Фізіологія рослин

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

фермент ядро рослина каталізатор

1. Функції ядра у рослинній клітині

2. Будова та властивості ферментів

3. Роль оксидоредуктаз у житті рослин

4. Явище плазмолізу

5. Пігменти хлоропластів

6. Інтенсивність дихання. Дихальний коефіціент

Використана література

1. Функції ядра у рослинній клітині

Ядро -- обов'язкова складова частина живої клітини багатоклітинних і одноклітинних організмів. Ядро керує генетичними і метаболічними процесами в клітині. Ядро складається з ядерної оболонки, ядерця ( одного або кількох), хроматину та акріолімфи. Ядро в рослинній клітині є обов'язковим компонентом і належить до її органоїдів. Вперше його побачив Я. Пуркіньє в 1825 р. у яйцеклітині курки, але в рослин його вперше описано в 1831 р. Броуном. Ядро завжди розташовано в цитоплазмі. В молодих клітинах воно досягає значних розмірів і як правило міститься в центрі клітини, а по мірі старіння клітини воно разом з цитоплазмою зміщується в бік. Необхідно відмітити, що ядро в процесі еволюційного розвитку рослин виникло не відразу. Первісні організми ядра не мали. Із сучасних рослинних організмів чітко сформованого ядра не мають бактерії та синьо-зелені водорості. Але замість нього в цитоплазмі є так звана центральне тіло -- дрібні частини ядерної речовини. Форма ядра залежить від форми клітини, так і від функції, які вона виконує.

Ядро виконує важливі функції в обмінних реакціях клітини, в рості та розмноженні клітини. Воно є носієм спадкової інформації. Важлива роль ядра в утворенні клітинної оболонки, воно сприяє розмноженню пластид, має значення в перетворенні продуктів фотосинтезу бере участь в регуляції відкривання і закривання продихів тощо.

Якщо плазмолізовану живу клітину поділити на дві частини так, що в ній одній буде ядро і цитоплазма, а в іншій - лише цитоплазма, то оболонкою вкривається та кулька цитоплазми, в якій розташоване ядро. Ядро впливає на активність росту клітин. Наприклад, при утворенні кореневих волосків ядро рухається в ті ділянки, де відбувається активний ріст, внаслідок чого кореневий волосок видовжується.

Основна функція ядра - передача спадкової інформації. Спадкова інформація знаходиться в ядрі і є ніби матрицею, з якої РНК знімає копії для побудови у рибосомі з амінокислот аналогічних білків, що входять до складу материнської клітини.

Ядро - це не просто важлива частина клітини, а центр керування її життєвими процесами - обміном речовин, рухом, розмноженням. В ядрі зосереджена основна маса ДНК, яка є носієм спадкової (генетичної) інформації, тобто ядро виконує функцію зберігання інформації про всі ознаки організму, а під час поділу клітини передає її дочірнім клітинам. Позбавлені ядра клітини (наприклад, еритроцити людини) мають порівняно коротку тривалість життя і не здатні до подальшого поділу і відновлення своєї цілісності в разі пошкодження

Ядро регулює всі життєві процеси клітини, несе в собі генетичну інформацію, що знаходиться в ДНК.

2. Будова та властивості ферментів

Одна з основних відмінностей між живим і неживим світом полягає в тому, що постійність неживого грунтується на його хімічній незмінності, тоді як стабільність і збереження живого базується на безперервних хімічних змінах, що відбуваються в ньому.

Хімічні процеси в організмі каталізуються особливими речовинами (біокаталізаторами), що називаються ферментами, або ензимами. Вчення про ферменти - одна з найважливіших проблем сучасної біології і біохімії. Саме тому ХХ ст. називають ще століттям ферментів, бо вчення про них - це дітище цього століття. Зараз встановлено, що немає жодного процесу в організмі, який би відбувався без участі ферментів. Травлення, енергозабезпечення, побудова структурних компонентів клітин і тканин, ріст, розмноження, м'язове скорочення, згортання крові пов'язані з роботою ферментів.

Більшість ферментів має чотири рівні структурної організації (первинну, вторинну, третинну і четвертинну), тобто є олігомерними білками, що складаються із протомерів. Кожна із субодиниць або окремі їх частини відіграють певну роль у процесі функціонування ферменту. Прості (однокомпонентні) ферменти здійснюють ферментативне перетворення субстрату з участю власне білкової молекули. Безпосередню участь у реакції бере не весь поліпептидний ланцюг ферменту, а тільки незначна його частина, що близько прилягає до субстрату. У ферментативну реакцію включається тільки декілька залишків амінокислот. Ці залишки можуть розташовуватися в поліпептидному ланцюзі як поруч, так і далеко один від одного, але просторово вони повинні бути досить зближені.

Та частина молекули ферменту, яка з'єднується із субстратом, називається активним центром ферменту. Активний центр відповідає за специфічну спорідненість ферменту із субстратом, утворення ферментосубстратного комплексу і каталітичне перетворення субстрату. В активному центрі ферменту умовно розрізняють так звану каталітичну ділянку, де відбувається каталітичне перетворення субстрату, і контактну, або якірну ділянку, що зв'язує фермент із субстратом.

За утворення активного центру ферменту, як і за його каталітичну дію, відповідає третинна структура білкової молекули. Отже, при порушенні третинної структури (денатурація) роз'єднуються просторово поєднані амінокислотні залишки і, як наслідок, фермент втрачає активність. У складі активного центру простого ферменту знаходиться приблизно 15 залишків амінокислот. Активний центр утворюють залишки таких амінокислот, як серин, цистеїн, гістидин, тирозин, лізин та деякі інші, що надають ферменту як просторової, так і електричної спорідненості із субстратом. В утворенні тимчасового комплексу між ферментом і субстратом важлива роль належить дисульфідним, іонним, а також слабким зв'язкам (водневі зв'язки, гідрофобна взаємодія).

Активний центр складних (двокомпонентних) ферментів містить у своєму складі як кофермент, так і ту частину апоферменту, що просторово прилягає до нього. Кофермент при цьому може відповідати за утворення зв'язку із субстратом, формування третинної або четвертинної структури апоферменту і каталітичне перетворення субстрату. Ферменти можуть мати 1, 2, 3 і більше активних центрів, що залежить від кількості протомерів (субодиниць), які входять у його структуру.

Крім активних центрів, у ферментах можуть бути ще так звані алостеричні центри (від грец. алос - інший, другий; стереос - просторовий, структурний). Алостеричні центри служать місцем впливу на фермент різних регуляторних чинників, тому їх ще називають регуляторними центрами, а речовини, що взаємодіють з алостеричним центром, отримали назву ефекторів. Приєднання до алостеричного центру ефектора призводить до певних структурних змін в активному центрі та, як наслідок, пригнічення або підвищення активності ферменту.

Ферменти мають ряд властивостей, подібних до небіологічних каталізаторів, але одночасно і відрізняються від них. Спільними для всіх видів каталізаторів є:

1. Вони пришвидшують тільки ті реакції, які можливі з точки зору термодинаміки, тобто ті процеси, що йдуть у напрямку термодинамічної рівноваги, але з малою швидкістю.

2. Вони не змінюють напрямку реакції.

3. Каталізатори збільшують швидкість наближення системи до термодинамічної рівноваги, не змінюючи при цьому точки рівноваги.

4. Відносно не змінюються після реакції, тобто вивільняються і знову можуть реагувати з наступними молекулами субстрату.

5. Усі каталізатори діють у відносно малих концентраціях.

3. Роль оксидоредуктаз у житті рослин

Оксидоредуктази -- клас ферментів, що каталізують реакції окиснення, тобто перенесення електронів з однієї молекули (відновника, донора електронів) на іншу (окислювач, акцептор електронів).

Ферменти, які каталізують окисно-відновні процеси. Оксидоредуктази - двокомпонентні ферменти. Функції кофакторів у яких можуть виконувати піридин- (НАД і НАДФ) і флавіннуклеотиди (ФМН і ФАД), залізопорфіринові комплекси (гем) і багато катіонів (Fe³⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Mo²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ та ін.). Хімічні реакції, в яких беруть участь оксидоредуктази, дають можливість клітинам одержувати хімічну енергію у вигляді макроергічних сполук.

Відомо понад 200 оксидоредуктаз. Вони об'єднані в 14 підкласів. За тривіальною номенклатурою ферменти розділяються відповідно до характеру каталітичної дії на дегідрази (відщеплюють від субстрата атоми водню або електрони і переносять їх на інший субстрат), оксидази (акцептором є кисень), гідроксилази (включають у відновлений субстрат один атом кисню) і оксигенази (вводять в субстрат, що окислюється, два атоми кисню).

4. Явище плазмолізу

Плазмоліз (від грец. plбsma -- виліплене, оформлене і грец. lэsis -- розкладання, розпад) - відділення протопласту від клітинної стінки при зануренні клітини в гіпертонічний розчин.

Плазмоліз характерний для рослинних клітин, що мають міцну целюлозну стінку. Тваринні клітини при перенесенні в гіпертонічний розчин стискаються залежно від в'язкості протоплазми, від різниці між осмотичним тиском клітини і зовнішнього розчину, а отже від швидкості та ступеня втрати води протоплазмою. Розрізняють плазмоліз опуклий, увігнутий, судомний і ковпачковий. Іноді плазмолізовані клітини залишаються живими. При зануренні таких клітин у воду або гіпотонічний розчин відбувається деплазмоліз.

Характер плазмолізу залежить від ряду факторів:

-від в'язкості цитоплазми;

-від різниці між осмотичним тиском внутрішньоклітинного і зовнішнього середовища;

-від хімічного складу і токсичності зовнішнього гіпертонічного розчину;

-від характеру та кількості плазмодесми;

-від розміру, кількості і форми вакуоль.

5. Пігменті хлоропластів

Засвоєння сонячної енергії іїї передачу на потреби біохімічних реакцій здійснюють особливі забарвлені речовини - пігменти. Їх загальною рисою є оптична активність, тобто здатність поглинати сонячні промені у тій чи іншій зоні спектру. При цьому у спектрі з'являються так звані смуги поглинання, що відповідають ділянкам, енергія яких засвоєна пігментом.

До складу зелених пластид входять білки приблизно 50 %, ліпоїди, пінгменти та мінеральні солі. Біля 75% об'єму хлоропласта становить вода, яка покращує обмінні процеси. Важливими складовими речовинами хлоропалстів є ферменти, які регулюють фосфорний та білковий обмін. У хлоропластах здійснюється синтез білків, ліпоїдів, вітамінів. Дослідженнями російського біохіміка Н.М. Сісакяна (1907-1967) було встановлено, що в хлоропластах міститься РНК та ДНК. Це підтверджує припущення про важливу роль ДНК і РНК, яку вони відіграють в синтезі білків. Найважливішою складовою частиною хлоропластів є хлорофіл -- пігмент зеленого кольору, який вперше виділили з листків французські вчені Ж. Пельтьє і Ж. Кованту (1818).Хлорофіл (від грец. chloros -- зелений i phyllon -- листок) -- пігмент рослин зеленого кольору, за участю якого відбувається фотосинтез. Х. міститься в хлоропластах вищих рослин і водоростей. За хімічною природою Х. являє собою складний ефір двохосновної хлорофілінової кислоти з двома спиртами: фітолом і метанолом. Розрізняють Х.: а, b, c, d, бактеріохлорофіл і бактеріовіридин. Хлорофіл а (C₅₅H₇₂O₅N₄Mg) -- синьо-зелений пігмент; хлорофіл b (C₅₅H₇₀O₆N₄Mg) -- жовто-зелений пігмент. Відомо приблизно 10 тисяч окремих хлорофілів. Найпоширенішими хлорофілами є а і b, які зустрічаються майже у всіх автотрофних рослин. На початку ХХ ст. (1901-1910) М.С. Цвєт виділив ці дві вищеназвані форми хлорофілу. Хлоропласти також містять світло-жовтий пігмент каротин (С₄₀Н₅₆) та жовто-гарячий ксантофіл (С₄₀Н₅₆О₂).Головна функція хлоропластів -- здійснення фотосинтезу, суть якого полягає в тому, що з вуглекислоти, мінеральних солей, газу та води синтезуються життєво важливі органічні сполуки. Цей процес здійснюється на світлі при обов'язковій участі хлорофілу. Крім того, в хлоропластах відбуваються різні обмінні процеси: синтез низькомолекулярних і високомолекулярних сполук (вуглеводів, амінокислот, пептидів, нуклеотидів, ліпідів і т.д.), а також АТФ. Таким чином, хлоропласти і зелений пігмент хлорофіл, який входить до їх складу, являються надзвичайно важливим джерелом життя на землі.

6. Інтенсивність дихання. Дихальний коефіціент

Дихання є одним з основних проявів обміну речовин та енергії між рослинним організмом і навколишнім середовищем. Це - сукупність фізіологічних процесів, що забезпечують надходження кисню в організм та його використання для окиснення органічних речовин (вуглеводів, жирів, білків).

На дихання рослини витрачають 20ч25 % органічної речовини, утвореної під час фотосинтезу. Синтезовані рослинним організмом фотоасиміляти належать до неспецифічних запасних речовин. Тому синтез інших сполук на їхній основі для специфічних потреб організму можливий лише після низки складних біохімічних перетворень.

Хімічна енергія фотоасимілятів, як трансформована форма сонячної енергії, міститься в структурі хімічних зв'язків запасних сполук. У процесі розриву хімічних зв'язків органічних запасних речовин під час окиснення енергія вивільняється. Рослинний організм завдяки поступовому окисненню органічних сполук використовує цю енергію невеликими порціями. Вивільнена енергія витрачається на метаболічні процеси та на утворення нових, багатих на енергію хімічних зв'язків, наприклад АТФ.

Внутрішньоклітинне дихання - це окиснювальний розпад органічних сполук за участю кисню, який зумовлює генерацію трансмембранного електрохімічного градієнта йонів водню (ДмН+) і синтез хімічно активних метаболітів, що використовуються як джерела енергії (АТФ) або відновники (НАД.Н2). Також утворюються проміжні продукти для різноманітних біосинтетичних реакцій організму.

На перших двох етапах дихання (гліколіз, цикл трикарбонових кислот) відбувається відновлення коферментів НАД.Н та ФАД.Н, які на третьому етапі окиснюються в дихальному електронтранспортному ланцюзі мітохондрій.

АТФ утворюється під час окиснення молекул глюкози, жирних кислот й амінокислот, що використовуються як джерело енергії. У більшості біосинтетичних реакцій продукти перебувають у більш відновленому стані, ніж їхні попередники, тому, крім АТФ, вони потребують відновлювальних еквівалентів. Донором електронів у відновлювальних реакціях біосинтезу є НАДФ.Н2, тоді як НАД.Н2 і ФАД.Н2 - переносниками електронів під час окиснення молекул дихального субстрату.

Основним субстратом дихання є вуглеводи. Жири та білки використовуються під час дихання паростків рослин, які розвиваються з багатих на жири чи білки насінин. Розщепленню субстратів у процесі дихання передує гідроліз: полімерних вуглеводів - до сахаридів, жирів - до гліцерину та жирних кислот, білків

- до амінокислот.

Окиснювально-відновлювальні перетворення субстратів дихання каталізують ферменти: дегідрогенази - активують водень; оксидази - активують кисень та ферменти, що виконують функцію проміжних переносників електронів (водню).

Загальне рівняння дихання, якщо вихідним субстратом є вуглеводи, таке:

С6Н12О6 + 6О2 > 6СО2 +6Н2О + 2875 кДж/моль.

Якщо вихідним субстратом для дихання є білки або жири, то енергетичний ефект буде іншим. Вважається, що під час спалювання 1 г вуглеводів у середньому виділяється 17 кДж енергії, 1 г білків - 17 кДж, а жирів - 39 кДж.

З наведеного сумарного рівняння слідує, що об'єми газів у разі окиснення вуглеводів однакові. Відношення об'ємів виділеного вуглекислого газу до поглинутого кисню називають дихальним коефіцієнтом (ДК). У разі окиснення вуглеводів ДК рівний одиниці.

Коефіцієнт дихання може значно відхилятися від одиниці, якщо субстратом дихання є білки або жири. Зокрема, якщо субстрат багатий на йони водню, тоді частина кисню повітря використовується на окиснення не лише вуглецю, а й надлишкового водню, що є в субстраті. Саме тому коефіцієнт дихання для жирів менший за одиницю. Чим нижча величина дихального коефіцієнта, тим більший тепловий ефект окиснення, і навпаки.

Загальним показником швидкості окиснення субстратів дихання є інтенсивність дихання. Різні тканини рослин різко відрізняються між собою за інтенсивністю дихання. Інтенсивність дихання є показником життєдіяльності рослин.

Функції дихання не обмежуються запасанням енергії у вигляді АТФ. Дихання має важливе значення у процесах терморегуля ції органів рослини, утворенні сполук вторинного метаболізму, знешкодженні шкідливих речовин.

Різноманітність типів обміну речовин у рослин різних систематичних груп, віку, фізіологічного стану та за різних умов довкілля зумовлена специфічними особливостями реакцій процесу дихання.

Використана література

1. https://studfile.net/preview/8078697/page:11/

2. https://disted.edu.vn.ua/courses/learn/4150

3. https://ru.osvita.ua/vnz/reports/biolog/26941/

4. https://studfile.net/preview/5185814/page:18/

5. https://tdmuv.com/kafedra/internal/chemistry/lectures_stud/uk/med/biol/ptn/3/02.%20%D0%91%D1%83%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%20%D1%96%20%D0%B2%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%96%20%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%96%D0%B2.htm

6. http://repository.ldufk.edu.ua/bitstream/34606048/15571/1/8_FERMENTY.pdf

7. https://studfile.net/preview/5193892/page:6/

8. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%B7

9. https://studfile.net/preview/5185814/page:13/

10. https://pidru4niki.com/86593/ekologiya/pigmentna_sistema_zelenih_roslin

11. https://studfile.net/preview/2266810/page:9/

12. https://studfile.net/preview/5543028/page:4/

13. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%B0%D0%B7%D0%B8

Размещено на Allbest.ru