Размещено на http://www.allbest.ru/

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт фундаментальной биологии и биотехнологии

Кафедра медицинской биологии

РЕФЕРАТ

По физиологии растений

Роль основных соединений серы в жизни растении

Преподаватель Т.И. Голованова

Студент ББ13-01Б Н.В.Масанова

Красноярск 2016

Оглавление

• Введение
• 1. Источники серы для растения
• 2. Структурная роль серы в растительном организме
• 3. Функции серы в растительном организме
• 4. Механизм восстановления сульфатов
• 5. Потребность растений в сере. Влияние дефицита и избытка серы
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Сера -- элемент 16-й группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,важный макроэлемент, необходимый растительным и животным организмам. Она требуется для протекания важных метаболических процессов.

В растениях сульфатная сера (SO42-) восстанавливается и входит в состав органических соединений, однако животным организмам для удовлетворения потребности в сере необходимо поступление с пищей серосодержащих аминокислот.

В растительном организме сера участвует в азотном, углеводном обмене, в процессе дыхания и синтезе жиров. Основное количество ее в растениях находится в составе белков (сера входит в состав аминокислот цистеина, цистина и метионина) и других органических соединений - ферментов, витаминов, горчичных и чесночных масел.

Содержание серы в растительных тканях невелико - 0,2-1,0 % сухой массы. Доля сульфата в общем балансе серы в тканях может колебаться от 10 до 50% и более.

1. Источники серы для растения

сера растение сульфат дефицит

В почве сера находится в органической и неорганической формах. Органическая сера входит в состав растительных и животных остатков. Основные неорганические соединения серы в почве - сульфаты (CaSO4, MgSO4, Na2SO4). В затопляемых почвах сера находится в восстановленной форме в виде FeS, FeS2 или H2S. Сульфаты легко растворимы в воде и содержатся в почвенном растворе большинства типов почв. Это основной источник серы для растений

Растения поглощают из почвы сульфаты и в очень незначительных количествах серосодержащие аминокислоты. Содержание серы в растениях составляет около 0,2 %. Однако в растениях семейства крестоцветных ее содержание значительно выше. Сера содержится в растениях в двух основных формах - окисленной в виде неорганического сульфата и восстановленной (аминокислоты, глутатион, белки)

Поступает сера в растения в виде сульфат-иона S042 . Сульфат-ионы активно поглощаются корнями, особенно в зоне корневых волосков, и поступают в растительные клетки с помощью белков-переносчиков сульфат-ионов. Внутри растения сульфат-ионы перемещаются с транспирационным током, а затем аккумулируются в вакуолях растительных клеток либо участвуют в ряде биохимических реакций.

2. Структурная роль серы в растительном организме

Основное количество серы в растениях находится в составе белков и других органических соединений - ферментов, витаминов, горчичных и чесночных масел.

Сера входит в состав важнейших аминокислот - цистеина, цистина и метионина, которые могут находиться в растениях в свободной форме или в составе белков. Метионин относится к числу 10 незаменимых аминокислот и благодаря наличию серы и метильной группы обладает уникальными свойствами и входит в состав активных центров многих ферментов , S-аденозилметионин участвует в реакциях трансметилирования, а метионил-тРНК - инициатор роста полипептидных цепей.Метиониновые остатки могут придавать молекуле белка гидрофобные свойства, что играет важную роль в стабилизации активной конформации ферментов в солевом окружении.

Большая часть сульфатной серы, поглощенной корнями, восстанавливается и входит в состав цистеина в хлоропластах листьев. Цистеин - первичное соединение, из которого в растениях в дальнейшем образуются другие серосодержащие органические соединения. . Ближайшим производным цистеина является цистин, образующийся при ферментативном окислении сульфгидрильной группы в дисульфидную. Цистеин служит также предшественником метионина

Сера входит в состав многих витаминов и коферментов, таких как биотин, коэнзим А, глутатион, липоевая кислота. В связи с этим сера необходима для многих процессов обмена веществ (например, аэробная фаза дыхания, синтез жиров и так далее). Сера участвует в образовании полиаминов, которые влияют на структуру нуклеиновых кислот и рибосом, регулируют процессы деления клеток.

3. Функции серы в растительном организме

Одна из основных функций серы в белках и полипептидах - участие SH-групп в образовании ковалентных и водородных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка. Дисульфидные мостики между полипептидными цепями или двумя участками одной цепи стабилизируют молекулу белка.

Другая важнейшая функция серы в растительном организме состоит в поддержании определенного уровня окислительно-восстановительного потенциала клетки за счет обратимости реакций цистеин -цистин и SH-глутатион - S -- S-глутатион. Эти редокс-системы могут связывать или освобождать атомы водорода в зависимости от преобладающих метаболических условий в клетке. Трипептид глутатион, состоящий из остатков глутаминовой кислоты, цистеина и глицина, благодаря хорошей растворимости в воде играет важную роль в метаболизме. Обычно глутатион находится в восстановленном SH-состоянии и может реагировать с дисульфидными группами тиоловых ферментов, в том числе протеолитических, активируя их и переходя в окисленную -- S --S-форму.

Сера входит в форме коэнзима А и витаминов (липоевой кислоты, биотина, тиамина) принимает участие в энзиматических реакциях клетки. Особенно велика роль серы как компонента коэнзима A (CoA-SH), SH-группа которого участвует в образовании высокоэнергетической тиоэфирной связи с ацильными группами кислот. При взаимодействии СоА с уксусной кислотой синтезируется ацетил-СоА: Н3С-- C~S-CoA, который, будучи донором и переносчиком ацетильной группы, играет важнейшую роль в метаболизме жирных кислот, аминокислот и углеводов.

Липоевая кислота является коэнзимом в реакциях окислительного декарбоксилирования б-кетокислот; SH-группы липоевой кислоты могут также принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Производное тиамина - тиаминпирофосфат - действует как коэнзим при декарбоксилировании пирувата в ацетальдегид и окислении б-кетокислот благодаря участию тиазольного кольца в связывании и активировании альдегидных групп. SH-группы обусловливают каталитическую активность многих ферментов, играя важную роль во взаимодействии белка с коферментом

В составе белка тиоредоксина сера участвует в регуляции работы таких ферментов как Rubisco, АТФ-синтаза и др

4. Механизм восстановления сульфатов

Восстановление сульфата происходит в пластидах, преимущественно в хлоропластах. Сначала происходит активирование сульфата, затем восстановление серы и, наконец, ее включение в органические соединения.

Активация сульфата осуществляется при участии АТФ.Сульфат под действием АТР-сульфурилазы замещает пирофосфорильную группу в АТФ, в результате чего образуются аденозин-5-фосфосульфат (АФС) и пирофосфат (РРi).

Восстановление сульфата. Активированный в форме АФС сульфат подвергается сопряженному с переносом восьми электронов восстановлению при участии АФС-редуктазного комплекса. При помощи ферредоксина происходит восстановление сульфогруппы до тиоловой. В восстановленной форме сера включается в аминокислоты. Существуют и другие пути восстановления окисленной серы, например, свободный сульфит (SO32-) восстанавливается сульфитредуктазой, а образующийся свободный сульфид (S2-) используется для синтеза цистеина с участием О-ацетилсеринсульфгидразы. Восстановленная сера в растении может подвергаться снова окислению. Окисленная форма SO42- неактивна. Показано, что в молодых органах сера находится главным образом в восстановленной форме, а в старых -- в окисленной.

5. Потребность растений в сере. Влияние дефицита и избытка серы

Потребность в сере сильно различается у разных сельскохозяйственных культур. Содержание серы в абсолютно сухом веществе растений обычно составляет от 0.1 до 1.0% (в расчете на элемент). Самая высокая потребность в сере характерна, как правило, для растений из рода Brassica (таких, как кочанная капуста, брокколи и рапс), затем следуют бобовые культуры и злаки.

Потребность растений в сере меняется в течение вегетационного периода. Например, максимальная потребность в сере у рапса наблюдается в фазу цветения и семяобразования. Поглощение серы кукурузой протекает с фактически постоянной скоростью в течение всего вегетационного периода. При этом в зерне аккумулируется более 50% накопленной растениями серы. Растения пшеницы между фазами цветения и созревания могут терять до половины накопленной серы.

Дефицит серы: сначала проявляется на старых листьях. Затем его признаки появляются и на молодых листьях, изменяя их цвет на светло-зеленый, а затем и на желтый, поскольку недостаточность серы снижает интенсивность фотосинтеза. При недостаточности серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья на вытянутых стеблях, ухудшается рост и развитие растений, поздно наступает их зрелость.

Избыточное количество серы может вызвать преждевременное опадение листьев.

Заключение

Сера (S) входит в состав многих веществ, играющих важную роль в жизнедеятельности растений и определяющих их продуктивность. Она содержится в таких незаменимых соединениях, как аминокислоты (метионин, цистин, цистеин), и в отдельных промежуточных соединениях, принимающих участие в их синтезе. Сера также активирует определенные протеолитические энзимы и является компонентом коэнзимаА, глютатиона и некоторых витаминов. Сера содержится во многих других соединениях, но пока ее функции в них неизвестны. Она участвует в формировании веществ с дисульфидными связями. Синтез некоторых азотистых небелковых соединений (глюкозиды, глютатион) происходит под влиянием серы. При этом глютатион играет большую роль в окислительно-восстановительных процессах.

Несмотря на многообразие функций серы в организме растения , положительное влияние серы часто остается незамеченным, так как воздействует она главным образом не на величину урожая, а на его качество. Кроме того, внешнее проявление серного голодания растений обычно маскируется почти полным сходством с признаками недостатка азотной пищи.

Список использованных источников

1. Медведев С.С. Электрофизиология растений. С.-Петербург, Изд-во С.-Петербургского Ун-та, 1998. 182 с.

2. Вахмистров Д.Б. Пространственная организация ионного транспорта в корне. 49 Тимирязевские чтения. М.: Наука, 1991. 49 с.

3. Маркарова Е.Н. Физиология корневого питания растений. М.: Изд-во МГУ, 1989. 103 с.

4. Кабата-Пендиас З.А., Пендиас С. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 c.

5. Люттге У., Хигинботам Н. Передвижение веществ в растениях. М.: Колос, 1984. 408 с.

Размещено на Allbest.ru