Осмотическое поглощение воды растительной клеткой

Контрольная работа

По дисциплине «Физиология растений»

Студентки 4 курса,

Заочной формы обучения

Афауновой З.Х.

Научный руоводитель:

Кандидат сельскохозяйственных наук,

Доцент кафедры Биологии и

методики ее преподавания

Виктор Юрьевич Асеев

Рязань 2019

Содержание

1. Пероксиомы, глиоксиомы, липосомы…………………………………………….3-6

2. Осмотическое поглощение воды растительной клеткой………………………..7-10

3. Энергетика цикла Кребса………………………………………………………….11-13

4. Список использованной литературы……………………………………………...14

Пероксиомы, глиоксиомы, липосомы

Строение. Пероксисомы – органеллы, имеющиеся во всех эукариотических клетках, овальной формы, диаметром 0,3- 1,5 мкм, отграничены от цитозоля одной мембраной,. Содержимое – средней электронной плотности, есть плотная сердцевина, в которой просматривается кристаллическое строение, биохимические исследования показали, что она состоит из уратоксидазы. Количество, размеры, содержимое и форма пероксисом варьируют в разных клетках. Пероксисомы выглядят очень простыми, однако они обладают большим набором функций и играют важную роль в в метаболизме клеток. Впервые пероксисомы идентифицировали как самостоятельные органоиды, именно благодаря их способности к выработке перекиси водорода.Само название «пероксисомы» отражает вовлечение этих органоидов в метаболизм перекиси водорода. Помимо различных оксидаз, пероксисомы содержат ферменты, вовлеченные в b-окисление длинноцепочечных жирных кислот. Этот процесс очень важен для нормального функционирования клетки.

Размножение пероксисом прямым делением показано в ряде работ. От существующей пероксисомы отпочковывается новая, меньших размеров. Наблюдали даже формирование цепочек мелких новых пероксисом. Интересным свойством пероксисом является их способность увеличиваться в количестве при воздействии гиполипидемических препаратов и промышленных пластификаторов.

Функции пероксисом разнообразны, одна из наиболее важных – окисление длинных и очень длинных жирных кислот. Пероксисомы вовлечены также в синтез желчных кислот и холестрина, метаболизм аминокислот и пуринов. Перенос молекул в сформировавшуюся пероксисому из цитозоля осуществляется через мембрану, при этом работают специфические сигнальные последовательности. Белки пероксисом – пероксины, они ответственны за транспорт в матрикс пероксисомы. Особенностью пероксисом является ориентация С-конца трансмембранных белков в сторону плазмалеммы. В растительных клетках пероксисомы выполняют целый ряд функций, связанных с фотодыханием и метаболизмом жирных кислот. Пероксисомы имеют специфическую систему переноса электронов, не связанную с генерацией протонного потенциала и синтезом АТФ. В результате работы этой цепи формируется Н2О2, которая затем расщепляется каталазой пероксисом. Т.о., пероксисомы осуществляют биологическое окисление, но энергетически неэффективное, - нет синтеза АТФ и НАДН.

Рис.1. Строение периксиомы.

Глиоксисомы – разновидность пероксисом растений, в которых происходит окисление жирных кислот и глиоксилатный цикл. Образующаяся янтарная кислота используется для синтеза углеводов. Глиоксисомы функционируют в клетках в процессе роста, когда происходит мобилизация жиров (прорастание семядолей и др.). Долгое время считалось, что глиоксилатный цикл есть только у растений, однако затем было показано, что при голодании у млекопитающих появляются ферменты глиоксилатного цикла, позволяющие расщеплять запасные жиры. Гликосомы – разновидность пероксисом, участвующая в метаболизме гликолата, который образуется при фотодыхании – фотопероксисомы. Часто на электронограммах видны ассоциаты хлоропластов, пероксисом и митохондрий.

Рис.2. Расположение глиоксиомы.

Липосомы - это двуслойные или многослойные сферические образования (мицеллы) получаемые при определенных, чаще всего механических воздействиях на дисперсии фосфолипидов в воде. Двуслойные липосомы (моноламелярные липосомы) состоят из двойного слоя фосфолипидов с водной фазой внутри. Размер их порядка нескольких сотен нм - 200-300 нм. Многослойные липосомы (т.н. мультиламелярные липосо-мы) состоят из нескольких концентрических бислоев фосфолипидов с внутренней полостью, заполненной водными растворами лекарственных веществ. Размер их до многих сотен нм и даже до 1 мкм. Как правило, в технологии липосом чаще используются фосфоглицериды, в которых одна из гидроксильных групп глицерина этерифицирована насыщенной жирной кислотой, вторая - ненасыщенной, а третья - фосфатидной кислотой. Во всех фосфолипидах (фосфоглицеридах) фосфатидная кислота (остаток - фосфатидил) через группировку – ОН – соединена с каким-либо (спиртовым) остатком – этаноламином (фосфоглицерид носит тогда название фосфатидилэтаноламин), холином (фосфатидилхолин), серином (фосфатидилсерин) или даже фосфатидилглицерином (кардирлипин). Таким образом, фосфоглицериды имеют неполярную часть, т.е, остаток диацилглицерина, и полярную часть, представленную фосфатом и спиртовыми остатками.

Благодаря полярному гидрофильному концу фосфоглицериды обладают некоторой растворимостью в воде, образуя в водной среде мицеллы. В мицеллах гидрофобные радикалы жирных кислот группируются, образуя внутреннюю гидрофобную зону мицеллы. Гидрофильные участки располагаются по внешней поверхности мицеллы, обращенной в водную фазу. При механической или ультразвуковой обработке смеси, состоящей из диспергированных в воде фосфолипидов и растворенных в этой воде лекарственных веществ образуются сферические мицеллы - липосомы, оболочка которых состоит из двойного слоя молекул липида, в котором гидрофильные полярные группы обращены к водному раствору лекарственных веществ, а гидрофобные - друг к другу.

Рис.3. Многослойная мицелла фосфолипида.

Наиболее распространенная техника получения бислойных липосом заключается в приготовлении жировой эмульсии из какого-либо фосфоглицерида в воде, например, фосфатидилхолина или фосфатидной кислоты с помощью ультразвука, внесение в такую эмульсию водного раствора лекарственного вещества и последующей обработке системы ультразвуком низкой энергии. Обычно удается включить в липосомы от 1 до 15% находящегося в водном растворе вещества. После окончания формирования самих липосом производится многократная отмывка их от некапсулированного лекарственного вещества. Лекарственное вещество полностью сохраняет свою активность в форме липосом.

Многослойные липосомы можно получить методом многократного замораживания суспензии фосфолипидов с помощью жидкого азота и последующего оттаивания.

Рис.4. Липосомы. Образование и виды.

Осмотическое поглощение воды растительной клеткой

Под осмосом понимается диффузия воды через полупроницаемые мембраны. Полупроницаемость мембран - это их свойство пропускать воду и не пропускать растворенные вещества. Явление осмоса было открыто в 1828 г. французским ботаником Дютроше. Позже Пфеффером были сконструированы физические приборы - осмометры (осмотические ячейки). Живая растительная клетка обладает свойствами только что разобранной осмотической системы. Поскольку молекулы воды проходят через клеточные мембраны намного быстрее, чем растворенные вещества, можно с известной долей погрешности говорить о полупроницаемости мембран. Роль полупро­ницаемой мембраны (хоть и не идеальной) выполняют, прежде всего, плазмалемма и тонопласт, раствора клеточный сок вакуоли клетки.

Передвижение воды через полупроницаемые мембраны подчиняется следующим законам:

1. Осмотическое давление прямо пропорционально концентрации раствора - числу частиц в единице объема независимо от размеров и природы частиц (молекул или ионов).

2. Всякое вещество, концентрация которого равна 1 моль/л, развивает осмотическое давление, равное 22,4 атм (для неэлектролита) при 0°С.

3. Осмотическое давление пропорционально абсолютной температуре Т = 273 + t °С.

4. Осмотическое давление раствора, содержащего несколько веществ, равно сумме осмотических давлений, вызываемых каждым из них.

Осмотическое давление подчиняется в общем виде закону Вант-Гоффа и выражается уравнением Р = CRTi, где Р - осмотическое давление; С - молярная концентрация раствора; R - газовая постоянная, равная 0,0821 л · атм / град. моль; Т - абсолютная температура; i - изотонический коэффициент, показывающий отношение числа частиц (молекул и ионов) в растворе к исходному числу молекул растворенного вещества. Для растворов неэлектролитов, например для сахара, изотонический коэффициент равен 1, для электролитов - больше 1.

Если клетку поместить в воду, то она, как и осмометр, будет поглощать ее и тем сильнее, чем выше концентрация клеточного сока. Но до каких пор клетка будет поглощать воду? При всасывании клеткой воды объем клеточного сока увеличивается, и цитоплазма начинает давить на оболочку клетки, растягивая ее. Оболочка, обладая значительной прочностью и вместе с тем эластичностью, в свою очередь оказывает сопротивление всякой силе, стремящейся ее растянуть, и тем большее, чем более она растянута. После прекращения действия растягивающей силы стенка снова возвращается к своим прежним размерам. Напряженное состояние клеточной стенки, вызванное давлением клеточного содержимого, носит название тургора, а противодавление оболочки на протопласт - тургорного давления. Примером этого могут служить клетки водорослей и водных высших растений. Их клетки всегда находятся в состоянии почти полного насыщения.Клетки наземных растений, наоборот, почти никогда не бывают полностью насыщенными водой. Благодаря потере воды листьями в процессе транспирации они обычно не достигают состояния полного тургора. По отношению к концентрации клеточного сока внешние растворы могут быть: гипертоническими, осмотическое давление которых больше осмотического давления клеточного сока; изотоническими, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению клеточного сока; гипотоническими, у которых это давление меньше, чем давление клеточного сока.

При помещении живой растительной клетки не в воду, а в гипертонический раствор тургор будет стремиться к нулю, а сосущая сила - к величине полного осмотического давления S = Р. В данном случае будут происходить следующие явления: раствор оттянет воду из клетки, клеточная стенка сократится, сократится и цитоплазма клетки, тургор исчезнет. Раствор начнет входить в пространство между стенкой и цитоплазмой, т. е. цитоплазма будет отходить от клеточной стенки. Это отставание цитоплазмы от оболочки клетки при погружении последней в гипертонический раствор называется плазмолизом. Плазмолиз свидетельствует о том, что имеются различия в проницаемости клеточной стенки и цитоплазмы, и, что самое главное, показывает, что цитоплазма жива.

Если плазмолизированную клетку снова поместить в воду, то происходит обратная картина: клетка всасывает воду, объем протопласта увеличивается; цитоплазма начинает плотно примыкать к стенке клетки. Переход плазмолизированной клетки в нормальное состояние носит название деплазмолиза.

В природной обстановке, например, при пересадке растений на засоленную почву, осмотическое давление почвенного раствора может быть выше, чем осмоти­ческое давление клеточного сока. В этом случае не только будет поглощаться такими клетками, но, наоборот, будет выходить из клеток, вызывая обезво­живание последних, а затем и отмирание растения.

Рис.5. Основные формы плазмолиза. (1- начальная стадия; 2 - вогнутый; 3 - выпуклый (время перехода от вогнутого плазмолиза к выпуклому служит показателем вязкости цитоплазмы); 4 - судорожный (при быстром действии концентрированного плазмолитика и высокой степени вязкости цитоплазмы).