Лекция 2
Тема: химический состав, структура и функции растительного организма
План
Химический состав растительной клетки.
Морфология растительной клетки.
Органы, ткани и функциональные системы растений.
Активность органоидов растительной клетки объясняется их структурой и химическим составом. Известно, что 90% массы живых клеток составляет вода. В состав протоплазмы входят в основном 6 элементов, а именно: углерод, водород, азот, кислород, сера, фосфор. Эти элементы входят и в состав углеводов, белков, липидов, нуклеиновых кислот, аминокислот.
Краткая характеристика углеводов.
Углеводы это альдегиды или кетоны. Это достаточно распространена группа органических соединений в растительном мире. Биологически ценными являются пентозы - пятиуглеродные соединения и гексозы - шестиуглеродные соединения. Эти соединения существуют как в линейной форме так и в циклической. Например, рибоза, глюкоза, фруктоза.
Сахароза - это обыкновенный сахар, который состоит с одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Сахароза в основном образуется в процессе фотосинтеза.
Полиуглеводы - это соединения, которые состоят с моносахаров. Поэтому их молекулы напоминают цепи разной длины. К полиуглеводам относятся крахмал, целлюлоза, пектин, лигнин и др. Крахмал состоит с двух полисахаров - амилозы и амлопектина. Молекула амилоза содержат более тысячи остатков глюкозы. Амилоза представляет собой цепь неразветвленной формы. Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвленную форму. Разветвление наблюдается через каждые 20 - 25 остатков глюкозы. Крахмал является запасным веществом.
Другие полисахара. Гемицеллюлоза, целлюлоза, пектиновые вещества входят в состав клеточной оболочки. Целлюлоза состоит из -глюкозы Пектиновые вещества состоят из остатков -галактуроновой кислоты и соединяются 1,4-глюкозидными связями. Растительный органим на ранение реагирует образованием калозы. Это полимер глюкозы. Калоза входит в состав ситовидных трубок проводящих пучков. Инулин является запасным веществом. Он является полимером, состоящим из фруктозы. Откладывается в корнях и клубнях георгин. Количественное содержание разных углеводов в разных растений неодинаковое. Например, в пшенице содержание крахмалю составляет примерно 75 процентов, кукурузе - 72, рисе - 80, в клубнях картофеля всего - 12. Пектиновые вещества нагромаджуются в плодах, корнеплодах. В жизни человека они выполняют важную роль - выводят из организма радионуклиды. Гемицеллюлоза содержится в одревесневших частях растений. Например, в соломе злаков ее содержится около 30 процентов. В зависимости от того, какой моносахар находится в большей мере в гемицеллюлозе. То такой полисахар называют, например, мананами, галактанами или пентозанами (ксиланы, арабаны).
Углеводы выполняют важную функциональную роль в жиззни растений. Они принимают участь в осмосе, вызывают тургоросцентность, принимают участь в процессах росту, фотосинтеза, дыхания, транспирации, перемещении неорганических и органических молекул.
Гликолипиды и гликопротеины. Это важные биологические соединения.В состав этих соединений входят остатки соответствующих углеводов. Они входят в состав мембран.
Липиды. Это жироподобные вещества. Входят в состав мембран. Играют важную роль в обмене веществ. В состав жиров входят свободные жирные кислоты, моно- диглицериды, фосфатиды, стерины, витамины. Растительные жиры или их еще называют маслами, в основном состоят из ненасыщенных жирных кислот, а поэтому имеют двойные связи. Чем больше ненасыщенных жирных кислот, тем ниже температура фазового перехода. Молекула жиров состоит из трех остатков жирных кислот, которые соединены с молекулой глицерола.
Фосфолипиды. По своей структуре они близки к жирам. Это соединения в которых глицерин соединяется с двумя жирными кислотами и молекулой, содержащей фосфор. Фосфатный конец молекулы обеспечивает гидрофильность.
Гликолипиды входят в состав клеток листа. Например, моногалактозилдиацилглицерид, а также дигалактозилдиацилглицерид. В состав хлоропластов входят гликолипиды, содержащие сульфогруппу. Жиры являются ззапасными веществами семян и плодов многих растений.
Кутин, суберин и воска растений. Кутин и суберин - это липидные полимеры, нерастворимы. Они пропитывают клеточные оболочки растений и являются основанием, в которое включены воска. Воски растений - это сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Считают, что воска образуются клетками эпидермиса. Затем они выходят узкими каналами на поверхность листа, где кристаллизуются в виде палочек и пластинок. Кутин вместе с восками образуют кутикулу.
Стероиды и терпены. Молекулы этих соединений не имеют жирных кислот. Однако их относят к липидам. Они построены из изопреновых соединений, которые состоят из пяти углеводных соединений (СН). Стероиды входят в состав некоторых гликозидов, а терпены в состав эфирных масел (ментола, камфоры, натурального каучука).
Аминокислоты и белки. Каждый вид белка имеет свой состав и аминокислотную последовательность. Это определяет их функцию. Известно, что в состав клеток, тканей входят 170 разных аминокислот. В составе белков обнаружено 26 аминокислот, но в большинстве случаев в состав белков входят 20 аминокислот. В состав которых входят незаменимые аминокислоты, которые синтезируются только растительными организмами. К незаменимым аминокислотам относятся следующие: аргинин, гистидин, лизин, валин, треонин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин. Если аминокислоты имеют по одной карбоксильной и одной аминогруппе, то такие аминокислоты называют нейтральными. Если в составе аминокислоты больше одной аминогруппы, то такие аминокислоты называют основными. Те аминокислоты , которые в своем составе содержат больше одной карбоксильной группы, а аминогрупп одна, то такие аминокислоты называют кислыми.
Белки - это высокомолекулярные соединения, состоящие с остатков аминокислот. При электролитической диссоциации белки образуют ионы, несущие положительный и отрицательный заряды. Поэтому в нейтральных водных растворах аминокислоты выявляют свойства щелочей и кислот. Каждая аминокислота может быть в нейтральной форме при определенному значении рН. Значение рН при котором количество положительных зарядов равняется количеству отрицательных зарядов называют изоэлектрической точкой соответствующей аминокислоты. В этом случае аминокислота не движется ни к аноду, ни к катоду. Это важная биологическая характеристика аминокислот. Это дает возможность им обеспечивать буферность раствора. Белковые молекулы в растительной клетке выполняют роль ферментов. В клетке работают сотни разных ферментов, которые ускоряют соответствующие реакции. Последовательность этих реакций в клетке составляет метаболитические пути. Ферментативные реакции разделяют на реакции синтеза, или их еще называют анаболитические реакции и реакции распада или катаболитические реакции. Ферменты характеризуются специфичностью действия. Они образуют с субстратом фермент-субстратный комплекс. После окончания реакции этот комплекс распадается на продукт реакции и фермент. Фермент в процессе реакции не изменяется. Концентрации фермента и субстрата при определенных условиях существенно влияют на скорость ферментативной реакции. Особенно это заметно тогда, когда имеется значительный остаток субстрата. Ависимость между этими двумя компонентами можно выразить графически у виде прямой линии. В контакт с субстратом вступает лишь определенная часть фермента. Это часть фермента называется активным центром. Каждый фермент действует лишь на определенную связь субстрата и таким образом катализирует лишь определенную реакцию. Такая специфичность по Фишеру обусловлена формой молекулы фермента. В этом случае он высказал мысль про принцип ключа и замка, где субстрат ключ, а замок - фермент. Позже было установлено, что активные центры более физически гибкие. Это гипотезу высказал американский ученый Кошленд, соответственно которой субстрат осуществляет определенные изменения в молекуле фермента при соединении с ним. Эту гипотезу называют гипотезой индуктивного соответствия. Имеются экспериментальные данные, которые подтверждают эту гипотезу. Большинство ферментов состоят из белковой и небелковой части. Белковую часть молекулы фермента называют апоферментом. Небелковую часть, которая необходима для эффективной работы фермента, называют кофактором. Кофактором могут быть неорганические ионы, простетические группы и коферменты. Функцию кофакторов выполняют разнообразные органические молекулы, если эти молекулы крепко связаны с ферментом. Их называют простетическими группами, а если связаны слабо - кофактором. Примером простетической группы является ФАД, ФМН, НАД, НАДФ, кофермент А и др. Если активность ферментов регулируеются не субстратами, а другими веществами, которые соединены с ферментом в специфической его части на определенном расстоянии от активного центра, то такие ферменты называют алостерическими.
В клетке насчитывается около 500 ферментов. Специфичность их действия, особенности пространственной их организации, функциональные взаимодействия с другими компонентами клетки обеспечивают их регуляцию и соподчененность с разными метаболическими путями, которые осуществляются в клетке.