- •Неорганические и органические вещества растительной клетки
- •2. Общая морфология растительной клетки
- •Биосинтез белка в клетке
- •8. Поглощение воды растением
- •10. Лист как орган транспирации
- •13.Водный баланс растений
- •14.Особенности анатомии и морфологии листа как органа фотосинтеза
- •15. Строение пластид
- •Световая фаза фотосинтеза
- •Внутренние факторы, влияющие на фотосинтез
- •20.Зависимость фотосинтеза от условий внешней среды
- •21. Связь фотосинтеза с продуктивностью растений
- •26. Строение электрон-транспортной цепи митохондрий
- •Дыхание и обмен веществ в растительной клетке
- •28. Интенсивность дыхания
- •Зависимость дыхания от внешних факторов
- •Влияние внешних условий на жизнедеятельность микроорганизмов
- •31Участие микроорганизмов в биологическом круговороте углерода и азота
- •32Необходимые макро- и микроэлементы, их содержание в растениях
- •33Поглощение элементов питания растениями
- •36Усвоение минеральных веществ
- •37Влияние внешних факторов на поглощение и усвоение минеральных элементов
- •38Физиологические основы применения удобрений в лесном и садово-парковом хозяйстве
- •40Превращения органических веществ
- •41. Передвижение органических веществ в растениях
- •42. Понятие об онтогенезе, росте и развитии
- •43. Фитогормоны как факторы регуляции роста и развития растений
- •Особенности роста и дифференцировки клеток. Тотипотентность и детерминация
- •45. Рост органов растений
- •Роль света как источника энергии для роста и как регулятора морфогенеза
- •Ростовые движения растений
- •Виды покоя. Внутренние и внешние условия перехода растений в состояние покоя и выхода из него
- •Покой семян. Факторы нарушения покоя семян. Приемы ускорения прорастания семян и регулирования роста растений
- •Физиология прорастания семян. Внешние условия, необходимые для прорастания семян.
- •Условия перехода к репродуктивному этапу развития. Гормоны цветения
- •52Причины и механизмы старения.
- •Возрастные изменения у растений и их проявления. Причины и механизм старения
- •Понятие об устойчивости и иммунитете
- •Стресс и его физиологические основы
- •55Жаростойкость и засухоустойчивость
- •58. Газоустойчивость
- •Растений
- •Устойчивость растений к патогенным микроорганизмам
2. Общая морфология растительной клетки
Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка - это простейшая и обязательная единица живого, это его элемент, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма
Существуют растения, построенные из одной-единственной клетки. К ним относятся одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы. Обычно это микроскопические организмы, но есть и довольно крупные одноклеточные (длина одноклеточной морской водоросли ацетабулярии достигает 7 см). Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, - это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток.
Клетка обладает всеми свойствами живой системы:осуществляет обмен веществом и энергией; растет; размножается и передает по наследству свои признаки; реагирует на внешний сигналы (раздражители); способна передвигаться.
Каждая клетка состоит из ядра, цитоплазмы и клеточной оболочки.
Цитоплазма отделена от внешней (для данной клетки) среды внешней клеточной мембраной (плазмолеммой) и содержит органеллы и включения, погруженные в гиалоплазму (клеточный матрикс).Органеллы - постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, специализированные на выполнении определенных функций в клетке.
Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран.
Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндоплазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи.
Большую роль в жизни клеток играют мембраны: плазмалемма(наружная цитоплазматическая мембрана), тонопласт(вакуолярная мембрана), эндоплазматическая сеть (ЭПС). Наружная цитоплазматическая мембрана расположена на поверхности цитоплазмы и отграничивает ее от оболочки. Со стороны вакуоли цитоплазму отделяет тонопласт.
Плазматическая мембрана, или плазмалемма,- наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов.
Мембраны - структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.
Функции биологических мембран:
Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.
Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.
Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).
Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).
Участвуют в преобразовании энергии.
Пластиды. Для клеток растений типична система органоидов, называемая пластидной. Пластиды - это ограниченные двойной мембраной округлые или овальные органоиды, содержащие внутреннюю систему мембран. Пластиды могут быть бесцветными (пропластиды, лейкопласты, этиопласты) или окрашенными (хлоропласты, хромопласты).
Хлоропласты - дисковидные зеленые органеллы, имеющие двойную мембрану и сложную внутреннюю гранулярную структуру. В хлоропластах осуществляется процесс фотосинтеза.
Наряду с хлоропластами в клетках растений встречаются окрашенные обычно в желтый и оранжевый цвет хромопласты.
Лейкопласты сравнительно с рассмотренными выше пластидами несколько меньших размеров и лишены окраски. В них частично сохраняется сеть мембран. Расположены они преимущественно в запасающих тканях растений и играют важную роль в синтезе крахмала и некоторых других веществ, источником образования которых являются первичные продукты фотосинтеза.
Митохондрии – органеллы клетки обычно вытянутой мешочковидной формы размерами в длину 4 – 7 мкм и в диаметре 0,5 - 2,0 мкм с эластичной двойной мембраной и студнеобразным матриксом.
В клетках растений обнаружены два типа микротел, выполняющих различные физиологические функции: пероксисомы и глиоксисомы.
Пероксисомы многочисленны в клетках листьев, где они тесно связаны с хлоропластами. В них окисляется синтезируемая в хлоропластах в ходе фотосинтеза гликолевая кислота и образуется аминокислота глицин, которая в митохондриях превращается в серии. В листьях высших растений пероксисомы участвуют в фотодыхании,
Глиоксисомы появляются при прорастании семян, в которых запасаются жиры, и содержат ферменты, необходимые для превращения жирных кислот в сахара: системы (-окисления жирных кислот и глиоксилатный цикл). При работе ферментных систем пероксисом и глиоксисом образуется пероксид водорода, который разрушается содержащейся в этих органоидах каталазой
.
. Вакуоль - типичный органоид растительной клетки. В меристематических клетках вакуоли представлены мелкими пузырьками; для зрелых клеток характерна большая центральная вакуоль.
Вакуолярный сок имеет сложный состав и включает органические вещества и минеральные соли.
Важно отметить, что вакуоль может служить местом отложения запасных белков (алейроновые зерна). Процесс вакуолизации - необходимое условие роста клеток растяжением.
Аппарат Гольджи. В растительных клетках аппарат Гольджи (АГ) представлен диктиосомами, везикулами и межцистерными образованиями.
Эндоплазматический ретикулум. Эндоплазматический ретикулум (ЭР), или эндоплазматическая сеть (ЭС), представляет собой систему каналов, пузырьков и цистерн, ограниченную мембраной толщиной 5-6 нм.
По системе ЭР переносятся вещества внутри клетки. Он участвует также в межклеточных взаимодействиях у растений через плазмодесмы.
Рибосомы. Рибосомы осуществляют синтез белков - трансляцию матричной, или информационной, РНК (мРНК).
Рибосомы в цитоплазме могут быть свободными, прикрепленными к мембранам эндоплазматического ретикулума, к наружной мембране ядерной оболочки либо образуют полирибосомные (полисомные) комплексы.
Ядро. В растительной клетке ядро имеет диаметр порядка 10 мкм. Оно может быть сферическим, удлиненным или лопастным. Внутреннее содержимое ядра (нуклеоплазма) ограничено ядерной оболочкой, состоящей из двух элементарных мембран - внутренней и наружной. Ядерная оболочка пронизана порами диаметром 10-20 нм, через которые транспортируются нуклеиновые кислоты и белки.
Количество ДНК в одном ядре постоянно для каждого вида (кроме случаев мейоза и полиплоидии).
Ядрышко отчетливо видно в ядре под световым и электронным микроскопами. Оно формируется на определенных участках ДНК, называемых ядрышковым организатором. В хроматине ядрышка находятся участки ДНК, ответственные за синтез рибосомальных РНК (рРНК).
3. Образование клеточной стенки происходит в метафазе и телофазе клеточного деления.
Клеточную стенку делящихся и растущих растяжением клеток называют первичной. После прекращения роста клетки на первичную клеточную стенку изнутри откладываются новые слои и возникает прочная вторичная клеточная стенка.
Основным инкрустирующим веществом клеточной стенки является лигнин. Интенсивнаялигнификация клеточных стенок начинается после прекращения роста клетки.
Содержание лигнина в оболочке достигает 30%.
Инкрустация им клеточных оболочек приводит к их одревеснению, которое часто влечет за собой отмирание живого содержимого клетки. Лигнин в сочетании с целлюлозой придает особые свойства древесине, которые делают ее незаменимым строительным материалом.
В регуляции водного и теплового режима растений участвуют ткани, стенки клеток которых пропитаны суберином.
Суберин откладывается на оболочку изнутри и делает ее практически непроницаемой для воды и растворов. В результате протопласт клетки отмирает и клетка заполняется воздухом. Такой процесс называется опробковением.
Благодаря контакту соседних клеток друг с другом возникает единая система клеточных стенок, получившая название апопласта. По апопласту, минуя мембранные барьеры, от клетки к клетке перемещаются вещества.
Клеточные стенки растений пронизаны отверстиями - порами диаметром до 1 мкм. Через них проходят тяжи - плазмодесмы, благодаря которым осуществляются межклеточные контакты.
Единая система цитоплазмы клеток тканейи органов называется симпластом.
Обмен веществом включает процесс поглощения из окружающей среды диоксида углерода, воды, минеральных веществ, участвующих в клетке в многочисленных биохимических реакциях.
Компартментация клетки. Все клетки имеют много общих черт: они ограничены от внешней среды цитоплазматической мембраной, содержат системы хранения и реализации генетической информации, системы получения и преобразования энергии, системы обеспечения клетки необходимыми веществами и компонентами, системы восприятия внешних сигналов, их анализа и организации адекватного ответа.
Компартментыэукариотической клетки называют органеллами. Органеллы специализируются на выполнении различных функций.
Все живые организмы не могут оставаться живыми и поддерживать высокий уровень организации без постоянного притока энергии извне. При этом они могут использовать только две формы внешней энергии - световую и химическую. Именно по способу получения энергии организмы делят на фототрофы и хемотрофы.
АТФ представляет собой универсальное макроэргическое соединение, реакция гидролиза которого сопряжена со множеством энергозависимых процессов.
Помимо АТФ в клетке есть и другие соединения с макроэргической связью и высокими значениями свободной энергии гидролиза, однако, именно АТФ является наиболее общим и прямым источником энергии в клетке.
Расход АТФ на обеспечение энергозависимых реакций должен восполняться ее синтезом.
Небольшая часть АТФ может быть образована при анаэробном разложении глюкозы в биохимических реакциях гликолиза. Основная же часть АТФ в клетках растений, животных и многих бактерий образуется в процессах фотосинтеза или дыхания.
4. Важнейшую роль в обмене веществ и трансформации энергии в клетке играют биологические катализаторы белковой природы - ферменты.
Все ферменты по своей химической природе разделяются на два больших класса:
однокомпонентные
двухкомпонентные.
Первые состоят исключительно из белка. В молекуле вторых кроме белка имеется небелковая часть.
По месту расположения ферменты делятся на три группы:
эндоферменmы. Действуют в клетке, где образовались;
экmоферменmы. Участвуют в процессах на цитоплазматической мембране;
экзоферменmы.
Синтезируются в клетке, выделяются из нее и осуществляют свою работу вне цитоплазматической мембраны, снаружи от нее.
Высшим растениям более всего присущи ферменты первой группы.
Ферменты отличаются следующими общими особенностями:
большой каталитической активностью, значительно более высокой, чем у неорганических катализаторов (напомним, что катализ - это явление изменения скорости химической реакции или ее возбуждения с помощью катализаторов, химический состав которых и их количество после реакции остаются неизменными);
специфичностью действия, под которой понимается способность фермента реагировать только с определенными веществами (субстратами) и действовать только на определенные химические связи; иначе эту особенность называют субстратной специфичностью фермента;
лабильностью, т.е. способностью изменять скорость реакции в зависимости от действия ряда внешних и внутренних условий;
обратимостью действия- способностью катализировать взаимопротивоположную направленность хода реакции; эта особенность присуща далеко не всем ферментам.
К оксидоредyктазамотносятся ферменты, катализирующие реакции окисления и восстановления.
Эти ферменты участвуют во всех процессах биологического окисления - дыхания и брожения.