Билет 2

1. Мембранные органеллы клетки. Их основные функции. Принцип «компартментизации» клетки. Строение и функции цитоскелета. Циклоз.

Эндоплазматическая сеть пред­ставляет собой единую непрерывную структуру, образованную системой цистерн, трубочек и уплощенных мешочков. Одной из важнейших функций эндоплазматической сети является синтез мембран­ных белков и липидов для всех клеточных органелл. Комплекс Гольджи представляет собой совокупность ме­шочков, пузырьков, цистерн, трубочек, пластинок, ограничен­ных биологической мембраной. Происходят синтез и накопление полисахари­дов, белково-углеводных комплексов. Лизосомы представляют собой пузырьки диамет­ром 0,2-0,5 мкм, содержащие около 50 видов различных гидро­литических ферментов. Мембраны лизосом устой­чивы к заключенным в них ферментам и предохраняют цито­плазму от их действия. Пероксисомы представляют собой пузырьки диаметром от 0,3 до 1,5 мкм. Участ­вуют в расщеплении аминокислот, обмене липидов, включая холестерин, пурины, в обезвреживании многих токсичных ве­ществ. Митохондрии, являющиеся «энергетическими станциями клетки», участвуют в процессах клеточного дыхания и преобразования энергии в формы, доступные для использова­ния клеткой. Их основные функции - окисление органических веществ и синтез АТФ. Цитоскелет состоит из микротрубочек (состоит из белка тубулина, образует клеточное веретено) и микрофиламентов (состоят из сократительных белков актина и миозина). функции цитоскелета: формирование клеточной стенки, участие в процессах роста и определения формы клетки; определяет вязкость цитоплазмы; передвижение органелл; передвижение крупных молекул.

2. Типы процессов дыхания в клетке. Преобладающие процессы дыхания у разных органов в онтогенезе и в различных экологических условиях. Энергетика форм дыхания. Роль дыхания в биосинтетических процессах. Дыхание на рост и поддержание, изменения соотношения в онтогенезе.

Дыхание обеспечивает возможность течения эндотермических реакций обмена, процессов образования структур и осуществления движений, что требует затрат энергии. гликолиз и цикл Кребса являются стадиями анаэробными, а кислород включается в процесс уже на последнем этапе процесса. Гликолиз происходит в цитоплазме, а цикл Кребса и перенос по цепи дыхательных ферментов осуществляются в митохондрии. Гликолиз является первым этапом разложения глюкозы, то есть сложного органического вещества (шестиуглеродного соединения) до пировиноградной кислоты, то есть более простого органического вещества (трехуглеродного соединения). Глюкоза, в свою очередь, образуется либо из поли - или олигосахаридов, либо из аминокислот, либо из жиров. Гликолиз, в свою очередь, состоит из двух этапов: фосфорилирование простых сахаров и их превращение в глицеральдегидфосфат, при этом происходит дефосфорилирование АТФ в АДФ, т.е. использование энергии АТФ, превращение глицеральдегидфосфата в пировиноградную кислоту, при этом образуется АТФ, то есть происходит запасание энергии. Второй этап гликолиза, в свою очередь, происходит в две стадии: сначала глицеральдегидфосфат превращается в фосфоглицериновую кислоту, затем фосфоглицериновая кислота через образование фосфоенолпировиноградной кислоты превращается в пировиноградную кислоту, при этом также происходит субстратное фосфорилирование АДФ, в результате чего образуется АТФ. Цикл Кребса, или цикл лимонной и изолимонной кислот, или цикл ди - и три-карбоновых кислот является основным этапом процесса дыхания. Этот процесс практически универсален, является главным путем окисления остатков уксусной кислоты у всех живых организмов. Цикл Кребса состоит из двух стадий: декарбоксилирование пировиноградной кислоты с образованием уксусной кислоты и СО₂, в результате чего уксусная кислота соединяется с коферментом А и образует ацетилКоА, являющийся ключевым веществом, входящим в собственно цикл Кребса и образующийся также при прохождении ряда других биохимических реакций. АцетилКоА служит исходным продуктом для синтеза жирных кислот, для некоторых гормонов, терпенов, изопреноидов и стероидов. Физиологический смысл цикла Кребса состоит в том, что именно здесь происходит разложение органического вещества (уксусной кислоты) до неорганических веществ (углекислого газа и ионов водорода), при этом образуется большое количество энергии в виде молекул АТФ. Продукты разложения уксусной кислоты, образующиеся в матриксе митохондрий, в дальнейшем преобразуются различными путями. Углекислый газ перемещается в виде бикарбонат-иона в цитоплазму, где либо выделяется, либо вступает в другие биохимические процессы. Ионы водорода перемещаются в помощью дыхательных ферментов на кристы митохондрии, где постепенно переносятся на акцептор - молекулярный кислород. Этот процесс переноса и является третьим этапом дыхания, осущ-ся цепью специфических ферментов, в состав которых входят, в основном, гемсодержащие белки. Митохондрия является одним из важнейших органоидов любой эукариотической клетки.

В матриксе помимо белков, включающих многочисленные ферменты, катализирующие биохимические реакции цикла Кребса, глиоксилатного цикла, дыхательной цепи, имеются и молекулы РНК и фрагменты молекул ДНК, управляющие синтезом этих белков. Наружная мембрана митохондрий проницаема для малых молекул и ионов, что и позволяет легко проникать в митохондрию пировиноградной кислоте. Влажность 14-15% для семян злаковых и бобовых культур, 8-9% - для семян масличных культур, температура - 10-20 ^оС.

3. Биол-кий урожай (У_биол) и хозя-ый урожай У_хоз, К_хоз разных культур. Примеры культур и сортов с высоким К_хоз. Биологический урожай - это сумма суточных приростов за весь вегетационный период: У_биол. = С_{1,2... п}, где С - суточные приросты массы, в кг/га в сутки.. В среднем при хорошей агротехнике сельс-е культуры накапливают 15-20 т/га сухой биомассы. Хозяйственный урожай составляет ту долю биологического, которая используется человеком: У_хоз. = У_биол. К_хоз. К_хоз – коэфициент хоз-ной эффективности, часть сухого в-ва, образующего урожай. Коэффициент хозяйственного использования у разных культур может сильно различаться (зерновые культуры и сахарная свекла). Продуктивность фотосинтеза сельско-ных культур целесообразно оценивать величиной выхода полезной энергии с гектара. Примеры: карликовые сорта плодовых деревьев, низкорослые сорта злаков.

Билет 3

1. Состав, свойства и функции мембран. Электрохимический градиент. Механизмы пассивного и активного транспорта через мембраны (диффузия, осмос, электрофорез, белки-переносчики, ионные каналы, биологические насосы. Эндоцитоз и экзоцитоз). Все структурные элементы клетки состоят из биологических мембран, за исключением рибосом. Рибосомы по своему строению не относятся к мембранным органоидам, однако, поскольку они расположены непосредственно на эндоплазматической сети, то именно ЭПС выполняет все функции мембраны по отношению к ним. Эволюция представлений о строении мембран происходит более 100 лет (демонстрировать таблицу). Сложность строения этого важнейшего элемента живой клетки позволяет предположить, что в отдельных случаях структура мембран в том или другом конкретном случае может варьировать в пределах предложенных моделей. Более того, окончательной ясности в вопросе о структуре мембраны пока не достигнуто. Состав мембран зависит от их типа и функции, однако во всех случаях их основными составляющими являются липиды и белки, соотношение между которыми колеблется в пределах от 0.4 до 2.5 Толщина мембран обычно составляет 4-10 нм. В структуре мембраны согласно жидкостно-мозаичной модели имеется двойной липидный слой, покрытый периферическими белками, кроме того в него погружаются полностью или частично интегральные белки. Эти белки имеют двойственную природу, причем спиральные участки, пронизывающие липидный слой, состоят из алифатических (липофильных) аминокислот, в то время как их наружные концы гидрофильны и могут быть связаны с остатками сахаров. Основные функции биологических мембран заключаются в: отделении клеток от межклеточной жидкости, создании внутренней архитектуры клетки, в поддержании градиента концентраций и электрохимического градиента, в осуществлении переноса питательных веществ и продуктов жизнедеятельности. Диффузия – процесс, приводящий к равномерному распределению молекул в-в и растворителя. Происходит в сторону от меньшей к большей концентрации. Осмос – одностороннее движение через полупроницаемую мембрану только растворителя по градиенту концентрации. Электрофорез – движение ионов или электронов между мембранами с зарядами различной величины по градиенту потенциала. Механизмы активного транспорта: белки-переносчики: молекула присоединяется к белку и белок изменяет форму, молекула проскальзывает; белковые каналы для проникновения ионов. Биологические насосы – переносят в-ва против градиента концентрации с использованием энергии. Крупные молекулы через мембраны не проходят, они поступают за счет: эндоцитоза - процесс захвата внешнего материала клеткой; экзоцитоза - процесс, при котором внутриклеточные мембранные пузырьки сливаются с внешней клеточной мембраной.

2. Влияние температуры на дыхание. Особенности дыхания больного растения. Влияние химических и механических раздражителей на дыхание. Интенсивность дыхания увеличивается с повышением температуры (до жизненного предела). Минимум, оптимум и максимум интенсивности дыхания при различных температурах не остаются постоянными у растения и зависят прежде всего от фаз-0ы его развития, органа и физиологического состояния как органа, так и растения в целом. Дыхание больного растения: интенсивность дыхания сильно возрастает из-за нарушения структуры мембран и ферментов. Потери урожая до 30-70%. У устойчивых растений ИД возрастает меньше. Раздражения усиливают дыхание. ИД возрастает при повреждении корнеплодов и клубней во время уборки. Наблюдаются большие потери углеводов во время хранения срезанной продукции.

3. Тропизмы и настии. Тропизмы — это движения органов растений в ответ на одностороннее влияние света (фототропизм), земное тяготение (геотропизм) и другие факторы внешней среды, действующие направленно. Они необходимы растению для того, чтобы приспособить положение своих органов к этим внешним факторам. Любой тропизм может быть положительным или отрицательным. Пыльцевая трубка пыльцевого зерна, проросшего на рыльце пестика растения своего вида, растет прямо и достигает семязачатка. Это положительный хемотропизм. Если же пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика цветка чужого вида, то трубка сначала растет прямо, а затем загибается в обратную сторону. Это отрицательный хемотропизм. В данном случае он препятствует оплодотворению яйцеклетки в семязачатке. Очевидно, вещества, выделяемые пестиком растения своего вида, вызывают положительный хемотропизм, а чужого вида — отрицательный. В отличие от тропизмов настии возникают в ответ на ненаправленный, диффузно рассеянный в среде раздражитель. Например, цветки у шафрана и тюльпана открываются и закрываются в ответ на изменение температуры: от тепла ускоряется рост внутренней стороны лепестков — и цветок раскрывается, а от холода ускоряется рост их внешней стороны — цветок закрывается. Бывают настии, не связанные с ростом. Они вызываются изменениями клеток. Настии тоже бывают положительными и отрицательными. Утром, при ярком солнечном свете, открываются соцветия-корзинки одуванчика; с уменьшением освещенности они закрываются. Это пример положительной фотонастии. Цветки душистого табака, наоборот, раскрываются в вечернее время, с уменьшением освещенности. Это отрицательная фотонастия.

Билет 4

1. Формы связанной воды (осмотически связанная, коллоидно-связанная, иммобилизованная). Формы свободной воды (решетчатая стурктура, плотноупакованная). Физиологическое значение свободной и связанной воды. Имбибиционная - это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.

коллоидно-связанная - это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока. осмотически связанная - это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой. Выделяют две формы свободной воды: капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода удерживается в почве капиллярными или менисковыми силами. Она заполняет почвенные капилляры. Капиллярная влага подразделяется на подвешенную, удерживающуюся в капиллярах почвы при увлажнении сверху (после дождя или полива), и подпертую, образующуюся при подъеме воды по капиллярам от горизонта грунтовых вод к поверхности. Часть свободной влаги, которая появляется в почве сверх наименьшей влагоемкости и, следовательно, не может удерживаться в почве сорбционными силами, стекает вниз под действием сил тяжести. Такая влага носит название гравитационной. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями и свободная вода. В оболочке растительной клетки вода коллоидно-связанная. В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Как считает большинство исследователей, интенсивность физиологических процессов, в том числе и темпов роста, зависит в первую очередь от содержания свободной воды. Имеется прямая корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью растений против неблагоприятных внешних условий. Указанные физиологические корреляции наблюдаются не всегда.

2. Брожение. Виды брожения. Проявление молочно-кислого брожения в органах растений

Броже́ние—метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Маслянокислое брожение начинается с трансформации сахаров в ПВК. молочнокислое брожение – превращение углеводов м.о. с образованием молочной кислоты и побочных продуктов.

Спиртовое брожение – превращение м.о. углеводов, с образованием этилового спирта, как основного продукта брожения.

3. Понятие адаптации (приспособленности) растений к факторам среды. Закрепление признаков в ходе эволюции. Адаптация сортов к условиям выращивания. Границы приспособления и устойчивости. Норма реакции. Критические уровни. Стресс. Группы стрессоров.

Адаптация – приспособление организмов к условиям среды, осуществляются за счет морфологических и физиологических механизмов. Развитие растений и урожайность зависят от устойчивости к неблагоприятным условиям среды в конкретном регионе. Раст-я обладают способностью адаптироваться к изменяющимся условиям среды. Норма реакции – размер изменчивости функций и процессов в разных условиях среды. Норма реакции определяет границы приспособленности и устойчивости вида и сорта к фактору среды. Чем шире норма реакции, тем лучше приспособленность растения. Резкие и длительные изменения факторов среды приводит к снижению физиологических механизмов до критических уровней, посте нарушается гомеостаз, проявляется стресс – общая неспецифическая реакция на действие неблагоприятных факторов. Фазы стресса: небольшое нарушение функций; повышение активности процессов; разрушение организма вплоть до отмирания. Группы стрессоров: физиологические – температура, влажность, освещенность, мех-е воздействия; химические – соли, газы, ксенобиотики; биологические – поражение болезнями, вредителями, конкуренция, цветение, созревание.