Дисциплина физиология растений Курс лекций

Дисциплина – физиология растений • • Курс лекций – 18 часов Лабораторные занятия – 36 часов Полевая практика – 72 часа Продолжение курса – в 9 семестре – 36 часов

Дисциплина – физиология растений • Курс лекций – 36 часов • Лабораторные занятия – 36 часов • Полевая практика – 72 часа

Литература Основная Н. И. Якушкина, Е. Ю. Бахтенко – Физиология растений, 3 -е изд. М. : Владос, 2005 Практикум по физиологии растений. – под редакцией В. Б. Иванова М. : Академия, 2001 Дополнительная В. В. Полевой – Физиология растений. М. : Высшая школа, 1989 В. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева – Физиология растений. М. : Высшая школа, 2005 Физиология растений – под ред. И. П. Ермакова. М. : Академия, 2005

Лекция 1. Физиология растений как наука Цель лекции: ознакомление с наукой физиологией растений и с общими закономерностями проявления жизни организмов Основные вопросы: 1. Предмет, методы, задачи физиологии растений 2. Общность процессов жизнедеятельности организмов 3. Особенности растительного организма

Физиология растений – учение о процессах, протекающих в растительном организме. Предметом науки физиологии растений являются общие закономерности жизнедеятельности растений: рост и развитие, питание, дыхание, взаимодействие со средой обитания, механизмы функций отдельных органов и структур на разных уровнях организации – от молекулярного до биоценотического Методы физиологии: Экспериментальные – полевой, вегетационный, лабораторный, включающий физико-химические методы Исторические

Некоторые задачи физиологии растений • Изучение специфических функций растительного организма, необходимых для получения качественной растительной продукции: фотосинтеза, минерального питания, водного обмена, процессов роста и развития • Дальнейшее изучение механизмов регуляции основных физиологических процессов и воздействия на них внешних факторов • Изучение биоэлектрических явлений, гормональной деятельности, механизмов транспорта веществ и аккумуляции энергии

Общность основополагающих процессов жизнедеятельности • Обмен веществ и энергии • Универсальная форма химической энергии • Упорядоченность строения и функций у всех живых организмов • Саморегуляция процессов, осуществляющихся на разных уровнях организации

Общая схема метаболизма

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Никотинамидадениндинуклеотид

Никотонамидадениндинуклеотидфосфат

Растительная клетка (схема)

Системы регуляции процессов жизнедеятельности • Генетическая регуляция: транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК трансляция – синтез специализированных белков на матрице м. РНК с участием р. РНК процессинг – модификация биополимеров и транспорт их в места назначения • Регуляция активности ферментов • Трофическая регуляция • Гормональная регуляция

Влияние фермента на энергию активации молекул

Взаимодействие фермента с субстратом и образование продуктов реакции.

Комплекс фермента и активатора

Комплекс фермента и ингибитора (активный центр блокирован).

Особенности растительного организма 1. Автотрофность 2. Отсутствие специализированных систем органов 3. Два вида питания: воздушное и почвенное 4. Рост и ветвление на протяжении всей жизни 5. Отсутствие нервной системы регуляции 6. Особенности энергетического обмена: наличие двух способов образования макроэргических соединений – окислительного и фотосинтетического фосфорилирования (синтеза АТФ)

Краткая история развития физиологии растений 1771 г. – Пристли 1778 -79 г. г. – Ингенгауз 1804 г. – Сенебье и Соссюр Первая половина 19 века – Буссенго, Либих Вторая половина 19 века – Пастер, Сакс, Пфеффер, Тимирязев, Виноградский, Прянишников, Ивановский, Холодный, Вент, Чайлахян 20 век – Палладин, Виланд, Костычев, Кребс, Вильштеттер, Ван-Ниль, Кальвин

Элементарный состав клетки • Макроэлементы (0, 1 – 0, 01%): K, Ca, Mg, S, P, Fe, Na, Cl, Si, среди них органогены – C, N, H, O – вместе 98% • Микроэлементы (0, 01 – 0, 000001%): Cu, Zn, Mn, Co, Mo, J, B и др. • Ультрамикроэлементы (0, 000001% и менее): Pb, Au, Ag, Sb, Cd, U, Ra и др.

Вещества клетки • Конституционные – вещества, входящие в состав клеточных структур • Запасные – вещества, откладываемые клеткой в качестве запаса

Вещественный состав клетки

Вещественный состав клетки • • Вода – до 90% Белки – 40 – 50% от сухого вещества Нуклеиновые кислоты – 2 - 3% Углеводы и др. органические кислоты – 14. 5% • Липиды – 6 – 7%

Значение воды для организмов • Вода – среда всех химических реакций • Вода осуществляет поддержание формы клетки • Вода участвует в упорядочении структур в клетке (например определяет форму белков) • Вода – метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов

Белки • Имеют огромное разнообразие структуры молекулы при строгой специфичности у вида • Имеют способность к внутримолекулярным взаимодействиям, обуславливающим динамичность структуры белка, обратимость переходов, их формы • Имеют способность вступать в разнообразные химические и физические взаимодействия как друг с другом, так и с другими соединениями клетки, образуя надмолекулярные комплексы путем самосборки • Молекулы белка могут изменять свою структуру под влиянием внешнего воздействия и восстанавливать исходное состояние при снятии этого воздействия • Обладают способностью катализировать химические реакции

Элементарный состав белков • • • Углерод – 50 – 55 % Водород – 6. 5 – 7. 3% Азот – 15 – 18% Кислород – 21 – 24% Сера – до 2. 4% Фосфор – до 0. 5%

Аминокислотный состав белка • Белок – это полимер, мономерами которого являются аминокислоты Аминокислоты : 1. Постоянно встречающиеся – 18 плюс 2 амида 2. Иногда встречающиеся

Аминокислоты неполярные алифатические

Гидроксил содержащие аминокислоты

Дикарбоновые аминокислоты

Серосодержащие аминокислоты

Основные аминокислоты

Неполярные ароматические аминокислоты

Свойства аминокислот • Аминокислоты оптически активны – в водных растворах способны вращать плоскость поляризации света на 20 – 300 влево и вправо. • 7 – правовращательные (+), 10 – левовращательные (-), • В нейтральных водных растворах – амфотерные соединения • В растворах обладают свойствами буферов • Способны к реакциям полимеризации

Диссоциация аминокислоты в нейтральной среде • • H R • • N–C–C • H • H H O OH H H R + O N–C–C OH цвиттерион

Диссоциация аминокислоты в кислой и щелочной среде • • H • H • H • R R + O N - C–C O− + +H H = H H + N–C–C H H R + N–C–C R O O− H + OH− = N–C–C H H O O− + H 2 O

Пептидная связь

ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА

Третичная и четвертичная структура белка

Дисперсные системы Состояние смеси Кристаллоиды Коллоиды Грубые дисперсные смеси Названия смесей Истинные растворы Коллоидные растворы Суспензии и эмульсии Величина частиц дисперсной фазы, мкм Менее 0. 001 мкм От 0, 001 до 0, 1 мкм Более 0, 1 мкм Вид Растворитель и Различается раствор – дисперсная единое целое фаза и дисперсионная среда Различается дисперсная фаза и дисперсионная среда

Модель структуры воды

Гидратация йонов

Гидратация коллоидной мицеллы

Осмометр

Клетка как осмотическая система

Зависимость между сосущей силой, осмотическим и тургорным давлением

Домашнее задание Повторить следующие вопросы из разных разделов ботаники и общей биологии: химический состав и строение растительной клетки, уровни организации белков

Химический состав растительной клетки Элементы: Макроэлементы: O, H, C, N – органогены - 98% K, Mg, Ca, Na, S, P, Cl, Fe – в сумме 1, 9% Микроэлементы: B, Mo, Mn, Zn, Cu, J, F, Cr, Ni – менее 0, 01% Ультрамикроэлементы: Pb, Au, Sb, Ag, U, Cd и др. – менее 0, 001% Вещества: Растворимые в воде – 40, 7%, в том числе: Моносахара – 14% Альбумины -2, 2% Аминокислоты - 24% Нерастворимые в воде – 59, 3%, в том числе: Нуклеопротеиды – 32%, НК – 2, 5%, липиды – 4 -6%