Программа дисциплины (syllabus) (стр. 6 )

Свет способствует размыканию, а темнота — замыканию. Вероят­но, и температура влияет на размыкание устьичной щели. Можно предположить, что повышение температуры способствует размыканию устьиц, а ее падение — замыканию. Таким образом, в течение суток растение одновременно испытывает влияние ряда условий, одни из которых способствуют замыканию, а другие — размыканию устьич­ной щели.

За последнее время в работах (1973) и других авторов развивается другая концепция причин устьичных движений. По их мнению, не у всех растений имеется крахмал в замыкающих клетках. В этой концепции основная роль отводится синтезу АТФ в замыкаю­щих клетках. При открытых устьицах наблюдается высокое содержа­ние АТФ и этсУсовпадает с повышенным содержанием в них осмотиче­ски активных ионов. АТФ направляет энергию макроэргических связей на перенос осмотически активных веществ через клеточные мем­браны. В результате этого осмотический потенциал замыкающих клеток возрастает и устьица открываются. Замыкание устьиц связано также с удалением из клеток, за счет энергии АТФ, осмотически активных веществ. Изменения осмотического потенциала связаны с системой вакуолей. При открывании устьиц вакуоли увеличиваются, при за­крывании уменьшаются. Большую роль в процессе замыкания и раз­мыкания устьиц приписывают ядру. Открывание устьиц связано с увеличением объема ядра и перехода ДНК в метаболически активную форму (диффузное состояние хроматина), в то время как в закрытых устьицах имеется структурированный хроматин. Переход ДНК в метаболически активное состояние сопровождается возрастанием со­держания РНК во всех структурах замыкающих клеток и активиза­цией ряда ферментных систем, а также резким повышением синтеза АТФ. Таким образом, движение устьиц находится под контролем ДНК, которое регулирует механизм устьичных движений.

Нам кажется, однако, что необходимо сочетать обе вышеназванные концепции, если принять, что перевод крахмала в сахар совершается за счет соответственных ферментативных систем, в результате ак­тивации АТФ под контролем ядра клетки.

Особенности структурной и функциональной организации растительной клетки. Химический состав. Функциональное взаимодействие органоидов клетки. Способность клеточных структур изменяться соответственно изменениям окружающей среды. Изменение структуры хлоропластов в зависимости от освещения. Относительная автономия хлоропластов и митохондрий.

Строение и свойства биологических мембран и использование на их основе мембран в защите окружающей среды. Роль физических свойств мембран в устойчивости клетки и организма в целом. Влияние факторов внешней среды (газов, жидкостей и растворенных веществ) на проницаемость мембран.

Физико-химические свойства протоплазмы (вязкость, эластические свойства, раздражимость, движение цитоплазмы и органоидов), их физиологическое значение во взаимодействии с внешней средой. Роль цитоплазмы в поглощении веществ. Специфичность реакции протоплазмы на изменение окружающих условий.

Литература: Основная (1.2,3,4), дополнительная (17)

Тема 12. Физиология водного обмена.

План:

1.  Роль воды в жизнедеятельности растений.

2.  Физико-химические свойства и структура воды.

3.  Физиологическое значение свободной и связанной воды.

4.  Поглощение воды клеткой. Показатели водного обмена растений: активность воды, водный потенциал, химический потенциал, градиент водного потенциала, сосущая сила.

Вода является основной составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит до 95% от массы организма, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных процессах. Вода — это та внутренняя среда, в которой протекает обмен веществ. Она осуществляет связь органов, координирует их деятельность в целостном растении. Вода входит в состав мембран и клеточных стенок, составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обусловливает определенную кон-формацию молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Являясь растворителем, вода обеспечивает транспорт веществ по растению и циркуляцию растворов. Вода — непосредственный участник многих химических реакций. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции (фотосинтез, дыхание) идут с участием воды. Вода защищает растительные ткани от резких колебаний температуры. Обеспечивает упругое тургесцентное состояние растений, с чем связано поддержание формы травянистых растений, ориентация органов в пространстве.

Растения, обитающие в воде - гидратофиты или гидрофиты, погружены в воду полностью или частично. Они регулируют постоянство состава внутренней среды с помощью механизмов защиты от избыточного поступления воды. У монадных форм зеленых водорослей, заселяющих, в основном, пресные воды, клеточные стенки замкнуты не полностью из-за наличия выростов цитоплазмы - жгутиков, с помощью которых они передвигаются. У всех монадных форм имеются пульсирующие вакуоли, посредством которых из клеток удаляются избыток воды и отходы жизнедеятельности. У гидрофитов с замкнутой клеточной стенкой ее противодавления достаточно для предотвращения поступления излишков воды в клетку. Первичными гидрофитами являются водоросли. Водные цветковые растения - это вторичные гидрофиты, происходящие от наземных форм.

По способности приспосабливать водный обмен к колебаниям водоснабжения различают две группы наземных растений: пойкилогидрические и гомойгидрические.

Пойкилогидрические организмы (бактерии, синезеленые водоросли, низшие

Литература: Основная (1.2,3,4), дополнительная (13)

Тема 13. Фотосинтез. Дыхание.

План:

1.Роль хлоропластов в фотосинтезе

2.  Световая фаза фотосинтеза

3.  Темновая фаза фотосинтеза

Фотосинтез — процесс синтеза органических веществ за счет энергии света. Организмы, которые способны из неорганических соединений синтезировать органические вещества, называют автотрофными. Фотосинтез свойственен только клеткам автотрофных организмов. Гетеротрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений.
Клетки зеленых растений и некоторых бактерий имеют специальные структуры и комплексы химических веществ, которые позволяют им улавливать энергию солнечного света.

В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.

Квант красного света, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный светом электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, который также приобретает потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон, как по ступеням, перемещается по цепи сложных органических соединений, встроенных в хлоропласт. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ. Растративший энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает электрон хлорофилла. Он снова проходит по тому же пути, расходуя энергию на образования молекул АТФ.

Ионы водорода и электроны, необходимые для восстановления молекул-носителей энергии, образуются при расщеплении молекул воды. Расщепление молекул воды в хлоропластах осуществляется специальным белком под воздействием света. Называется этот процесс фотолизом воды.

Таким образом, энергия солнечного света непосредственно используется растительной клеткой для:

1. возбуждения электронов хлорофилла, энергия которых далее расходуется на образование АТФ и других молекул-носителей энергии;
2. фотолиза воды, поставляющего ионы водорода и электроны в световую фазу фотосинтеза.

При этом выделяется кислород как побочный продукт реакций фотолиза. Этап, в течение которого за счет энергии света образуются богатые энергией соединения — АТФ и молекулы-носители энергии, называют световой фазой фотосинтеза.

В хлоропластах есть пятиуглеродные сахара, один из которых рибулозодифосфат, является акцептором углекислого газа. Особый фермент связывает пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуется соединения, которые ща счет энергии АТФ и иных молекул-носителей энергии восстанавливаются до шестиуглеродной молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, преобразованная в течение световой фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей энергии, используется для синтеза глюкозы. Эти процессы могут идти в темноте.

Из растительных клеток удалось выделить хлоропласты, которые в пробирке под действием света осуществляли фотосинтез — образовывали новые молекулы глюкозы, при этом поглощали углекислый газ. Если прекращали освещать хлоропласты, то приостанавливался и синтез глюкозы. Однако если к хлоропластам добавляли АТФ и восстановленные молекулы-носители энергии, то синтез глюкозы возобновлялся и мог идти в темноте. Это означает, что свет действительно нужен только для синтеза АТФ и зарядки молекул-носителей энергии. Поглощение углекислого газа и образование глюкозы в растениях называют темновой фазой фотосинтеза, поскольку она может идти в темноте.
Интенсивное освещение, повышенное содержание углекислого газа в воздухе приводят к повышению активности фотосинтеза.

Определение дыхания, его универсальное распространение для всех организмов, населяющих Планету. Дыхание – центральное звено метаболических процессов растительной клетки. Пути окисления дыхательного субстрата. Ферментные системы дыхания. Дыхание как функция приспособления к среде. Значение дыхания в детоксикации ядов, попадающих в организм извне или образующихся в нем. Локализация процессов окисления и фотофосфорилирования. Химизм процессов гликолиза, цикла Кребса, гексозомонофосфатного пути, глиоксилатного цикла, их физиологическая сущность и значение отдельных этапов окисления. Значение пентозофосфатного цикла для образования энергии. Фотосинтез. Фотодыхание, механизм и роль фотодыхания. Функциональная взаимосвязь фотодыхания на основе хлоропластов, периксосом, митохондрий. Значение фотодыхания для растений, обитающих в разных экологических зонах. Дыхание водных растений. Сопряжение дыхания и фосфорилирования. Дыхательный коэффициент. Экология дыхания. Зависимость дыхания от внешних и внутренних условий. Интенсивность дыхания при действии температур, света, СО2 в атмосфере, кислорода, влажности. Дыхание как функция приспособления к среде.