55. Білки їх будова та функції (лабораторна робота №1).

Білки – це біологічні гетерополімери, мономерами яких є амінокислоти. Білки синтезуються в живих організмах і виконують в них певні функції.

До складу білків входять атоми вуглецю, кисню, водню, азоту і іноді сірки. Мономерами білків є амінокислоти – речовини, що мають у своєму складі незмінні частини аминогруппу NH2 і карбоксильну групу СООН і змінювану частина – радикал. Саме радикалами амінокислоти відрізняються один від одного. Амінокислоти мають властивості кислоти і підстави (вони амфотерни), тому можуть з’єднуватися один з одним. Їх кількість в одній молекулі може досягати декількох сотень. Чергування різних амінокислот в різній послідовності дозволяє отримувати величезну кількість різних за структурою і функціями білків.

Будова білків.

Молекули білків в залежності від їх амінокислотного складу можуть бути представлені клубком (глобулярні білки: глобулін, інсулін, альбумін) або ниткою (фібрилярні білки: колаген, міозин, кератин). Кожному білку властива своя особлива геометрична форма — конформація, що складається з чотирьох рівнів організації.

Первинна структура — кількість і послідовність амінокислотних залишків, сполучених один з одним пептидними зв’язками в поліпептидного ланцюга. Найдовший ланцюг з амінокислотних залишків називають поліпептидом. Більшість поліпептидів містять від 300 до 500 амінокислотних залишків.

Вторинна структура — регулярна укладання або спирализация ланок поліпептидного ланцюга за рахунок водневих зв’язків між пептидними групами

Буває двох видів. -спіраль — спірально закручена, дуже стійка конформація (білок волосся і нігтів кератин); ?-конформація — кілька паралельних ланцюгів, пов’язаних водневими зв’язками, перпендикулярні ланцюгах (білок натурального шовку).

Третинна структура — просторова конфігурація спирализованной або попередньо укладеною поліпептидного ланцюга, підтримувана дисульфідними (-S-S-), іонними, водневими зв’язками і гідрофобними взаємодіями. Для цієї структури характерні найбільш складні і тонкі особливості просторової орієнтації білкових молекул, що відрізняють один білок від іншого. З хімічних зв’язків у кількісному відношенні переважають гідрофобні взаємодії між радикалами амінокислотних залишків, розташованих на відстані один від одного.

Четвертинна структура — спільне об’єднання декількох близьких за будовою третинних білкових структур (глобул або субодиниць) в єдину молекулу з придбанням нею природних властивостей. Глобули (субодиниці) у складі цієї структури називають протомерами, а четвертинні утворення — мультимером (наприклад, молекула гемоглобіну складається з двох ?-ланцюгів і двох ?-ланцюгів). Зв’язки, що підтримують мультимер, — електростатичні, іонні, гідрофобні, рідше дисульфідні Білкові структури виникають шляхом самозбірки. При певних умовах білки денатурують.

Властивості білків.

У воді білки розчиняються погано, дія високих температур, концентрованих кислот та лугів, солей важких металів викликає денатурацию.Денатурація — процес втрати білком четвертинної, третинної і вторинної структур, що призводять до втрати білком своїх властивостей. Денатурація може бути частковою (зруйнована четвертинна і третинна структури) або повної (зруйновані всі структури, підтримувані нековалетными зв’язками), оборотної і необоротної. Процес відновлення денатурировавшим білком своєї природної структури називають ренатурацией.

Функції білків.

1) транспортна: гемоглобін переносить О2 в крові, а в м’язах його акумулює міоглобін;

2) каталітична: ферменти (наприклад, трипсин, рибонуклеаза, каталаза) прискорюють біохімічні реакції, що протікають у клітці. Реакції в клітці йдуть без ферментів повільно, так як концентрація вихідних речовин мала. Ферменти зв’язуються зі своїми субстратами, тобто з тими речовинами, на які вони діють. Фермент має активний центр — ділянка, на якому йде дана реакція. Кожна реакція каталізується своїм ферментом, але є ферменти, які беруть участь у декількох реакціях. Деякі ферменти активні тільки в присутності речовин коферментів, які самі не є каталізаторами; в ролі коферментів зазвичай виступають різні вітаміни;

3) регуляторна: гормони (наприклад, інсулін, глюкагон) регулюють вуглеводний обмін в організмі;

4) захисна: білки імуноглобулін і інтерферон вибірково зв’язуються з чужорідними білками і клітинами в реакціях типу «антиген — антитіло» при імунній відповіді організму на різні інфекції;

5) скорочувальна: білки актин і міозин, що входять у склад м’язових волокон, джгутиків, війок і забезпечують всі рухи, до яких здатні клітини і організми;

6) структурна: білки (наприклад, колаген, кератин, фіброїн, еластин) входять до складу оболонок клітин сухожиль, кісток, хрящів, волосся, пір’я, роги, кігтів і т. п.;

7)рецепторна або сигнальна: білок опсин входить до складу світлочутливого пігменту сітківки родопсину очі і забезпечує перетворення світлової хвилі в електричний сигнал, який передається по зоровому нерву;

8) запасає: наприклад, білки-альбумін і казеїн входять до складу білка яєць, молока;

9) токсична: наприклад дифтерійний токсин, зміїна отрута — блокують різні реакції в організмі і призводять до його загибелі;

10) енергетична: характерна в основному для рослинних білків. Наприклад, клейковина, є джерелом енергії в клітині і в організмі. Цю функцію можуть виконувати і інші білки у разі використання кліткою запасів вуглеводів і жирів. При розщепленні 1 г білка звільняється 17, 2 кДж енергії.

56. Продихи регулювання їх руху.

Продихи у рослини - це пори, що знаходяться в шарах епідермісу. Вони служать для випаровування зайвої води і газообміну квітки з навколишнім середовищем. Вперше про них стало відомо в 1675 році, коли натураліст Марчелло Мальпігі опублікував своє відкриття в роботі Anatome plantarum. Однак він не зміг розгадати їх справжнього призначення, що послужило поштовхом для розвитку подальших гіпотез і проведення досліджень.

овжина продихи у рослини варіюється в залежності від виду та ступеня одержуваного їм освітлення. Найбільші пори можуть досягати в розмірі 1 см. Утворюють продихи замикають клітини, що регулюють рівень його відкриття. Механізм їх руху досить складний і відрізняється для відмінних один від одного видів рослин. У більшості з них - в залежності від водопостачання та рівня хлоропластів - тургор тканин клітин може як знижуватися, так і підвищуватися, тим самим регулюючи відкриття продихи.

Напевно, немає потреби детально зупинятися на такому аспекті, як функції листа. Про це знає навіть школяр. А ось за що відповідають устьица? Їх завдання - забезпечення транспірації (процес руху води через рослина і її випаровування через зовнішні органи, такі як листя, стебла і квіти), що досягається за рахунок роботи замикаючих клітин. Цей механізм захищає рослину від осушення в жарку погоду і не дозволяє початися процесу гниття в умовах надмірної вологості. Принцип його роботи гранично простий: якщо кількість рідини в клітинах недостатньо високо, тиск на стінки падає, і устьичная щілину замикається, зберігаючи необхідну для підтримання життєдіяльності вміст вологи. І навпаки, її надлишок веде до посилення напору і відкриттю пір, через які зайва волога випаровується. Завдяки цьому, роль устьиц в охолодженні рослин також велика, оскільки температура повітря навколо знижується саме за допомогою транспірації.

Також під щілиною розташована повітряна порожнина, що служить для газообміну. Повітря проникає в рослину крізь пори, щоб надалі вступити в процес фотосинтезу і дихання. Зайвий кисень потім виходить в атмосферу за допомогою все тієї ж устьичной щілини. При цьому її наявність або відсутність часто використовується для класифікації рослин.

Для виживання рослини вкрай важлива ступінь його пристосовності. Наприклад, для вологих місць характерні великі листові пластини і велика кількість продихів, в той час як в посушливих регіонах цей механізм діє інакше. Ні квіти, ні дерева не відрізняються розмірами, а кількість пір помітно скорочено, щоб перешкодити надлишкового випаровування.

Існує три шляхи випаровування:

1. через зовнішні стінки епідермісу в атмосферу - кутикулярна транспірація;

2. випаровування води через стінки клітин мезофілу в міжклітинники, а потім в пароподібному стані через продихи - продихова транспірація.

Інтенсивність кутикулярної транспірації сильно варіює у різних видів. Вона може складати від 2 до 50% від загальної транспірації. У молодих листків з тонкою кутикулою кутикулярна транспірація складає близько 50% (від 40 до 70%) від всієї транспірації .У зрілих листках з розвинутою кутикулою - 1/10 загальної транспірації. В старих листках відсоток кутикулярної транспірації знов зростає, внаслідок руйнування (тріскає) кутикули. Кутикулярна транспірація регулюється в основному товщиною шару кутикули.

Основна кількість води випаровується через продихи. Процес продихової транспірації можна поділити на ряд етапів. Перший етап - це перехід води з клітинних оболонок, де вона перебуває в крапельно-рідкому стані, в міжклітинники (пароподібний стан). Це власне процес випаровування. На цьому етапі спостерігається позапродихова регуляція. Це пов'язано з такими причинами :

1. чим менше води в клітині, тим вища концентрація клітинного соку, а це зменшує інтенсивність випаровування;

2. між мікро- і макрофібрилами целюлози клітинної оболонки капіляри заповнені водою. Коли води в клітинах багато, меніски в капілярах мають випуклу форму і сили поверхневого натягу послаблені. Це дає можливість легше відриватися молекулі води і переходити в пароподібний стан заповнюючи міжклітинники. При низькому вмісті води в клітинах меніски в капілярах ввігнуті, це збільшує сили поверхневого натягу і вода з більшою силою утримується в клітинних оболонках. У результаті цього інтенсивність транспірації скорочується.

Другий етап - це вихід пари води із міжклітинників в продихові щілини. Якщо продих закритий, то міжклітинники швидко насичується водяною парою і перехід води з рідкого в пароподібний стан припиняється. Коли продихи відкриті, то частина водяної парк виходить через них і нова порція води випаровується з поверхні клітин. Цей етап випаровування регулюється станом продихового апарату.

Третій етап - дифузія водяної пари води від поверхні листка в більш далекі шари атмосфери. Цей етап регулюється лише умовами зовнішнього середовища.

На стан продихового апарату впливають умови зовнішнього середовища і внутрішні фактори.

Розрізняють два типи реакцій продихового апарату на умови середовища:

1. Гідропасивна;

2.Гідроактивна.

Найбільш істотно на рух продихів впливає ступінь забезпечення клітини водою.

Гідропасивна реакція - це закривання продихових щілин, яке викликане тим, що оточуючі паренхімні клітини переповнені водою і механічно (пасивно) здавлюють замикаючі клітини. У результаті такого здавлювання продихи не можуть відкритися і продихова щілина не утворюється. Таке явище спостерігається після сильних дощів або поливів і може гальмувати процес фотосинтезу.

Гідроактивна реакція пов'язана з насиченням водою замикаючих клітин. Чим більше води в клітинах, тим продих відкритий і навпаки, чим менше води в клітинах, тоді продих закритий.

Реакція закривання продихів по мірі розвитку водного дефіциту в тканинах зумовлена збільшенням концентрації фітогормона - абсцизової кислоти в клітинах листка.

АБК синтезується у всіх клітинах кореня, але найбільше її утворюється у невакуолізованих клітинах кінчика цього органу. АБК розподіляється між апопластом і симпластом у відповідності до різниці рН між ними. Збільшення рН у апопласті кореня до слабо лужних значень відбувається при водному дефіциті за рахунок зниження активності н-АТФази ПМ. При залужнюванні апопласту у ньому підвищується вміст АБК і стимулюється перенесення АБК із транспіраційним током до листків. При зростанні вмісту АБК у листках закриваються продихи. Для посилення синтезу АБК достатньо зниження водного потенціалу на 0,2 мПа, що ще не виражається у видимому в'яненні, але приводить до закривання продихів. При нанесенні АБК на основу листка продих закривається через 3-9 хвилин.

Цитокініни сприяють відкриванню продихівФотоактивна реакція - відкривання продихів на світлі і закривання в темноті. Замикаючі клітини містять хлоропласти і в них проходить процес фотосинтезу. На світлі, при забезпеченні клітини водою продих відкривається ширше при більшій інтенсивності освітлення, причому діючим фактором є синє світло. Інтенсивний синтез вуглеводів в замикаючих клітинах збільшує в них сисну силу і викликає поглинання води і цим самим сприяє відкриванню продиху.На стан продихового апарату впливає концентрація СО2. Якщо концентрація вуглекислого газу в продиховій порожнині падає нижче 0,03%, тургор замикаючих клітин збільшується і продих відкривається. Частково за цим пов'язане відкривання продихів із сходом сонця.Згідно гіпотези канадського фізіолога У.Скарса, СО2 впливає на ступінь відкритості продихів через зміну рН у замикаючих клітинах. Зменшення вмісту СО2 приводить до підвищення рН (зсув в лужну сторону). В темноті кількість СО2 зростає і знижує рН (кисле середовище). Мінливість значення рН приводить до зміни активності ферментативних систем. У лужному середовищі активуються ферменти, які розщеплюють крохмаль, а в кислому - навпаки, які беруть участь у синтезі крохмалю. Розпад крохмалю на цукри підвищує осмотичний тиск і сисну силу, підвищення яких сприяє поступанню води в клітину і продих відкривається.Однак це не єдине пояснення. Японський дослідник М.Фужину показав, що замикаючі клітини продихів у відкритому стані містять більше калію на світлі, ніж у темноті. Додавання АТФ до епідермісу, який плаває на розчині КС1, збільшує швидкість відкривання продихів на світлі. На основі цих даних можна вважати, що осмотичний тиск замикаючих клітин продихів зростає завдяки посиленому поступанню К+, яке регулюється АТФ. АТФ утворюється в клітинах у результаті фотосинтетичного фосфорилювання, яке проходить на світлі. Дослідження вченого С.А. Кібрика (Росія) показали зростання вмісту АТФ в замикаючих клітинах продихів в процесі їх відкривання.