Растительная клетка, основы. Семинар 1, клетка и история. 1. Физиология растений предмет, цель и задачи. Связь физиологии с другими науками и ее место среди них
 Скачать 24.61 Kb.
|
|
1. Физиология растений: предмет, цель и задачи. Связь физиологии с другими науками и ее место среди них. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ – наука о функциональной активности растительных организмов. ОБЪЕКТ – фототрофные организмы ПРЕДМЕТ – функции растительного организма: • определение значения каждой из них для организма в целом; • установление взаимной связи функций и их зависимости от внешних и внутренних факторов; • изучение взаимодействия органов растения ЦЕЛЬ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ – раскрытие сущности процессов жизнедеятельности растительных организмов; пути их регуляции и управления; теоретическая основа для растениеводства и селекции. ЗАДАЧИ: • познание механизмов жизненных процессов в зависимости от генетических свойств растений; • изменение хода и направленности процессов в онтогенезе и под влиянием окружающих условий. Фундамент физиологии растений – физика/биофизика и химия/биохимия. Связана с анатомией и морфологией растений, эволюционным учением, физиологией животных (обмен веществ, рост, раздражимость, размножение, движение, приспособляемость). Физиология растений – фундамент агрономических наук (растениеводство, плодоводство, луговодство, овощеводство, агрохимия и др.). Занимает промежуточное положение между молекулярной биологией и общей биологией, экологией. 2. История развития физиологии растений. 3. Методы и методологические подходы физиологии растений. Основным средством познания физиологических процессов является эксперимент, опыт, т.е. физиология растений – наука экспериментальная Различают лабораторные, вегетационные и полевые опыты ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ – проводят с семенами, проростками, изолированными органами, тканями, клетками, органеллами ВЕГЕТАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ – проводят с растениями, которые выращивают в вегетационных домиках, теплицах, фитотронах (камерах искусственного климата; в сосудах, заполненных почвой или искусственной питательной смесью ПОЛЕВЫЕ ОПЫТЫ – проводят с растениями непосредственно в лесу, поле. ЧАСТНЫЕ МЕТОДЫ: газожидкостная распределительная хроматография; • метод меченых атомов; • культура тканей и органов; • электронная микроскопия; • электро-магнитный резонанс; • спектрофотометрия; • электрофорез. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ; исторический, • системно-структурный, • целевой, • взаимодействие наук и их методов в познании, • принцип симметрии. 4. Организация растительной клетки; ее сходство и различие с животной клеткой. Растительная клетка – эукариотическая, содержит ядро с ядрышками, митохондрии, аппарат Гольджи, ЭПР, микротела, пибосомы и компоненты цитоскелета. Отличие 1. Клеточная стенка; 2. Центральная вакуоль; 3. Включения твердых тел; 4. Пластиды; 5. Три генома (ядерный, митохондриальный и пластидный); 6. Кислород и питание разносятся в основном диффузным способом, хотя имеется основное русло сосудов. Сходство 1. Один вид энергии – АТФ; 2. Общий аминокислотный состав; 3. Наличие элементов-органогенов (С, Н, О, N); 4. Наличие идентичных молекул (ДНК, РНК); 5. Наличие элементарных мембран в клетках; 6. Наличие трансмембранного потенциала; 7. Общность процессов питания, размножения, дыхания. 5. Клеточная стенка: состав, свойства и функции. Клеточная стенка – плотная полисахаридная оболочка, изнутри выстлана плазмалеммой. Может быть первичной или вторичной, в зависимости от стадии растяжения и роста. Формируется во время телофазы митоза. Состав: 1) основа – целлюлоза, матрикс из белков, гемицеллюлозы и пектина. 2) Инкрустации из лигнина и суберина 3)Венщества на поверхности стенки – кутин, разные воски. 4)В стенке могут быть силикаты и карбонаты кальция. Целлюлоза и пектины адсорбируют воду, так как имеют карбоксильные группы. Лигнин – основное инкрустирующее вещество. Лигнин играет решающую роль в проведении воды и водных питательных веществ в стеблях растений. Суберин – участвует в регуляции водного и теплового режима (делает стенки труднопроницаемыми для воды и растворов.) Экстенсин – структурный белок, обуславливает катионообменную способность клеточной стенки. Кутин и воски – гидрофобные вещества, защищают поверхность эпидермальных клеток. Слой кутина обычно пронизан полисахаридными компонентами и образует кутикулу. Кутикула участвует в регуляции водного режима тканей и защищает клетки от повреждений и проникновения инфекций. 6. Ядро: строение и функции. Диаметр – около 10 мкм. Форма – сферическое, лопастное, удлиненное. Внутреннее содержимое ограничено ядерной оболочкой из внутренней и наружней мембраны. Она пронизана порами диаметром 10-20 нм, через которые транспортируются нуклеиновые кислоты и белки. В нуклеоплазме локализируется хроматин. В ядре есть ядрышко. В хроматине ядрышка находятся участки ДНК, ответственные за синтез рибосомальных РНК. Главная функция – хранение генетической информации и репликации ДНК. В нем происходит процесс транскрипции. А также в взаимодейсвтии с цитоплазмой конртолирует все процвессы жизнедеятельности клетки. 7. Вакуоль: состав, строение и функции. Особенностью строения растительных клеток, отличающей их от клеток животных организмов, является наличие вакуоли, которая содержит воду, различные органические и минеральные вещества, многие из которых находятся в растворенном состоянии. В вакуоли могут накапливаться сахара, органические кислоты, белки, оксалат кальция, антоцианы, алкалоиды, таннины. Поскольку вакуолярный сок кислый (рН 5,0—6,0 и даже ниже), большинство вакуолярных ферментов гидроли- тические, с кислым оптимумом рН. Для меристематических клеток характерно много мелких пузырьков — провакуолей; у зрелых клеток имеется одна большая вакуоль. На долю центральной вакуоли может приходиться около 90% объема клетки (см. рис. 1.1). В тканях семян и плодов имеются вакуоли, специализирующиеся на запасании белков. Вакуолярная мембрана (тонопласт) обладает избирательной проницаемостью и поэтому участвует в регуляции осмотических процессов, связанных с вакуолью, особенно в поддержании тургора. Вакуоли не просто пассивно накапливают продукты метаболизма, а активным образом участвуют в биохимическом круговороте веществ в клетке. ЯВЛЕНИЕ АВТОФАГИИ – участок цитоплазмы окружается автофагической вакуолью, кислые гидролазы расщепляют полимерное содержимое. Такие вакуоли в дальнейшем могут сливаться с другмими вакуолями, которые образовались другими путями. 8. ЭПР: виды, строение и функции. Это система каналов, пузырьков и цистерн, граниченная мембраной толщиной 6 нм. Существуют две разновидности эндоплазматического ретикулума (ЭР) — шероховатый и гладкий. На поверхности шероховатого (гранулярного) ЭР расположены рибосомы. Одной из главных функций шероховатого ЭР является обеспечение синтеза, транспорта и посттрансляционные модификации белков, синтезируемых на прикрепленных рибосомах. В мембранах как гладкого, так и шероховатого ЭР сосредоточены ферменты, обеспечивающие конечные этапы синтеза липидов. В гладком эндоплазматическом ретикулуме, помимо липидов, синтезируются терпеноиды, фенилпропаноиды, воски, а также осуществляется детоксикация токсичных для клетки веществ гидрофобной природы. 9. Микротельца: виды, строение и выполняемые функции. Это мелкие, сферические, окруженные мембраной органоиды с характерными для них ферментами. Есть два типа – пероксиомы и глиоксисомы. В пероксисомах окисляется гликолевая кислота, которая синтезируется в хлоропластах в ходе фотосинтеза, и образуется глицин., которая в митохондриях превращается в серин. В пероксисомах находятся ферменты, которые катализируют окисление двухуглеродных кислот, образующихся при фотодыхании (С2-путь фотосинтеза) и расщеплении пероксида водорода. Пероксисомы многочисленны в клетках листьев, где они взаимодействуют с хлоропластами. Глиоксисомы появляются при прорастании семян, в которых запасаются жиры, и содержат ферменты, необходимые для превращения жирных кислот в сахара. отдельно- сферосомы. Сферические сильно преломляющие свет отбразования диаметром 0.5 мкм. Они содержат липиды, иногда их называют олеосомами. При прорастании семян, запасающих жиры, сферосомы функционируют в комплексе с глиоксисомами и в процессах глюконеогенеза. 10. Митохондрия: строение, свойства и функции. Округлые или гантелевидные органоиды диаметром 0.5 мкм и длиной 1-5 мкм. Количество – варьирует, до 2000 на клетку, изменяется в зависимости от функционального состояния. Ограничены они наружней и внутренней мембраной, внутренняя образует складки - кристы. Внутрреннее содержимое – матрикс (там митохондриальная ДНК и рибосомы). Собственная кольцевая ДНК позволяет делится независимо от ядра. Период жизни – от 5 до 10 дней. в митохондриях функционируют системы аэробного дыхания и окислительного фосфорилирования, обеспечивающие энергитические потребности клеток. Во внутренней мембране локализованы компоненты электроннотранспортной цепи и АТР синтетазные комплексы, которые осузществляют транспорт электроно и протонов м сопряженный с ним синтез АТФ. 11. Пластиды: виды, строение и функции. Это ограниченные двойной мембраной округлые или овальные органоиды. Содержат внутреннюю систему мембран. Могут быть бесцветными или окрашенными. Изначальные – Пропластиды, внутренняя мембрана имеет небольшие впячивания. Если такая тсруктура сохраняется у органоидов зрелой клетки, их называют лейкопластами (в них откладываются запасные вещества и далее изменяют свое название из типа соединений, которых они запасли): 1) Крахмал – амилопласты 2) Жиры – элайопласты 3) Белки – протеинопласты и т.д. Так же есть этиопласты. Они формируются при выращивании зеленых растений в темноте. При освещении они превращаются в хлоропласты, и при этом внутренняя система мембран подвергается сложным перестройкам. Зеленые пластиды – ХЛОРОПЛАСТЫ. Отвечают за процесс преобразования энергии поглощенного света в химическую энергию органических веществ, синтезируемых из СО2 и Н2О. Внутренняя мембрана ограничивают строму (внутреннюю гомогенную среду) и образует многочисленные инвагинации – тилакоиды (дисковой формы, сложены в граны). В мембранах тилакоидов локализованы пегменты, важные компоненты редокс-цепей и запасания энергии, участвующие в поглощении и использовании энергии света. биохимические системы синтеза и превращения углеводов функционируют в строме, там же откладывается крахмал. Хромопласты – в них каротиноиды. При росте клетки количество хлоропластов увеличивается путем деления. 12. Клеточные мембраны: организация и свойства. Сейчас принята жидкостно-мозаичная гипотеза строения биологических мембран. Мембрана – это два слоя фосфолипидов причем липиды повернуты друг к другу своими гидрофобными концами, друг от друга - гидрофильными. Разрыхленное состояние биослоя при физиологических температурах обеспечивают ненасыщенные жирные кислоты полярных липидов и стерины. Липиды входящие в состав мембранного биослоя не закреплены жестко, а непрерывно меняются местами. 2 типа перемещения: 1) латеральная диффузия (в пределах одного биослоя) 2) Путем перестановки двух липидных молекул, противостоящих друг другу в двух монослоях. В жидких слоях липидных мембран находятся специализированные протеиновые комплексы. Липопротеины погружены в липидную фазу и удерживаются гидрофобными связями (интегральные белки). Гидрофильные белки (периферические) удерживаются на внутренней и внешней поверхностях мембран электростатическими связями, взаимодействуя с гидрофильными головками полярных липидов. Основную роль в формировании мембран играют гидрофобные связи: липид-липид, липид – белок, белок – белок. В составе мембран белки также выполняют функции ферментов, насосов, переносчиков, ионных каналов, регуляторов и структурных белков. 13. Функции клеточных мембран. Перечислим: барьерные, транспортные, осмотические, электрические, структурные, энергетические, биосинтетические, секреторные, пищеварительные, рецепторно-регуляторные. Первичная – защита внутренней среды от внешней. Но со временем появились механизмы трансмебранного переноса ионов, метаболитов, субствратов. 2 типа: Пассивный ( по химическому и электрическому градиентам) и активный (против градиента с затратой метаболической энергии). Пассивный осуществляется: а) через фосфолипидную фазу, если вещество растворимо в липидах. Б) по промежуткам между липидами, если они есть. в) с помощью липопротеиновых переносчиков. г) по специализированным каналам (натриевые, калиевые) Активный – осуществляется транспортными АТФазами с использованием энергии АТФ. Активный транспорт ионов Н+ может поддерживаться и за счет энергии НАДФ. Так перенос ионов Н+ через биологические мембраны с использованием АТФ или НАДФ получил название ПРОТОННОЙ ПОМПЫ. Она участвует в регуляции клеточного рН, создании клеточного потенциала, запасании и трансформации энергии, мебранном и дальнем транспорте, двигательной активности и т.д. ЕЩЕ РОЛЬ. Осмотрическая работа. Для растений осмотическое поступление воды не приводит к разрыву клеток, так как тургорному давлению противостоит противодавление растянутых клеточных стенок. Тургор позволяет поддерживать форму неодревесневшим частям и является той силой, которая обеспечивает рост растяжением растительных клеток. ЕЩЕ РОЛЬ. Структурная функция. Не понял, надо послушать |