Особенности строения растительной клетки.основные структурные элементы их значение для ее жизнедеятельности.
Растительная клетка в отличие от животной клетки в своём составе имеет неживые компоненты: клеточную стенку и вакуоль, которые являются производным протопласта.Протопласт – всё живое в растительной клетке.
Цитоплазма –содержимое клетки лишенное органелл, но содержащее элементы цитоскелета. Белки-основная часть цитоплазмы, они вступают в сложные соединения с жирообраз. вещ-ми и углеводами образуя липопротеины и гликопротеиды. В состав цитоплазмы входит вода до 80%. Цитоплазма- коллоидный раствор белковых веществ. Цитоплазму ограничивает плазмолемма(-один или 2 слоя правильно ориентированных мицелл, обладающих избирательной проницаемостью).
Тонопласт- слой плазмы окружающий вакуоль, прохождение через него затруднено.
Органоиды: немембранные (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты)
одномембранные (ЭПС, АГ, лизосомы, пероксисомы, сферосомы)
двумембранные (ядро, митохондрии, пластиды)
Цитоплазма состоит из матрикса (основы или гиалоплазма,) и заключенных в нее органелл (хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи и др.), а также мембран. На поверхности цитоплазмы имеются мембраны — плазмалемма. Мембраны клетки состоят из липидов и белков. Т.о., строение мембраны имеет мозаичный характер.
Плазмодесмы представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки.С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. Эндоплазматическая сеть состоит из длинных канальцев, пронизывающих цитоплазму; представляет собой выросты двойной ядерной мембраны. Эндоплазматическая сеть образует в цитоплазме непрерывную систему, ограничивающую полости, по которым перемещаются вещества между ядром и цитоплазмой.
Аппарат Гольджи состоит из системы мембран, сгруппированных в стопки. По концам мембран наблюдаются вздутия, которые отшнуровываются от них в виде пузырьков.
Ядроокружено оболочкой, состоящей из двух мембран — внутренней и наружной. В ядерной оболочке имеются поры, через которые происходит обмен между веществами ядра и цитоплазмы. Ядро состоит из округлых гранул, образованных ДНК и РНК в соединении с белками. Кроме того, в ядре имеется одно или несколько ядрышек, содержащих в основном рибонуклеиновую кислоту (РНК).
Хлоропласты. Хлоропласт отделен от цитоплазмы оболочкой. Внутри хлоропласта расположены множество мелких телец, называемых гранами; эти тельца содержат хлорофилл.
Хлоропласт— это не просто мешочек, наполненный хлорофиллом. Самая способность этого пигмента улавливать энергию света зависит от его упаковки в гранах. Материал, в который погружены граны, называется стромой.
Митохондрии окружены двойной мембраной. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты – трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы.В митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Эта энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы.
Рибосомы состоят из белков (55%), фосфолипидов (4%) и рнк (40% от сухого вещества). Рибосомы образуются в ядрышке, где происходит их сборка из отдельных более мелких частиц. Рибосомы содержатся в цитоплазме и хлоропластах. их функция — синтез белка.
Лизосомы.Круглые пузырьки, осуществляющие внутреннее переваривание веществ. Содержат ряд ферментов, отделены мембраной от цитоплазмы.
Пероксисомы. Мелкие пузырьки. В них происходит фотодыхание.
Микротрубочки. Располагаются в наружном слое цитоплазмы. Состоят из белка тубулина. Входят в состав веретена при делении клеток (митозе).
Структурные особенности растительной клетки:
1. наличие жёсткой углеводной клеточной стенки, её основой является клетчатка
2. наличие вакуолей
3. наличие пластид, которые прямо (хлоропласты – фотосинтез) или косвенно связаны с фотосинтезом (лейкопласты – накопление продуктов фотосинтеза)
4. в клетках высших растений отсутствуют центриоли.
5. запасное питательное вещество – крахмал.
Функциональные особенности растительной клетки:
1. автотрофный тип питания,
2. рост клетки происходит за счёт растяжения (размер вакуоли увеличивается при поступлении в неё воды).
Основные свойства цитоплазмы:
1)Вязкость(показатель физиологич.состояния клетки.ее можно регулировать: соли Ca повышают вязкость, а K уменьшают)
2)Эластичность(способность возвращаться в исходное состояние после деформации)
3)Раздражимость- ответная реакция организма на внешнее воздействие(наиболее чувствительные клетки-конусов нарастания)
4)Движение цитоплазмы.2 типа движения:циркуляционное-неепрерывное и скользящее- на небольшие расстояния.
Поступление и превращение веществ в растительной клетке.Строение биологической мембраны. Активный и пассивный транспорт веществ.Значение белков жиров и углеводов в жизнедеятельности клетки.
Из внешней среды в клетку поступают непрерывно вещ-ва, соли.Это обеспечивыает жизнедеятельность организмов.Клетка избирательна в накоплении питат.вещ-в.Концентрация солей в клетке и за ее пределами различна. Поглощение ионов идет путем адсорбции и дальнейшего перемещения в радиальном направлении 2умя путями: 1путь-диффузия через свободное пространство(апопластический путь), 2 путь-через мембраны и цитоплазму- симпластический путь. Свободное пространство(3-5%) только в оболочке.Основной путь симпластический с преодолением барьеров и затратой энергии.
Принято жидкостно-мозаичное строение мембран. Мембрану составляет двойной слой фосфолипидов с некоторым количеством галактолипидов, стеринов и жирн.к-т. Липиды повернуты др к др гидрофобными концами. Наружн. и внутренние стороны мембраны обращены в разные среды. Липиды входящие в мембранный бислойдвижутся, соверщая движения 2 типов:1) в пределах одного монослоя(покачивания, вращательные, латеральные-меняются местами в 1 монослое), 2)перестановка липидов из 1 монослоя в другой(флип-флоп).Мембранные белки выполняют ф-ции насосов, ионных каналов и структурных белков.Их ф-ции: барьерная, транспортная, осмотическая, структурная, энергетическая, биосентетическая, секреторная, пищеварительная, электрическая.
Изначально клеточная мембрана служила отделением внешней среды от внутренней. С появлением мембранных барьеров возникли механизмы тарнсмембранного переноса.Пассивный транспорт осуществляется через фосфолипидную фазу: - по промежуткам между липидами; - с помощью липопротеиновых переносчиков; - по специализированным каналам.Без затрат энергии и по градиенту концентрации!
Активный транспорт осуществляется: - осуществляют транспортные АТФ-аза с использованием энергии; - перенос ионов Н+ (водородная помпа). Осуществляется против градиента конц-ии и с затратой энергией. Водород. Помпа необходима растениям как животным Na/K насос. Она регулирует внутриклеточный pH, создает мембранный потенциал, участвует в запасании энергии, транспорте веществ.
Первый этап поступления солей в клетку- это пассивный процесс, связан с проникновением в свободное пространство(заполненное водой межфибрилярное пространство в промежутке между клеточной оболочкой и мембраной) путем диффузии. Для проникновения в цитоплазму через плазмолемму используются переносчики: Ионы реагируют на поверх-ти мембраны, образуется комплекс переносчик ион, он движется к противоположной стороне, где комплекс распадается и ион движется во внутр.среду клетки. Переносчики по своей природе белки, обладают избирательной проницаемостью.
Для использования энергии заключенной в АТФ, она должна быть гидролизована. Это осуществляется ферментов АТФ-аза( аденозинтрифосфотаза)которая обнаружена в мембранах клеток. Она участвует в активном переносе ионов. Участок фермента, связывающий определенный ион поворачивается и оказывается по др.сторону мембраны.
Пиноцитоз –впячивание поверхностной мембраны, происходит заглатывание капелек жидкости с растворен.вещ-ми.
Проникающие через плазмолемму ионы накапливаются и связываются цитоплазмой, а их избыток переходит в вакуоль(через тонопласт с помощью переносчика).
Классификация белковБелки делятся на:Протеины (простые белки)Протеиды (сложные белки).Протеины разделяются по свойству растворимости и расположению в клетке-альбумины, глобулины, проламины, глютелины. Протеиды представляют собой сложные белковые молекулы, состоящие из нескольких простых белков и обязательной небелковой части. В зависимости от состава этой группы протеиды подразделяются на:нуклеопротеиды (рибосомы, вирусы),липопротеиды,гликопротеиды,фосфопротеиды,гемопротеиды,металлопротеиды. Функции белков: Поскольку белки занимают ведущее место в составе органических веществ в клетке, то их функции крайне разнообразны. Белки являются в клетке:ферментами (т.е. ведут катализ биохимических реакций),структурными (строительными) молекулами,запасными веществами,транспортными молекулами (перенос кислорода, углекислого газа,жиров,железа и т.д.),сократительными (мышечными) молекулами,защитными веществами,токсинами,гормонами.
Углеводыявляются первыми синтезируемыми в процессах фотосинтеза или хемосинтеза органическими веществами, а затем в процессе биохимических превращений участвуют в создании других органических веществ.Классифицируются углеводы на 3 группы: моносахариды или монозы, иногда их называют - простые сахара.олигосахариды,полисахариды.
Моносахара- это простые молекулы с числом атомов углерода от 2 до 7. В соответствии с этим она называются: биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы. Наиболее известный представитель моноз – глюкоза(основной материал для дыхания,брожения и др.процессах обмена).
Олигосахара -это относительно простые молекулы, состоящие всего из 2-3 молекул моноз. Наиболее известный представитель олигосахаридов - сахароза. Олигосахариды легко растворяются в воде, участвуют в реакциях синтеза более сложных сахаров.
Полисахариды -сложные молекулы, состоящие из большого количества простых сахаров. эти молекулы нерастворимы в воде. Наиболее известные представители полисахаридов – крахмал(основной запасной полисахарид), гликоген, клетчатка(может подвергаться одревеснению-лигнин меняет прочность и эластичность клеток, опробковению-суберин делает непроницаемой оболочку для воды и газов, ослизнению-у водорослей), пектины.Функции углеводов:энергетическая(используется энергия углеводов при дыхании ),строительная,запасающая(крахмал, сахара), регкляторная-регулирует процессы жизнедеятельности растений).
Жирыобразуются из угеводов.это эфиры жирных кислот и глицерина.
Растительные масла и жиры являются питательными запасными веществами в семенах. В результате превращения жиров образуется сахар. Продукты распада быстро используются для различных синтезов происходящих в процессе роста.Основные функции жиров - энергетическая, строительная и запасающая.
Транспирация, ее физиологическое значение. Лист как основной орган транспирации, устьичная и кутикулярная транспирация. Строение устьиц и регуляция устьичных движений. Влияние внешних условий на поступление воды в растение.
Транспирация- физиологический процесс испарения воды растениями.ее значение:1)спасает от перегрева, 2) создает непрерывный ток воды из корн.системы к листьям, 3)с транспирацион.током передвигаются все растворенные минерал. и органич. вещ-ва, 4)интенсивная транспирация определяет скорость метаболизма.Основной орган транспирации-лист. Из стебля вода движется в лист через черешок, затем по листовым жилкам. Количество проводящих элементов в каждой жилки уменьшается по мере их ветвления. Снаружи листья покрыты однослойным эпидермисом, внешние стенки покрыты кутикулой.Они образуют барьер на пути движения воды.Устьичные отверстия образованы 2умя замыкающими клетками, стенки которых неравномерно утолщены. Если воды в них мало-они плотно прилегают др к др-устьичная щель закрыта. Если воды много-вода давит на стенки растягивая их-устьица открыты.
Транспирация слагается из 2 процессов:1)передвижение воды из листовых жилок в поверхностные слои клеток паренхимы, 2)испарение воды из клеточных стенок в атмосферу через устьица(устьичная транспирация- это основной путь для СО2 и О2-идет интенсивно) или путем кутикулярной транспирации(- потеря воды через кутикулу листа, у молодых листьев составляет до 50% всей транспирации, у взрослых 0,1 %).
Открытие устьиц регулируется 2умя факторами:внешней(влажность воздуха, условия водоснабжения, свет, температура) и внутренней среды(ионный баланс, фитогормоны). Влияет на движение устьиц обеспеченность клеток водой. Различают гидроактивные(зависят от изменения в самих замыкающих клетках) и гидропассивные(изменения в клетках окружающих устьица) устьичные движения. Гидропассивное закрытие связано сдавливающим действием соседних клеток, открытие произойдет при ослаблении сдавливания в условиях слабого дефицита воды. Гидроактивное закрытие связано с повышением транспирации над корневым давлением. Замыкающие клетки имеют хлоропласты, чем больше освещения тем устьица шире(это фотоактивная реакция). Фотосинтез в замыкающих клетках участвует в регуляции устьичных движений: свет уменьшает содержание кол-ва СО2 в замыкающих клетках, повышается рН(сдвиг в щелочную сторону), изменяется активность ферментов участвующих в распаде крахмала, он распадается на сахара, которые увеличивают осмотические показатели и сосущую силу клеток. В замыкющие кл-ки начинает поступать вода. Противоположные явления приводят к закрыванию устьиц.
Влияние внешних условий: 1)при повышении to-увелич транспирация; 2)свет:на свету повышается to, при свете увеличивается проницаемость цитоплазмы для воды, увелич скорость ее испарения, увеличение света повышает транспирацию; 3)Ветер-сильное влияние оказывает на растения со слаборазвитой кутикулой.
Влияние внутренних условий: 1) чем концентрированней клеточный сок тем слабее транспирация; 2) эластичность клеточных стенок; 3)чем развитее листов.пластинка тем больше потеря воды; 4) в увеличением возраста растения интенсивность транспирации падает.
Гидростабильные виды- испарение воды достигает максимум до полудня, затем падает, вновь повышается вечером, ночью минимальна- злаки и древесные формы)
Гидролабильные виды- растения способны переносить резкие изменения содержания воды, ночью транспирация минимальна
Суккуленты- ночью устьица всегда открыты, днем в зависимости от условий среды(кактус)
Передвижение воды по растению. Теория сцепления. Водообмен между ксилемой и флоэмой.Влияние внешних условий на поступление воды в растение. Водный обмен у различных экологических групп растений.
Ксилема-распределительная система снабжающая ткани водой.Также осуществляется ток воды по клеточным стенкам который поддерживается транспирацией. Существует 2 механизма обеспечивающих восходящий ток: Транспирация – главная движущая сила восходящего тока. Вода в труюках сосудов ксилемы продвигается вверх в ответ на присасывающее действие транспирации вследствие сил сцепления(когезии) молекул воды др с др и прилипания(адгезии) столба воды к стенкам сосудов. С помощью сил адгезии и когезии даже при недостатке воды связь между молекулами воды и стенками сосудов не нарушается.
Восходящий ток доставляет воду и мин.вещ. от корня к наземным частям где они используются на метаболические реакции, поддержание тургора, транспорт органич.вещ-в по флоэме .Нисходящий ток формируется в клетках мезофилла листа и доставляет орг.вещ. тканям корня. Вода поглощенная корнем под влиянием водного потенциала(который возникает под действием транспирации и корневого давления) передвигается к сосудам ксилемы, а в корневой системе имеется 2 объема по которым движется вода(апопласт и симпласт).Апопласт- свободное пространство корня, в кот входят межклетники и сосуды ксилемы(разделен на 2 части:1ая-в коре корня до клетока эндодермы,2ая- по другую сторону эндодермы включая сосуды ксилемы).Симпласт- совокупность протопластов всех клеток, ограниченных полупроницаемой мембраной(представляет собой единую систему). Клетки эндодермы содержат пояски Каспари(биологический барьер для передвижения воды по свободному пространству). Передвижения воды по коре корня идет по апопласту и симпласту, вклетках эндодермы движение воды только по симпласту. В корнях односторонний ток(теория Сабинина): в коровой паренхиме каждая следующая клетка корня обладает повышенными осмотическими свойствами на 0,1 атм по сравнению с предыдущей. Все клетки обладают полярностью(с 1 стороны образуются осмотически активные вещества, с другой-неактивные). Дальнейшее передвижение воды идет по сосудистой системе корня стеблей листьев. Пров система стебля сост из сосудов и трахеид. Из стебля вода попадает в лист в жилки, которые разветвляются, становятся мелче( чем гуще сеть тем меньшее сопротивление встречает вода). Передвижение воды в листов.пластинке идет в основном по клеточн.стенкам, тк сопротивление здесь меньше. Направленный вниз флоэмный ток из клеточных стенок мезофилла переходит во флоэмные окончания и доставляет сахара, орг.соединения к корню, где окончания флоэмы лежат рядом с окончаниями ксилемы и вода вновь поступает в ксилему и движется вверх.
Влияние внешних условий:Поступление воды через корн.сист. зависит от to с ее понижением скорость поступления воды резко сокращается тк уменьшается проницаемость протоплазмы для воды, уменьш скорость всех метаболич процессов, повышается вязкость воды-снижается ее подвижность, снижение метаболизма через недостаток О2 , избыток СО2 .
Гидрофиты – в воде полностью или частично, регулирует постоянство состава внутрен.среды с помощью механизма защиты от поступления избыточ.количества воды. Первичные- водоросли, Вторичные- цветковые растения.
Пойкилогидричные- растения которые не способны поддерживать постоянство водного обмена(водоросли, лишайники , мхи).
Гомойогидричные- обладают механизмами регуляции устьичной и кутикулярной транспирации. Делятся на гигрофиты(растения обитающие в местах с высокой влажностью воздуха или почвы, у них отсутствуют приспособления,ограничив. расходывание воды), мезофиты(наземные растения, которые приспособлены к среде с более менее достаточным увлажнением почвы-ромашка, ландыш, сирень) и ксерофиты(растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху).