Курс лекций по дисциплине "Физиология растений"

 

Липиды бислоя непрерывно меняются местами.

 

Типы перемещение липидных молекул:

 

1) в пределах своего монослоя (латеральная диффузия),

 

2) сегментальная,

 

3) вращательная,

 

4) путем перестановки двух липидных  молекул, противостоящих друг другу  в 2-х монослоях («флип-флоп»).

 

В состав мембран входят белки, выполняющие функции ферментов, насосов, переносчиков, ионных каналов, а также белки регуляторы и структурные белки.

 

Белки:

 

1)    интегральные, трансмембранные  – (пронизывают всю толщу мембраны),

 

2)    полуинтегральные, погруженные  в мембрану наполовину,

 

3)    переферические, располагаются  на поверхности мембраны сплошным  слоем.

 

Полипептидные молекулы интегрального белка может пересекать бислой один или несколько раз. Участок полипептидной цепи, проходящий через бислой, имеет форму спирали.

 

Аквопарины – мембранные белки, образующие внутри мембраны каналы, проницаемые для воды.

 

У полупогруженных белков поверхность той части глобулы, которая находится внутри липидного бислоя, гидрофобна, а поверхность выступающей из бислоя части – гидрофильна. Поверхностные белки находятся на наружной и внутренней стороне бислоя, их поверхность гидрофильна, а гидрофобные радикалы находятся внутри глобулы.

 

 

 

Свойства мембраны:

 

1) текучесть липидного слоя определяется  липидным составом. Благодаря текучести  осуществляется транспорт воды, ионов, восприятия внешних сигналов. От текучести мембранных липидов  зависит форма белковой голобулы, активность мембранных ферментов. Липиды мембраны могут находиться  в состоянии жидкого кристалла  или геля.

 

Мембранные белки также подвижны. Они способны вращаться вокруг своей оси. Многие из них могут свободно плавать в липидном бислое.

 

2) Упорядоченность – способность  каждой молекулы в данный момент  находиться в мембране на своем, строго определенном месте.

 

3) структурная - молекулы плотно  упакованы. Между молекулами есть  очень маленькие расстояния Упаковка  достигается с помощью межмолекулярных  взаимодействий.

 

4) транспортная -регулируют транспорт  веществ между клеткой и внешней  средой, между разными органеллами. Разные вещества проходят через  мембрану с различной скоростью. В живой клетке проницаемость  мембраны для данного вещества  не остается постоянной, а изменяется  в зависимости от потребности  клетки: непроницаемая для вещества  в данный момент мембрана может  стать проницаемой для него  в следующий момент. Под влиянием  любого фактора (температура, свет) рН, концентрация веществ, проницаемость  мембран изменяется, т.к. действие  любого фактора изменяет третичную  структуру белковых глобул, их  расположение в бислое.

 

5) самосборка. Белки встраиваются  в бислой согласно своим свойствам, и образуется мембрана. Самосборка  сопровождает рост клетки, способствует  восстанавлению разрушенных частей  мембраны.

 

6) мембрана регулирует скорость  и направленность химических  реакций,

 

7). Рецепторно –регуляторная функция  мембран. В состав мембран входят  хемо-, фото- и механорецепторы белковой  природы, чувствительные к действию  химических, физических факторов. Эти  рецепторы воспринимают сигналы, поступающие из внешней и внутренней  среды, обеспечивая адаптивные (приспособительные) ответы клеток на изменение  условий существования.

 

8. Осмотическая работа мембран. Регулируя концентрацию осмотически  активных веществ, растительные  клетки всасывают воду из окружающей  среды.

 

Таким образом мембраны обеспечивают возникновение и сохранение специфических, физико-химических условий. 

 

ЦИТОПЛАЗМА – многофазная высокуупорядоченная система, заключенная между плазматической мембраной и ядром. ЦМ – дифференцированная часть протопласта, прозрачная, полужидкая, бесцветная, хорошо преломляет свет. В молодой клетке она занимает всю полость, но затем вследствие быстрого роста клеточной оболочки в ЦМ появляются вакуоли, сливающиеся постепенно в одну крупную центральную вакуоль.

 

Мезоплазма – средняя часть ЦМ, заключенная между поверхностными мембранами. В мезоплазме различают матрикс или гиалоплазму и органоиды.

 

Гиалоплазма, основная плазма, матрикс цитоплазмы – непрерывная бесцветная водно-коллоидная система в клетке, способная к обратимым переходам из золя в гель.

 

Состав гиалоплазмы

 

-входят растворимые белки (ферменты  гликолиза, активации аминокислот  при биосинтезе белка, многие  АТФ-азы и др.),

 

-растворимые РНК, полисахариды, липиды.

 

Функции:

 

-определяет буферные и осмотические  свойства клетки. У молодых клеток  гиалоплазма плотная. Во взрослых  клетках плотность гиалоплазмы  уменьшается за счет гидротации, гиалоплазма одевает органоиды.

 

-через гиалоплазму идет транспорт  аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров, неорганических ионов, перенос  АТФ.

 

Коллоидные свойства ЦМ

 

 ЦМ представлена сложной  коллоидной системой, которая состоит  из белковых, углеводных и липидных  соединений. Белки относятся к  гидрофильным коллоидам. Коллоидная  природа ЦМ имеет большое биологическое  значение.

 

    При денатурации гидрофильные  коллоиды – белки – становятся  гидрофобными, теряют стойкость  – легко коагулируют. Наступает  денатурация белков, которые способны  адсорбировать красители.

 

Белки как амфотерные соединения вследствие реакций с электролитами изменяют свой заряд, что отражается на состоянии коллоидной системы, также на ее растворимости. С электролитами связана величина и знак заряда биоколлоидов ЦМ, соотношение между процессами гидратации и дегидротации.

 

Поверхность ЦМ является средой для процессов адсорбции и десорбции, что влияет на движение частиц, которое может иметь большую скорость, проходить одновременно в противоположных направлениях, влиять на свойства ЦМ – вязкость, эластичность, проницаемость.

 

Влияние взаимного превращения золя в гель наблюдается на протяжении всей жизнедеятельности клетки. На состояние ЦМ влияют концентрация ионов водорода, соотношение между содержание одновалентных и двухвалентных катионов.

 

Межмицеллярные пространства в ЦМ содержат кроме воды липиды, которые находятся в непрочной связи с некоторыми белковыми веществами. Липиды способны снижать поверхностное натяжение жидкостей, они концентрируются на поверхности.

 

Дисперстной средой является комплексный гидрозоль с высоким содержанием белковых и других макромолекул, сахаров, неорганических солей.

 

ЦМ обладает вязкостью. Вязкость – способность цитоплазмы оказывать сопротивление перемещению частиц или органелл относительно друг друга. Вязкость обусловлена:

физико-химическим состоянием геля и золя.

оводненностью

набором белков.

наличие минеральных веществ

 

5. фазы клеточного цикла,

 

6. от возраста клетки,

 

7. от типа тканей,

 

8.от действия внешних факторов

 

9.наличие ионов Ме. Ионы одновалентных  Ме снижают вязкость ЦМ, направляют Na, K,  делают ЦМ жидкой, а ионы II, III валентных Ме делают ее  более вязкой. В молодых клетках  вязкость ЦМ ниже, чем у старых.

 

10.изменения t. При низких температурах  вязкость ЦМ понижается, при 40 С  увеличивается, т. к. идет обезвоживание, коагуляция белков.

 

У суккулентов ЦМ более вязкая, чем у несуккулентов. Максимальная вязкость у покоящихся семян, старых клеток. Чем сильнее вязкость, тем старее клетка, тем медленнее метаболизм.

 

Эластичность – способность ЦМ восстанавливать свою форму (плазмолиз и деплазмолиз). Эластичность обусловлена тем, что клетка и мембраны меняют поверхность ЦМ в результате быстрой сборки и разборки молекул. Эластичность позволяет переносить обезвоживание, в результате чего наблюдается уменьшение и увеличение объема клетки, ядра, ЦМ. Зависит от:

типа клеток, ткангей

скорости фотосинтеза,

состояния почвы.

 

Движение. ЦМ находится в постоянном движении, оно очень замедленное и в обычных условиях почти незаметное. Под действием ряда факторов (химических веществ, повышенной температуры) движение ЦМ ускоряется.

 

Типы движения ЦМ:

 

1)    Вращательное – наблюдается  в клетках с крупной центральной  вакуолью, вокруг которой перемещается  постенный слой ЦМ. Скорость движения  – 1-2 мм/с. (можно наблюдать у элодеи, валлиснерии).

 

2)    Струйчатое движение  присуще клетками с несколькими  вакуолями, разграниченными слоями  ЦМ, которая передвигается отдельными  струйками в различных направлениях. (волоски молодых побегов тыквы, в волосках кожицы арбуза, в  волосках крапивы).

 

3)    Фонтанирующее движение  является промежуточным между  вращательным и струйным (водокрас).

 

4)    Колебательное движение  – частицы плавно скользят  в одном направлении (клетки многих  водорослей).

 

Движение ЦМ связано с :

 

1)    оводненности,

 

2)    вязкости,

 

3)    РН 5-7 движение ЦМ равномерное, РН меньше 5-7- движение увеличивается,

 

4)    T = 38C – ЦТ движется  интенсивно,

 

5)    Т = выше 45 – медленно.

 

6)    - связано с АТФ. Если  быстро идет обмен веществ- быстро  движется ЦМ.

 

Движение ЦМ обеспечивает:

транспортировку веществ,

способствует лучшей аэрации клетки,

обеспечивает тесную связь с внутриклеточными процессами.

 

Раздражимость. Это способность клетки реагировать на действие внешних и внутренних факторов – раздражителей и передавать возбуждение в другие клетки. Восприятие раздражения - перцепция или рецепция. У растений нет органов чувств, но есть рецепторные белки и клетки, воспринимающие разные воздействия. Различают фото-, хемо- и механорецепторы.

 

Снаружи любая клетка имеет отрицательный заряд.

 

В состоянии покоя клетка имеет РР =15-20млВ (покой есть заряд на мемране), а при действии раздражителя возникает РД до 200млВ. При состоянии покоя по обе стороны мембраны распространяются 1 и 2 валентные ионы. На внешней К, Na, а на внутренней Са, CI и поэтому клетки в покоящимся состоянии. Под действием раздражителя проницаемость мембраны возрастает для Са, CI, изменяется концентрация специфических транспортных белков. Действие раздражителя может быть не долгим (1-2 сек). При увеличении – гибель.

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

 

Химический состав растительной клетки

Белки. Строение, функции. Классификация белков.

Липиды и липоиды. Строение, функции.

Углеводы. Строение, функции.

Минеральные вещества.

Витамины.

 

 

В растительной клетке 85 % - воды, белка – 10%, ДНК – 0,4%, РНК – 0,7%, липиды – 2 %, органические вещества – 0,4%, минерал. в-в – 0,5%.

 

Вода в клетке свободная и связанная. 95% воды – связанная, является растворителем.

 

5% - связанная вода, которая связана  с белками, благодаря наличию  водородных связей. Связанная вода  при – температуре замерзает  медленнее – растение погибает.

 

Жизнь – способность существования белковых тел.

 

Белки: 55 % - углерод, азот – 15-18%, Н2 – 6,7%, S- 2,5%, О2 – 20-25%.

 

БЕЛКИ – полимеры, мономерами которых служат 20 аминокислот. Всего известно 300 аминокислот.

 

Общая формула-

 

Аминокислоты отличаются друг от друга радикалами, которые могут быть гидрофильными, гидрофобными, обладать кислотными или основными свойствами, нести положительный или отрицательный электрический заряд. В процессе синтеза белка карбоксильная группа (-СООН) одной аминокислоты соединяется с аминогруппой (NH2) другой с помощью связи  ….—НN-CO—.. – ковалентная  пептидная связь.

 

Разнообразие белков определяется различной последовательностью аминокислотных остатков. Молекула белка имеет первичную, вторичную, третичную, четвертичную структуру.

 

Первичная структура – определенная последовательность аминокислотных остатков в белковой молекуле, образованная ковалентными связями. Первичная структура белка закодирована (записана) в ДНК. Первичная структура каждого индивидуального белка сохраняется в поколениях.

 

Все существующие в природе белки различаются по первичной структуре. Каталитические свойства того или иного белка зависят от первичной структуры.

 

Вторичная структура. α спираль (α - структура)– водородные связи образуются в пределах одной полипептидной цепи и  так и между цепями.. Водородные связи возникают в результате относительно слабых связей между атомами кислорода и водорода, азота и водорода (например водородным атомом NH-группы одной пептидной связи и атомами кислорода СО- группы другой).

 

Спирализованные участки в полипептидной цепочки могут чередоваться с неспирализованными.