержания воды в клетках. Чем меньше воды в клетках, тем слабее идет в них дыхание. Очень слабо дышат сухие семена. С увеличением влажности дыхание семян возрастает в сотни и тысячи раз. Это отрицательно сказывается на хранении семян, так как они сильно разогреваются и погибают. Повышение интенсивности дыхания имеет огромное биологические значение для прорастания семян, поскольку усиление дыхания сопровождается освобождением большого количества энергии, необходимой для роста и развития зародыша.

На дыхание растений влияет содержание кислорода в окружающей среде. Угнетение дыхания начинается при уменьшении содержания кислорода до 5%. Недостаток кислорода испытывают подземные органы (корни и корневища) растений, обитающих на заболоченных и глинистых почвах.

В растениеводстве применяются различные агротехнические приемы для улучшения дыхания корней. Так, проводят комплексную обработку посевов машинами, чтобы сократить число обработок и уменьшить уплотненность почвы. Специальными культиваторами почву рыхлят и таким путем улучшают доступ воздуха к корням, при этом срезают сорняки, подкармливают культурные растения. Сильно увлажненные земли осушают, создают дренаж. На дыхание растений влияет и свет, хотя дышат они днем и ночью, на свету и в темноте. Свет вызывает повышение температуры растения, отчего дыхание его усиливается. У светолюбивых растений, дыхание более интенсивное, чем у теневыносливых.

Изменения в окружающей среде, связанные с деятельностью человека, также воздействуют на дыхание растений. Отрицательно влияют на дыхание вредные примеси, пыль, выделяемые промышленными предприятиями.

Наиболее интенсивно дышат молодые органы и ткани растений, находящиеся в состоянии активного роста. Цветение и плодоношение сопровождаются усилением дыхания развивающихся цветков и плодов, что связано с образованием новых органов и тканей, обладающих высоким уровнем обмена веществ.

7. Оксидазы, их участие в аэробном дыхании

Дыхательная электронтранспортная цепь (ЭТЦ, ETC, Electron transport chain) -- система структурно и функционально связанных трансмембранных белков и переносчиков электронов. ЭТЦ позволяет запасти энергию, выделяющуюся в ходе окисления НАД•Н и ФАДН2 молекулярным кислородом (в случае аэробного дыхания) или иными веществами (в случае анаэробного) в форме трансмембранного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи, сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану. У прокариот ЭТЦ локализована в ЦПМ, у эукариот -- на внутренней мембране митохондрий. Переносчики расположены по своему окислительно-восстановительному потенциалу, транспорт электрона на всём протяжении цепи протекает самопроизвольно. Протонный потенциал преобразуется АТФ-синтазой в энергию химических связей АТФ. Сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы носит название окислительного фосфорилирования.

Комплекс I (НАДН дегидрогеназа) окисляет НАД•Н, отбирая у него два электрона и перенося их на растворимый в липидах убихинон, который внутри мембраны диффундирует к комплексу III. Вместе с этим, комплекс I перекачивает 4 протона из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.

Комплекс II (Сукцинат дегидрогеназа) не перекачивает протоны, но обеспечивает вход в цепь дополнительных электронов за счёт окисления сукцината.

Комплекс III (Цитохром bc1 комплекс) переносит электроны с убихинола на два водорастворимых цитохрома с, расположенных на внутренней мембране митохондрии. Убихинол передаёт 2 электрона, а цитохромы за один цикл переносят по одному электрону. При этом туда также переходят 2 протона убихинола и 2 перекачиваются комплексом.

Комплекс IV (Цитохром c оксидаза) катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O2 и перекачивает при этом 4 протона в межмембранное пространство. Комплекс состоит из цитохромов a и a3, которые, помимо гема, содержат ионы меди. Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом железа в геме цитохрома a3 в форме молекулы O2. Каждый из атомов кислорода присоединяет по два электрона и два протона и превращается в молекулу воды.

Электронтранспортные цепи бактерий

Бактерии, в отличие от митохондрий, используют большой набор доноров и акцепторов электронов, а также разные пути переноса электрона между ними. Эти пути могут осуществляться одновременно, например, E. coli при выращивании на среде, содержащей глюкозу в качестве основного источника органического вещества, использует две НАДН дегидрогеназы и две хинолоксидазы, что означает наличие 4 путей транспорта электрона. Большинство ферментов ЭТЦ индуцибельны и синтезируются только в случае, если путь, в который они входят, востребован. Донором электрона помимо органического вещества у бактерий могут выступать молекулярный водород, угарный газ, аммоний, нитрит, сера, сульфид, двухвалентное железо. Вместо НАДН и сукцинатдегидрогеназы могут присутствовать формиат-, лактат-, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, гидрогеназа. Вместо оксидазы, использующейся в аэробных условиях, в отсутствие кислорода бактерии могут использовать редуктазы, восстанавливающие различные конечные акцепторы электрона: фумаратредуктазу, нитрат- и нитритредуктазу и т. д.

Список использованной литературы

1. Иванов В.Г., Берестовский Т.Н. Липидный бислой биологических мембран. -- Москва: Наука, 1982.

2. Антонов В.Ф., Смирнова Е.Н., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых переходах. -- Москва: Наука, 1994.

3. Полевой В. В. Физиология растений. -- М: Высшая школа, 1989.