- •Глава 1 физиология и боихимия
- •Структурно-функциональная организация эукариотической клетки
- •Мембраны, их химический состав и функции
- •Структура и функции клеточной стенки
- •Компартментация протопласта растительной клетки
- •Общая характеристика класса растительных белков. Белки растений, их состав, структура и функции.
- •Общая характеристика класса углеводов и их роль в жизнедеятельности растений.
- •Общая характеристика класса нуклеиновых к-т. Их состав, структура и функции.
- •Общие свойства и функции ферментов.
- •Витамины и их роль в жизни растений.
- •Клеточная проницаемость. Гомеостаз, его значение для функционирования клетки.
- •Представление о тотипотентности клетки. Культура изолированных клеток, тканей н органов растений.
- •Глава 2 водный обмен
- •1.Общее представления о водном обмене растений.
- •2.Функции воды в растениях. Химическое и физическое свойства воды.
- •3. Термодинамические основы водообмена растительной клетки
- •4.Водный потенциал растительной ткани, методы определения и возможности использования для диагностики водного режима растений.
- •5.Осмотический потенциал растительной ткани ,, методы определения и возможност использования в сельскохозяйственной практике.
- •6.Корневое давление, физиологическая роль, зависимость от внутренних и внешних факторов.
- •7. Транспирация: виды, механизмы, физиологическая роль и зависимость от внутренних и внешних факторов. Методы учета и возможности регулирования транспирации.
- •8. Физиология устьичных движений . Значение устьиц в регулировании транспирации.
- •1. Фотоактивное движение устьиц
- •2. Гидроактивное движение устьиц
- •9. Транспирационный коэффициент и коэффициент водопотребления. Методы определения и величина у основных с/х культур.
- •Глава 3 фотосинтез
- •Фотосинтез-основа биоэнергетики растений. Значение для обеспечения автотрофности.
- •Общее уравнение фотосинтеза. Парциальные уравнения.
- •Особенности анатомо-морфологической структуры листа как органа фотосинтеза.
- •Химический состав, структура и функции хлоропластов.
- •Пигменты листа, их химическая природа и оптические свойства, методы их выделения и разделения.
- •Световая фаза фотосинтеза, её особенности и роль в процессе фотосинтеза.
- •Циклическое и нециклическое фосфорилирование.
- •Фиксация со2 у с3-растений.
- •Фиксация со2 у с4-растений.
- •Фиксация со2 у сам-растений.
- •12. Физиолого-биохимические различия между с3иС4-растениями
- •13. Фотодыхание и метаболизм гликолевой кислоты
- •14. Влияние на фотосинтез внутренних и внешних факторов. Дневная динамика и сезонные изменения фотосинтеза.
- •15. Взаимодействие факторов при фотосинтезе. Использование принципа взаимодействия факторов для регулирования фотосинтетической деятельности посевов.
- •16. Фотосинтез и урожай. Пути повышения продуктивности растений.
- •17. Методы изучения фотосинтеза.
- •18. Физиологические основы выращивания растений при искусственном освещении.
- •Глава 4 дыхание
- •Вопрос 1.Общие представления о дыхании и связанном с ним обмене веществ
- •Вопрос 2. Роль дыхания в жизни растения
- •Вопрос 3. Общая характеристика брожения (примеры реакций)
- •1.Спиртовое брожение.
- •2.Молочнокислое брожение
- •3.Маслянокислое брожение
- •Вопрос 4. Биологическое окисление. Основная дыхательная цепь
- •Вопрос 5. Классификация ферментов дыхания
- •Вопрос 6. Дегидрогеназы растений, их химическая природа и функции
- •1.Аэробные дегидрогеназы
- •2.Анаэробные дегидрогеназы
- •Вопрос 7. Оксидазы, их химическая природа и функции
- •1.Железопротеиды: гемин, цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза
- •2.Медьпротеиды: полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза
- •Вопрос 8. Митохондрии, их структура и функции
- •Вопрос 9. Окислительное фосфорилирование
- •Вопрос 10. Анаэробное дыхание (Общая характеристика гликолиза)
- •Вопрос 11. Аэробная фаза дыхания: химизм, локализация в клетке и биологическая роль
- •Превращение пирувата
- •Цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот
- •Вопрос 12. Энергетика дыхания, вклад аэробной и анаэробной фаз
- •2 Этапа дыхания:
- •Анаэробная фаза – гликолиз:
- •Анаэробная фаза:
- •Суммарная энергия составляет 38 молекул атф при двух оборотах цикла
- •Вопрос 13. Роль дыхания в биосинтезе белков, липидов, нуклеиновых кислот, фитогормонов и др. Веществ
- •Вопрос 14. Использование энергии, высвобождающейся в процессе дыхания в растительном организме. Субстраты дыхания
- •Вопрос 15. Зависимость дыхания от внутренних и внешних факторов
- •Особенности органов, их физиологическое состояние.
- •Скорость дыхания тканей определяется их физиологической активностью.
- •Расположение ткани.
- •Возраст растений.
- •Газовый состав среды
- •Температура
- •Механические и химические раздражители
- •Вопрос 16. Дыхательный коэффициент, способ его определения
- •Природа дыхательного субстрата
- •Вопрос 18. Превращения веществ при прорастании семян
- •Глава 5 минеральное питание
- •Вопрос1. Общие представления о минеральном питании растений.
- •Вопрос 2. Роль минерального питания в обеспечении автотрофности растительного организма.
- •Вопрос 3. Критерии необходимости элементов минерального питания для растения. Группы макро- и микроэлементов(принцип деления).
- •Вопрос 4. Корень как орган поглощения и усвоения питательных веществ.
- •Вопрос 5. Физиологическая роль и структурная организация ближнего, среднего и дальнего транспорта электронов минерального питания растений.
- •Вопрос 6. Распределение по органам, накопление и вторичное использование (реутилизация) элементов минерального питания в растении.
- •Вопрос 7. Физиологические основы применения удобрений при возделывании с-х культур. Возможности использования листовой диагностики условий минерального питания.
- •Вопрос 8. Антагонизм ионов, природа и значение в жизни растений. Физиологически уравновешенные растворы и их применение.
- •Вопрос 9. Физиологическая роль азота в обеспеченности питания растений нитратными и аммонийными солями.
- •Вопрос 10. Биосинтетическая деятельность корня.
- •Вопрос 11. Физиологическая роль микроэлементов. Внешние признаки недостатка.
- •Вопрос 12. Физиологическая роль фосфора и серы, их усвояемые формы и распределение по растению.
- •Вопрос 13. Вегетационный и полевой методы исследования, их роль в изучении основных закономерностей жизнедеятельности растений и решения практических задач.
- •Вопрос 14. Физиологические основы выращивания растений без почвы, использование в практике защищенного грунта.
- •Глава 6 рост и развитие
- •1.Рост и развитие растений
- •2. Фазы роста н развития клетки, их физиолого-биохимические особенности и пути регулирования.
- •3. Онтогенез и основные этапы развития растения. Физиологические особенности и пути регулирования.
- •4. Фитогормоны. Классификация, химическая природа, общие закономерности действия. Роль в регуляции роста и развития растений.
- •5. Корреляции роста, их физиологическая природа и роль в формировании морфологической структуры растения. Регулирование при выращивании с/х растений.
- •6. Общие закономерности роста и развития растений.
- •7. Ритмика физиологических процессов (физиологические часы у растений).
- •8. Возрастные изменения морфологических признаков и физиологических функций растений и их отдельных органов.
- •9. Синтетические регуляторы роста, физиологические основы их практического применения.
- •10.Фотопериодизм растений, его приспособительное значение.
- •11. Яровизация у озимых, двуручек и двулепников, её приспособительное значение.
- •12. Регулирование роста светом (фотоморфогeнез). Экологическая роль фитохрома.
- •13. Глубокий и вынужденный покой, биологическое значение, способы его продления и прерывания.
- •14. Ростовые движения (тропизмы и настии), их значение в жизни растений.
- •15. Аллелопатия как проявление биохимических взаимодействий между растениями.
- •Глава 7 устойчивость
- •2.Физиологические основы устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды.
- •3.Холодоустойчивость растений. Причины гибели растений и повреждения теплолюбивых растений при низких положительных температурах.
- •4. Морозоустойчивость растений. Физиологические причины гибели растений и повреждения их при действии отрицательных температур. Значение работ и.И. Туманова в изучении морозоустойчивости растений.
- •5.Зимостойкость как устойчивость растений к комплексу неблагоприятных факторов в осенне-зимний период. Причины повреждения растений и меры снижения.
- •7.Солеустойчивость растений. Типы засоления, причины повреждения и способы приспособления растений к засоленности. Пути повышения солеустойчивости растений.
Вопрос 7. Оксидазы, их химическая природа и функции
Функция оксидаз – активирование молекулярного кислорода, т.е. они катализируют заключительные этапы окисления.
Водород окисляемого субстрата соединяется с кислородом воздуха с образованием воды или пероксида водорода.
В зависимости от природы металла оксидазы могут быть разделены на 2 группы:
1.Железопротеиды: гемин, цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза
Окисление и восстановление цитохромов путем отдачи и присоединения электрона связаны с изменением валентности железа фермента в коферменте; благодаря этому цитохромы являются переносчиками электронов, а цитохромокисидаза играет роль последнего звена, способствующего их переносу на кислород воздуха.
Каталаза ускоряет реакцию разложения пероксида водорода на воду и кислород по уравнению: 2Н2О2 = 2Н2О + О2.
Пероксидаза с помощью пероксида водорода может окислять различные соединения, например, полифенолы, с образованием хинона и воды.
2.Медьпротеиды: полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза
Полифенолоксидаза катализирует перенос электронов и Н+ от ряда фенолов (гидрохинон, пирокатехин) на молекулярный кислород
Аскорбатоксидаза окисляет аскорбиновую кислоту (АК) в дегидроаскорбиновую (ДАК)
Вопрос 8. Митохондрии, их структура и функции
Структура:
-
Овальная форма
-
Двойная мембрана, между мембранами – межмембранное пространство, содержащее жидкость
-
Внутренняя мембрана образует выросты – кристы, расположенные перпендикулярно продольной оси органеллы; мембраны митохондрий проницаемы для большей части малых молекул и ионов
-
Внутреннее пространство митохондрии заполняет бесцветный раствор – матрикс, в котором находятся дыхательные ферменты
-
Состав: белки (60-65%), липиды (30%), а также нуклеиновые кислоты (ДНК – 0,5%, РНК – 1%)
-
В митохондриях имеется своя система синтеза белка, в том числе рибосомы
-
Образуются митохондрии из инициальных частиц, существующих в меристематических клетках и представляющих собой пузырьки, окруженные двойной мембраной
Функции
Основная функция - превращение энергии сложных органических веществ в энергию макроэргических связей АТФ
-
митохондрии – это органеллы, в которых происходит большая часть реакций дыхания
-
освобождаемая при этом энергия аккумулируется в АТФ и используется для работы клетки
-
в митохондриях происходит распад жирных кислот и превращение глицина в серин
-
митохондрии участвуют в ионном обмене, например, в них содержится запас ионов кальция
Митохондрия как органелла дыхания
-
на наружной мембране митохондрий расположены ферменты субстратного фосфорилирования и гликолиза
-
во внутренней мембране расположена цепь транспорта электронов и молекулы АТФазы, катализирующие образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата
-
в матриксе митохондрий – ферменты цикла Кребса и ферменты, катализирующие окисление жирных кислот
Вопрос 9. Окислительное фосфорилирование
Окислительное фосфорилирование – процесс фосфорилирования АДФ с образованием АТФ, сопряженный с транспортом электронов от восстановленных коферментов к кислороду воздуха.
Сопряженными называют процессы, которые идут совместно (одновременно) и один процесс доставляет энергию для другого. Любое нарушение, вызывающее прекращение транспорта электронов и увеличивающее проницаемость мембраны для протонов, приводит к торможению синтеза АТФ и выделению освобождающейся энергии в виде тепла.
Происходит на внутренней мембране митохондрий. Внутренняя мембрана митохондрии содержит белки-переносчики электронов и выполняет сопрягающую функцию, т.е. соединяет два процесса – транспорт электронов и синтез АТФ. Синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата сопряжен с транспортом электронов и перекачиванием протонов.
То есть, переносчики образуют электронно-транспортную цепь, которая встроена во внутреннюю мембрану митохондрий подобно тому, как переносчики, работающие в световой фазе фотосинтеза, расположены на тилакоидах гран и тилакоидах стромы хлоропласта.
Цепь переноса электронов состоит из ряда окислительно-восстановительных соединений, которые могут резко переходить из окисленной формы в восстановительную. Способность принимать и отдавать электроны количественно выражается стандартным окислительно-восстановительным потенциалом, который характеризует сродство молекулы-переносчика к электронам. Окислительно-восстановительные компоненты располагаются в порядке уменьшения отрицательных и увеличения положительных потенциалов.
Таким образом, порядок расположения компонентов цепи зависит от величины их окислительно-восстановительных потенциалов:
ФАД
НАДН – ФМН – убихинон – цит.b – цит.с1 – цит.с – цит.а,а3
Переносчики:
-
Пиримидиновые и флавиновые дегидрогеназы – переносят атомы водорода
-
Железосерные белки – переносят электроны
-
Убихинон – переносит электроны
-
Цитохромы – переносят атомы водорода
Переносчики, за исключением убихинона и цитохрома с, образуют 4 комплекса.
-
Комплекс I – НАДН-дегидрогеназный комплекс
Состоит из 22 полипептидных цепей, флавинмононуклеотида и 5и железосерных центров
Этот комплекс переносит электроны от НАДН через ФМН и железосерные белки на убихинон. Одновременно этот комплекс переносит и протоны
-
Комплекс II
Содержит ФАД-зависимую сукцинат, убихинон-оксиредуктазу и 3 железосерных белка
Этот комплекс катализирует окисление сукцината
Убихинон передает электроны от первого и второго комплексов третьему
-
Комплекс III (комплекс в – с1)
Состоит из 8и разных полипептидных цепей и является димером
В состав комплекса входят цитохромы b и с1, железосерный белок
Этот комплекс переносит электроны от восстановленного убихинона к цитохрому с
-
Комплекс IV – цитохромоксидазный комплекс
Состоит из 8и полипептидных цепей
Каждый мономер содержит цитохромы а и а1, 2 атома меди
Этот комплекс получает электроны от цитохрома с и передает их кислороду воздуха
Электроны переносятся последовательно от одного комплекса к другому и потом на кислород воздуха, имеющий наибольшее сродство к электронам. При переходе электрона от одного переносчика к другому освобождается энергия, количество которой прямо пропорционально разности между их редокс-потенциалами.
Два процесса окислительного фосфорилирования:
-
Первый процесс - перенос электронов от восстановленных коферментов НАДН и ФАДН2 через ЦПЭ на кислород – экзергонический (с выделением энергии):
НАД+ + Н+ +1/2O2 = НАД+ + H2О + 52 ккал/моль(≈220 кДж/моль)
-
Второй процесс - фосфорилирование АДФ, или синтез АТФ, - эндергонический ( с затратой энергии):
АДФ + Н3РО4+7,3 ккал/моль (30,5 кДж/моль) = АТФ + Н2О
Суммарное уравнение процесса окислительного фосфорилирования:
НАДН + Н+ + 3АДФ + 3Фн + 1/2О2 = НАД+ + 3АТФ + 4Н2О
С помощью специального белка, находящегося во внутренней мембране митохондрии, образовавшиеся в результате окислительного фосфорилирования молекулы АТФ быстро выходят в цитозоль, а молекулы АДФ из цитозоля транспортируются обратно в матрикс по принципу антипорта.