1)Физиология растений сначала развивалась как составная часть ботаники. Превращение её в самостоятельную науку относят к 1800г., когда швейцарским аббатом Сенебье была написана первая книга о жизни растения «Физиология растений». Первые ученые для изучения жизни растений использовали наблюдения в естественных и искусственных условиях. Т.к. физиологи должны были изучить механизмы и взаимодействие процессов, идущих в организме, то необходимо было проведение разных опытов. Физиология растений является экспериментальной наукой. Основные этапы развития в 19в. Связаны с изучением открытого в конце 18. Пристли, Ингенгаузом – фотосинтеза(Тимирязев,Фаминцын), выяснением необходимости мин. В-в для поддержания жизни, разработкой теории мин. питания(Сосюр,Кноп,Сакс,Либих), с дыханием(Сосюр,Палладин), изучением раздражимости, движений растений (Дарвин) и роста(Сакс).
Превращению физиологии растений в самостоятельную науку в большой степени способствовали также успехи физики и химии. 20в.- время бурного и многостороненного развития физиологии растений. Дальнейшее развитие физиологии растений связано с успехами смежных наук. (биохимия, цитология, генетика.)Достижения физиологии растений в СССР связаны с трудами Костычева (Биохимия, экологическая физиология), Баха и Палладина (дыхание),Сабинина( мин. Питание, физиология роста) и многие другие.
Эксперимент-главный метод. Первый опыт был поставлен ещё в 1600г. Яном Ван Гельмонтом, но из него были сделаны неверные выводы. Эксперименты проводили и проводят в естественных или искусственных условиях.
Вегетационный метод- метод выращивания растений в специальных сосудах, заполненных почвой, песком и водой, в которые добавляли разные вещества( разработал в 1837г. Фр. Буссенго). Этот метод помог узнать, какие изменения производят растения во внешней среде: поглощают или выделяют воду, какие газы берут из воздуха и какие соли- из почвы.
Исторический метод- изучение процесса во времени.
Электронная микроскопия- с помощью электронного микроскопа, имеющего значительно большую разрешающую способность, чем световой микроскоп, детальнее изучили строение органелл.
Дифференциальное центрифугирование- применили для выделения органелл.
Метод культуры изолированных клеток и тканей- выращивание изолированных из организма клеток в стерильных условиях на искусственной питательной среде в пробирке.
2)Клеточная стенка-окружена плотной полисахаридной оболочкой, выстланной изнутри плазмалеммой.
Формируется на стадии телофазы во время митотического деления клеток.
Имеет два слоя: первичный,который характерен для растущих тканей и вторичный, который формируется у более зрелых клеток.
Первичная клеточная стенка(состав): Целлюлоза(это полимер Б,Д-глюкозы),Гемицеллюлоза,Пектин,Гликопротеин. Клетки с первичной оболочкой способны утрачивать характерную им форму и дифференцироваться в новый тип клеток.
Вторичная стенка(состав): Целлюлозы больше, чем в первичной к-ой стенке, отсутствует пектин и гликопротеин. В основном вторичная к-ая стенка необходима специализированным тканям.
КОМПОНЕНТЫ К-ОЙ СТЕНКИ-1) структурные ком.(целлюлоза у раст, хитин у грибов, муреин у бактерий).
2)Компоненты матрикса к-ой стенки: а)гемицеллюлоза( производные гексоз и пентоз) б) пектин( пектиновые в-ва- это производные уроновых кислот) в) белки( основным белком является экстенсин)
Именно белок этот придает матриксу форму и эластичность. 3)Инструктирующие в-ва а)лигнин – при разложении образуется гумус. Лигнин –это полимер, который состоит из ароматических спиртов (П-кумаровый, синаповый спирты) б)суберин- это полимер жирных карбоновых кислот, откладывается в растительных клетках при старении клеток (участвует в регуляции водного и теплового обмена) 4)защитные гидрофобные в-ва а) кутин (смесь высших карбоновых оксикислот, среди кот. В основном преобладают насыщенные оксижирные кислоты и эфиры), водоустйчив п редохраняет растение от высыханий и инфекций б)воска- это сложные эфиры, образованные жирными кислотами и высокомолекулярными и одноатомными спиртами. Обладает теми же свойствами и функциями, что и кутин.
Функции клеточной стенки-структурные, защитные и транспортные.
3)Ядро- состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитозоля , хроматина, ядрышка и нуклеоплазмы. Ядро- крупная органелла( с диаметром 20 мкм). Его оболчка представляет собой двойную мембрану с большим количеством пор. Поры имеют сложное строение, выстланы белком и могут закрываться и открываться. С помощью пор регулируется обмен веществами между нуклеоплазмой (внутренняя среда ядра, его матрикс, в котором есть зоны плотного в-ва- хроматина. В состав хроматина входят ДНК и спец. Белки-гистоны. К началу деления клетки хроматин образует хромосомы. Нуклеопротеиды составляют в ядре 70-96% его сухого в-ва.) и цитоплазмой.
Основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка
4)Пластиды- это ограниченные двойной мембраной округлые органоиды. Бывают: а)пропластиды( мелкие бесцветные или бледно-зеленые, не дифференцированные пластиды, которые находятся в меристематических клетках корней и побегов) б) лейкопласты(содержатся во всех органах растений) в) Этиопласты(превращаются в хлоропласты на свету)-бесцветные,
Хлоропласты-это органеллы, в которой протекает процесс фотосинтеза, содержат все фотосинтетические пигменты(5-10% от его сухого в-ва),содержит 35-55% белков, 30-50% липидов, 2-3% РНК, 0ю5% ДНК, 5% золы(калий+фосфор-50%+железо-8-%+медь-50%+магний+цинк-70% от всего содержащегося в листе кол-ва)
В одной клетке может находится от 40 до 50 хлоропластов.
Внутренняя мембрана образует инвагинацию (впячивание) и они образуют тилакоиды, которые имеют форму дисков (тилакоид грана)
Хромопласты- содержат красные, желтые, оранж. Пигменты из группы каратиноидов. По размеру меньше хлоропластов, форма их различна. Внутренняя с-ма мембран отсутствует. В строме много рибосом.
Лейкопласты- не содержат пигментов. Меньше хлор. И не имеют определенной формы. Внутр. Мембрана развита плохо. В строме имеются молекулы ДНК, рибосомы. Главная функция- синтез и накопление запасных в-в(крахмала, иногда белков, редко масел)
5)Митохондрии-органеллы, окруженные двойной мембраной. Диаметр 0.4-0.5 мкм.В состав в основном входят белки(60-65%) и липиды(ок.30%), НК(ДНК-0.5%,РНК-1%).
Способность митохондриальной ДНК к репликации позволяет митохондриям делиться независимо от деления ядра.
Ф-ция: митохондрии –это силовая станция к-ок => Энергетическая ф-ция (синтез АТФ)
На внутренней мембране расположены ЭТЦ и АТФ-синтетазные комплексы)
В матриксе митохондрий располагаются ферментные с-мы для окисления ди- трикарбоновых кисло(аэробная фаза дыхания-цикл Кребса)
6)Рибосомы-рибонуклеопротеидные частицы, у которых нет мембран, небольшие органеллы диаметром 20-22 нм, с помощью которых происходит синтез белка.В клетке несколько десятков тысяч рибосом.Обязательным компонентом рибосом является магний- 2.0-2.5% от сухой массы.70 различных белков в цитоплазматических рибосомах высших растений, 56-58- в рибосомах хлоропластов.
В большую субъединицу входит одна высокомолекулярная РНК и одна низкомолекулярная,а в малую субъединицу входит только одна высокомолекулярная РНК.
Субъединицы рибосом, образованные в ядрышке, поступают в цитоплазму, где происходит сборка рибосом на матричной РНК.
Ф-ции: Синтез белка
Аппарат Гольджи-этот термин используется для обозначения диктиосом или телец Гольджи в клетке.
Диктиосомы участвуют в секреции у большинства высших растений.
А.Г. участвует в образовании плазмалеммы и к-ой стенки, в синтезе полисахаридов. С помощью его везикул(пузырьков разного размера, которые отделяются от перефирической части диктиосомы) происходит транспорт веществ к плазмалемме.
7)Лизосомы- представляют собой маленькие пузырьки, окруженные мембраной. Форма и размер различны. Внутри находится энхилема, содержащая гидролитические ферменты. В определенные моменты жизни клетки эти ферменты могут выходить из лизосомы и разрушать внутриклеточные структуры, выполнившие свои ф-ции.
Пероксисомы-окруженные мембраной пузырьки диамотером 0.5-1.5 мкм. Здесь находятся некоторые окислительные ферменты(каталаза,глиоксилатоксидаза), участвующие в фотосинтезе. Эти органеллы располагаются в клетках листьев, где образуют комплексы с хлоропластами и митохондриями.
Глиоксисомы-органеллы,возникающие в клетках при прорастании семян, особенно масличных. Они окружены одинарной мембраной и содержат ферменты глиоксилатного цикла и ферменты, катализирующие В-окисление жирных кислот.
8)Мембраны.1)Плазмолемма- это поверхностная одинарная мембрана, которая ограничивает цитоплазму от клеточной стенки, толщина составляет 7.5 нм. Плазмалемма обладает полупроницаемостью(избирательной проницаемостью)-она хорошо проницаема для воды и значительно слабее для растворенных веществ. Через плазмалемму осуществляется избирательный активный транспорт ионов.
Она также участвует в образовании: а)клеточных стенок(на наружной поверхности плазмалеммы образуются фибриллы) б) у прокариот(бактерий,синезеленых водорослей) плазмалемма является органом дыхания
2)Тонопласт- это вакуолярная мембрана, она менее проницаема, чем плазмалемма и во многих случаях, когда в-ва проходят через плазмалемму, задерживаются у тонопласта.
Гидрофобные-это немолярные молекулы или участки, которые отталкивают воду.
Гидрофильные- это молярные молекулы или участки, которые притягивают воду.
Липиды,которые входят в состав мембранного бислоя не закреплены жестко и могут меняться.
В жидких слоях липидных мембран находятся специализированные нуклеиновые комплексы, которые называются липопротеинами или интегральными белками.
Белки выполняют функции ферментов ,насосов, переносчиков ионных каналов, а так же белки-регуляторы и структурные белки.
Ф-ции биолог.мембран-барьерная, транспортная, осмотическая, электрическая, структурная, биосинтетическая.
9)Транспорт в-в через мембраны-поглощение веществ клеткой. Через мембрану должны проходить молекулы разных веществ, они могут быть растворимыми в воде(гидрофильными) или в жирах(гидрофобными), заряженными( ионы К,Na,NO3,Ca)или незаряженными( СО2,О2,Н2О,АК,сахара),большими(белки, полисахариды) или маленькими.
Плазмалемма-ультратонкая структура, полупроницаема и она регулирует хим.состав протоплазмы.
Тонопласт- менее проницаема, чем плазмалемма ,т.к. тонопласт состоит из липидов. Проницаемость тонопласта зависит от: хим. Состава, электрического заряда плазматических стенок, соотношения в них полярных и неполярных группировок.
Неполярные в-ва- это группы атомов с равномерным распределением электронной плотности, центры электрических зарядов у них совпадают.
Неполярные соединения- электронейтральны, и на своих молекулах не несут областей заметного несходства электрозаряда, у них преобладают СН2-группы, С2Н5-группы и т.д., т.е. неполярные соединения- типичные углеводороды.
Полярные соединения- в них преобладают амино-группы, альдегидные группы, пептидные свзяи, суфгидрильные группы, а так же они содержат двойные и тройные связи. Центры электрических зарядов не совпадают, потому что эти в-ва имеют заряды, на них экранируется вода и поэтому они проходят трудно через мембрану.
Активный транспорт-транспорт, идущий против электрохимического потенциала с затратой энергии, выделяющейся в процессе метаболизма(атф)
Пассивный транспорт- транспорт веществ через мембрану без затраты энергии по градиенту электрохимического потенциала
10)Раздражимость- это способность клетки, организма воспринимать действие внешних и внутренних факторов и реагировать на них.
Законы раздражимости.
Закон силы раздражения- ответная реакция прямопропорциональна силе раздражения.
Закон длительности раздражения- ответная реакция клетки пропорциональна продолжительности раздражения.
Закон количества раздражения- произведение силы раздражителя на продолжительность раздражителя есть величина постоянная.
Закон градиента раздражения- чем выше градиент раздражения (скорость изменения силы раздражителя), тем сильнее реакция клетки.
Механизмы передачи раздражения.
Электрический механизм
Химический
Гидравлический
11)Клетка как осмотическая система.
Вода в к-ку поступает 2 способами:-благодаря способности сухих биоколлоидов(белков) к набуханию
-путем осмоса
Основным способом поступления воды в к-ку является осмотическое поглощение. Осмос- это односторонняя диффузия молекул воды или другого растворителя через полупроницаемую мембрану.
Причиной осмоса является разность концентраций растворов по обе стороны полупроницаемой мембраны. С-ма, в которой можно наблюдать осмос, называется осмотической.
Из рисунка видно, что более концентрированный раствор-это клеточный сок, а менее концентрированный раствор находится в свободном пространстве к-ой стенки.
Роль полупроницаемой мембраны выполняют плазмалемма, тонопласт и расположенная между ними цитоплазма.
Раствор ,имеющий большее осмотическое давление-гипертонический, меньшее-гипотонический
Если клетка находится в гипотоническом растворе, то вода будет входить в неё и будет наблюдаться явление эндоосмоса(тургора),если клетка находится в гипертоническом р-ре,то вода будет выходить из неё,и будет наблюдаться явление экзоосмоса(плазмолиза- явление отставания протопласта от клеточной стенки)
12)Аминокислоты-это производные жирных кислот с общей формулой.Ак содержат одновременно основную аминную и кислую карбоксильную группы. По внешнему виду- белые кристалические порошки, большинство которых хорошо растворимо в воде при обычной температуре. Солеобразный хар-ер АК проявляется в их физ. Свойствах- АК обладают высокими температурами плавлениями(ок 300), нелетучи и плохо растворимы или малорастворимы в органических растворителях.
КлассификацияАК. Ациклические:
Моноаминомонокарбоновые: глицин, аланин ,серин, цемеин, метионин( )треомин ( )
Моноаминодикарбоновые: аспартат, глутамат
Диаминомонокарбоновые: лизин
Диамонодикарбоновые: цистин
Циклические АК.1)гомоциклические 2)гетероциклические
Незаменимые Ак.Для большинства животных и человека незаменимыми аминокислотами являются: валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан, аргинин,гистидин.
13)Биосинтез АК и амидов в растении.
Синтез происходит 2 способами: 1)Прямое аминирование - метод введения аминогруппы —NH2 в различные органические соединения. Типичный пример А. — действие амидов щелочных металлов на гетероциклические основания. Так, взаимодействие пиридина с амидом натрия при температуре около 200°С ведёт к образованию α-аминопиридина
C5H5N + NaNH2 → C5H4N(NH2) + NaH.
При пропускании паров бензола с аммиаком через накалённую трубку образуется (с очень низким выходом) Анилин:
C6H6 + NH3→C6H5NH2 + H2.
2)Переаминирование- обратимый перенос аминогруппы (—NH2) от аминокислот (аминов) к кетокислотам
14)Пути превращения ак в растении.