Функции воды в клетке
Осмотические явления в клетке (Осмос – проникновение воды через полупроницаемую мембрану, вызванное разностью концентраций)
Растворы | Изменения | |
В растительной клетке | В животной клетке | |
Гипертонический | Плазмолиз – отставание цитоплазмы от клеточной стенки вследствие осмотической отдачи клеткой воды. Обратный процесс -деплазмолиз | Выход воды из клетки, вследствие чего происходит сморщивание клетки и ее гибель |
Изотонический | Изменений нет | |
Гипотонический | Поступление воды в клетку, вследствие чего возникает напряженное состояние - тургор | Поступление воды в клетку, вследствие чего происходит разрыв клетки и ее гибель |
Движение воды происходит всегда из раствора с меньшей концентрацией растворенных веществ в раствор с их большей концентрацией. Диффузия воды происходит с силой, равной осмотическому давлению. Чем больше концентрация раствора, тем больше его осмотическое давление.
Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации
Элемент | Роль в клетке | Роль в организме | Явления, возникающие при недостатке | ||
растительном | животном | у растений | у животных | ||
Натрий (Na) в виде ионов | Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембране (в результатеработы натриевого и калий-натриевого насосов) | Ионы Na+ участвуют в поддержании осмотического потенциала клеток, чтообеспечивает поглощение водыиз почвы (регуляция водного обмена) | Ионы Na+ влияют на работу почек; участвуют в поддержании сердечного ритма(вместе с ионамиК+ и Са2+); вместе с ионамихлора С1‾ составляют большуючасть минеральных веществкрови;участвуют в регулированиикислотно-щелочного равновесияорганизма, входя в состав буферной системыорганизма, влияет на синтез гормонов | Недостаток встречается редко | Мышечные судороги |
Магний (Mg) | Активирует энергетический обмени синтез ДНК. Объединяет две субъединицы рибосомы | Входит в составмолекулы хлорофилла;ион Mg2+нарядус Са2+образуетсоли с пектиновыми веществами. | Входит в составферментов, необходимых дляфункционирования мышечной,нервной и костной тканей | Хлороз | |
Кальций (Са) | Ионы Са2+ участвуют в регуляцииизбирательнойпроницаемостиклеточной мембраны; участвуют в процессах соединенияДНК с белками | Ионы Са2+, образуя соли пектиновых веществ,придают твердость межклеточному веществу, соединяющему растительные клетки; участвуют в формировании срединной пластинки междуклетками. Входит в состав оболочек некоторых водорослей | Нерастворимыесоли кальциявходят в составкостей позвоночных, раковинмоллюсков, коралловых полипов,. Ионы Са2+ участвуют в образовании желчи; повышают рефлекторную возбудимость спинного мозга ицентра слюноотделения; участвуют в синаптической передаче нервногоимпульса; в процессах свертывания крови; активируют ферменты при сокращении поперечнополосатых мышечных волокон | Угнетение роста вследствие повреждения меристем, в первую очередь страдают корни | Плохой рост костей, рахит. Потеря сознания, плохая свертываемость крови |
Железо (Fe) | Входит в составцитохромов-ферментов — переносчиков электронов на III этапедиссимиляции ив световой фазефотосинтеза; в состав каталазы, пероксидазы – ферментов дыхания | Участвует в биосинтезе хлорофилла; входит в составферментов,участвующихв дыхании; в составе цитохромов — переносчиков электронов в ходефотосинтеза | Входит в составгема белка — переносчика кислорода — гемоглобина и белка,содержащего запас кислородав мышцах —миоглобина.(Небольшой запас находитсяв железосодержащем белке ферритине в печени иселезенке.) | Сильный хлороз листьев, в частности, молодых листьев | Малокровие |
Калий (К) В виде ионов | Участвует в поддержании коллоидных свойствцитоплазмы (снижает вязкость); участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциалана мембране(в результате работы натрий-калиевого насоса); активирует ферменты белкового синтеза; входит в составферментов, участвующих в гликолизе | Участвует в поддержании осмотического давления (регуляции водногорежима); участвует в регуляции устьичных движений; входит в составферментов, участвующих в фотосинтезе.(Обычный компонент клеточногосока в вакуоляхрастительныхклеток, содержится в виде ионов К+.) | Участвует в поддержании сердечного ритма(вместе с натрием и кальцием); участвует в проведении нервного импульса | Пожелтение и побурение листвы по краям, торможение роста побегов | Недостаток встречается редко, возможен при применении мочегонных препаратов |
Сера (S) | Входит в составаминокислот(цистеина, метионина, цистина); участвует в формировании третичной структурыбелка (образование дисульфидных мостиков); входит в составкофермента А инекоторых ферментов; участвует в бактериальном фотосинтезе (сера входит в состав бактериохлорофилла,H2Sявляется источником водорода);ОВР соединений серыявляются источником Е при хемосинтезе | В основном определяетсяролью этого элемента в клетке | В основном определяетсяролью этого элемента в клетке. Кроме того, входит в состав инсулина, витамина B1, биотина, некоторых ферментов. В печени образует продукты обеззараживания ядовитых веществ | Хлороз (прежде всего в молодых листьях), торможение роста, синтез антоцианов | |
Фосфор (Р) | В виде остатковфосфорной кислоты входит в состав АТФ, нуклеотидов, ДНК,РНК, коферментов НАД, НАДФ,ФАД, фосфорилированных сахаров, фосфолипидов, многихферментов; входит в составвсех мембранныхструктур; в минеральной форме (НРО42-, Н2РО4-). Принимает участие в синтезе белков, фосфолипидов и др. | В основном определяетсяролью этого элемента в клетке. Играет важную роль в цветении, плодоношении и созревании семян | В основном определяетсяролью этого элемента в клетке. В виде фосфатоввходит в составкостной ткани,зубной эмали; у млекопитающих фосфатнаябуферная система, в состав которой входятанионы Н2РО4‾ иНРО42‾вместе сбикарбонатнойбуферной системой), поддерживает рН тканевойжидкости в интервале 6,9-7,4 | Угнетение роста, в первую очередь, корня; задержка цветения и плодоношения, омертвение тканей | Недостаток встречается редко |
Хлор (Сl) | Анионы Сl‾ (вместе с различнымикатионами) поддерживают электронейтральностьклетки | Анионы Сl‾ участвуют в регуляции тургорногодавления, принимает учасиме в фотоокислении воды при фотосинтезе | Анионы Сl‾ вместе с катионаминатрия Na+ участвуют в формировании осмотического потенциала плазмыкрови;участвуют в процессах возбуждения и торможения в нервныхклетках; входят в составсоляной кислоты, являющейсякомпонентом желудочного сока | Недостаток встречается редко | Мышечные судороги |
7. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов
Элемент | Роль в клетке | Роль в организме | Явления, возникающие при недостатке | ||
растительном | животном | у растений | у животных | ||
Цинк (Zn) | Входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в синтезе аминокислоты - пролина | Входит в составферментов, активизирующихрасщеплениеугольной кислоты и ферментов,участвующихв синтезе растительных гормонов — ауксинов | Входит в составфермента, участвующего в транспорте углекислого газа в кровипозвоночных;фермента, гидролизующего пептидные связипри переваривании белков; входит в состав ферментов, необходимых для нормального роста, инсулина | Деформация листьев, разрушение точек роста | Задержка роста |
Медь (Сu) | Входит в составферментов оксидаз, участвует в синтезе цитохромов(ферментов — переносчиков электронов) | Входит в состав пластоцианина – фермента-переносчика световой фазы фотосинтеза, ферментов, участвующих в темновых реакцияхфотосинтеза | Участвует в кроветворении, синтезе гемоглобина; у беспозвоночных входитв состав белков —переносчиковкислорода —гемоцианинов;у человека входит в состав фермента, участвующего в синтеземеланина (пигмента кожи), определяет также окраску животных | Нарушение развития семени, некроз листьев, преждевременное опадение | Анемия, заболевания сердца, нарушение пищеварения, кроветворения и др. в больших количествах токсична |
Йод (I) | Принимает участие в регуляции энергетического обмена | В виде ионов влияет на азотный обмен, активность ферментов фотосинтеза и углеводного обмена | У позвоночныхживотных входит в состав гормона щитовидной железы —тироксина | Недостаток встречается редко | Эндемический зоб, кретинизм у детей, миксидема у взрослых |
Фтор (F) | Явная необходимость отсутствует | В виде нерастворимых кальциевых солей входит в составкостей и зубной эмали | Недостаток встречается редко | Кариес. Избыток – пятнистость зубной эмали |
Марганец (Мn) | Входит в составферментов, участвующих в дыхании, окислениижирных кислот,повышает активность ферментакарбоксилазы; входит в состав некоторых пигментов | Входит в составферментов, участвующих в темновых реакцияхфотосинтезаи в восстановлении нитратов; ионы Мn участвуют в фотоокислении воды при фотосинтезе | Входит в составфосфатаз — ферментов, необходимых для ростакостей | Пятнистость листьев (хлороз) | Плохое развитие костей |
Бор (В) | Влияет на ростовые процессы и деление клеток, стимулирует образование крахмала из глюкозы. | Изучена мало. Известно, что бор обнаружен в костной ткани, способствует понижению основного обмена у больных тиреотоксикозом, усиливает гипогликемическое действие инсулина. Есть данные, указывающие на положительное влияние бора на рост и продолжительность жизни. | Отмирание верхушечных почек, цветков, завязей, проводящих тканей | Нарушения со стороны опорно-двигательного аппарата, в углеводном и основном обмене | |
Молибден (Мо) | Входит в составферментов, участвующих в фиксации азота (у азотфиксирующихбактерий) и утилизации спиртов | Входит в составферментов, регулирующих работу устьичногоаппарата, и ферментов, участвующих в синтезеаминокислот. Способствует азотному питанию растений (восстановление нитратов и азотфиксация), повышает стойкость к грибковым заболеваниям | Входит в состав фермента, участвующем в обмене пуринов, и в ферменте, контролирующем превращения спиртов на стадии окисления альдегидов (иными словами, защищающей организм от отравления), в малых дозах стимулирует образование гемоглобина, в больших же тормозит этот процесс | Замедление роста, ухудшение дыхания, торможение синтеза белков, нарушение азотного и фосфорного обмена. Хлороз старых листьев | Задержка роста, нарушение пуринового обмена |
Кобальт (Со) | Участвует в фиксации атм.азота у бактерий в клубеньках | Входит в состав витамина В12. принимает участие в синтезе гемоглобина и в развитии эритроцитов. | Недостаток встречается редко | Кобальтдефицитная анемия | |
Бром (Вr) | Входит в состав витамина В1 — составной части фермента, участвующего в расщеплении пировиноградной кислоты у животных, растенийи микроорганизмов | В основном определяется ролью этого элемента в клетке | В основном определяется ролью этого элемента в клетке. Задерживаясь в щитовидной железе, бром вступает в конкурентные отношения с йодом, что влияет на деятельность железы, а в связи с этим — и на состояние обмена веществ. | Недостаток встречается редко |