Лекция 7 Өсімдіктерге ауыр

• Лекция 7 : • Өсімдіктерге ауыр металдардың әсері • 1. Ауыр металдарға сипаттамасы • 2. Ауы металдардың өсімдіктерге түсу жолдары • 2. Токсиканттардың тасымалдануындағы транспирацияның әсері • 3. Ауыр металдардың токсикалық әсері

: • Ауадан Cd 2+ мен Pb 2+ иондары өсімдіктің жапырағындағы устьица арқылы түседі, бірақ негізінен шаң бөлшектері эпидермистің балауызды құрылымымен берік байланысуы мүмкін.

Тамыр Жер үсті мүшесі Токсикалық қосындылар Ауа Топырақ Су

• Ауыр металдар Қоршаған табиғи ортаның ауыр металдармен ластануы және экологиялық мониторинг мәселесіне арналған жұмыстарда қазіргі уақытта ауыр металдарға негізінен Д. И. Менделеев кестесіндегі атомдық массасы 50 атомдық бірліктен асатын және тығыздығы >5 г/см 3 жететін 40 -тан аса металдар жатады. Н. Реймерс жіктеуі бойынша, ауыр металдарға тығыздығы 8 г/см 3 болатын: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi жатады

Плотность тяжелых металлов > 5 г/см 3 •

TРАНСПОРТ Металлургическая, химическая промышленность, нефтехимия и т. д. Микроэлетроника Добывающая промышленность Агрохимикаты

Ауыр металдардың әсері

Kupper et al. , 2007

Periodic system of elements

Some metal pollutants

There are 17 heavy metals may be available for living cells and of importance for organism and ecosystems (Weast, 1984). Among these metals, Fe, Mo and Mn are important as micronutrients.

Көбәнесе микроэлементтер ауыр металдар болып келеді Сондықтан, топырақтың ауыр металдармен ластанғаны микроэлементтердің (Zn, Mn, Cu, Ni) немесе олардың орынын алатын аналогтарының (Cd, Pb, Hg) жинақталуы деп саналады. Мuкроэлементтер мөлшерi - 0, 00001 - 0, 001% - Mn, В, Сu, Zn, Ва, Ti, Li, Br, Мо, Со және т. б. Ультрамuкроэлементтер мөлшерi < 0, 00001 Cs, Sе, Cd, Hg, Нg, Аu, Ra, т. б.

Микроэлементтер жоғары мөлшерде Өсудің тежелуі Белоктардың топтармен байланысады Ферменттердің актитігі тежеледі Ферменттердің құрылымы бұзылады тежеледі

• Химиялық элементтердің уыттылығы және биофильдігі бір жағдайдың екі жағы: неғұрылым көп мөлшерде элементті қажет етсе, соғұрылым ол элемент уытсыз болады • Сондықтан, микроэлементтер жоғары токсикалық элементтер болып келеді. • Cu мен Zn өсімдіктердің өсуіне және керекті микроэлементтер болып келеді, олар көп ферменттердің құрамына кіреді.

Цитохромоксидаза, аскорбатоксидаза, және басқа белоктардың құрамына кіреді. Мыс пластоцианиннің құрамына кіреді. Ол фотосинтездің электрон тасымалдаушы тізбегіне кіреді. Ол тотығу процестерді ұлғайтады, хлорофилдің түзілуіне қатысады. .

Мыс Өсу процестерді ұлғайтады Цитохромоксидаза Хлорофилдің түзілуіне қатысады. Аскорбатоксидаза Тотығу процестерді ұлғайтады • Пластоцианиннің құрамына кіреді

• • МЫС Токсикалық симптомдар: 1. Хлороз - Темірдің дефициті 2. Қызыл түс – цинк дефициті 3. Тамырдың ұшының қалыңдануы 4. Тамыр түкшелерінің азаюы 5. Тотығу стресс Фентон реакцияларға қатысу, реактивті тотыққан заттар

МЫС Темір дефициті Хлорофилдің концентрациясы төмендейді Тилакоидтардың ультрақұрылымы бұзылады 2 ФЖ –нің жұмысы бүзылады 2 ФЖ –нің донорлыө және апкцепторлық жағынығ жұмысы бүзылады

МЫС Фотосинтез аппаратының биосинтезін бұзады Фотосинтездік мембрананың пигменттік протеиндік кешенін модификацйиялайды

Сu 2+ иондары клетка қабығы полимерлерімен () кешен түзеді, Сu+ ге дейін апопласттық электрондардың донорларымен - аскорбат- және супероксид-иондарымен- тотықсызданады. + Cu 2+ Аскорбат-иондар Супероксид-иондар Cu+

Содан кейін Сu+ Fenton реакцияға , ұшырайды Фентон реакциясы: Сутектің асқын тотығының токсикалық әсері осымен белгіленеді Хабера-Вайс реакциясы:

α-оксиқышқылдар СООН-топтары + Гидроксил радикалдар НО. Карбонил топтар С=O Бос радикалдар Полисахаридтердің ыдырауы

Тамырдың қалыңдауы Cu – 100 мг/кг Бақылау Agropyron repens L

Cu- 100 мг/кг Бақылау Phleum pratense. L

Цинк Өсу процестерді ұлғайтады Энзимдердің құрамына кіреді Көмірсу және энергия алмасына қатысады Хлорофилдің синтезіне қатысады. • Азоттың ассимиляциясына қатысады Хлорофилдің ыдырауынан саөтайды

Кадмий

Photoluminescence

Кадмий мен қорғасын ең кең таралған ластағыштарға жатады. Кадмий ауыр металл болып келеді, қалыпты жағдайда ол төмен концентрацияда болады. Өндірісте және ауыл шаруашылық практикадан қоршаған орта ластанады Кадмий минералдық тыңайтқыштардың және пестицидтердің құрамына кіреді. Кадмийдің көбінесе өсімдіктерге енеді, 35% пайызы жылжымалы түрде топырақтың ерітіндісіне кіреді. Кадмий өте уытты металл. Басқа металдарға /Zn, Cu, Pb/ қарағанда оны биологиялық абсорбция коэффициенті өте жоғары.

Өндіріс Пестицидтер Минералдық тыңайтқыштар Кадмий Өте жылжымалы, уытты Адам ағзасында жинақталады Кальцийдің антагонисті Итаи-итай ауруы, Кальций жетіспейді, сүйектер жұмсалады

• Cd inhibits root growth (1 m. M Cd. Cl 2)

1 m. M Cd 2+ 4. 0 m. M Cd 2+ St. Changes in the Ultra structure of chloroplast of Zea mays leaf treated with Cd 2+ for 4 days. El-Dakak et al. , 2009

Cd causes leaf damage

Hydrogen peroxide increases in root tips (1 m. M Cd. Cl 2)

Cd effects on tomato growth

BAF: Bioaccumulation factor e. g. : BAF-root = [Cd] in root / [Cd] in soil

Overview of Cd effects

Lipoxygenase activation in roots

Халыөаралық денсаулық сақтау ұйым (ВОЗ) кадмийдің максимальды мөлшері Cd тамақта – 60 -70 мкг күнде Тағамдық комиссия бойынша Халықаралық кодекс дәнді дақылдарға және май өсімдіктерге лимит қабылдады 0, 1 мг/кг

Culture and propagation of transgenic Agrostis palustris plants expressing g-GCS from Phragmites australis

Cd accumulation in wild-type and transgenic A. palustris plants expressing g. GCS

Principal mechanism of heavy metal-induced damage in sensitive plants

Zn, Ni, Cu, V, Co, and Cr are toxic elements with high or low importance as trace elements.

As, Hg, Ag, Cd, Pb, and U have no known function as nutrients and seem to be more or less toxic to plants and micro-organisms (Breckle, 1991 and Nies, 1999).

Main causes of heavy metals pollution *Continental dusts. *Various industrial, urban and anthropogenic activities like combustion of fossil fuels burning and fuel production. * Metal-working industries. * Smelting of metallic ferrous. * Electroplating, gas exhaust.

Main sources of heavy metals

Kupper et al. , 2007

Heavy metals gy lo are o released c into the xi environment by o power stations, heating ot Of d Ec systems, waste incinerators, metal-working a Le sources. industries, and many other

Forms of Lead Ionic lead (Pb 2+), lead oxides and hydroxides and lead-metal oxyanion complexes are the general forms of lead that are released into the soil, groundwater and surface waters. Pb 2+ is the most common and reactive form of lead, forming mononuclear and polynuclear oxides and hydroxides. The predominant insoluble lead compounds are lead phosphates, lead carbonates (form when the p. H is above 6).

• Pb ең уытты металдардың бірі. • Қоршаған ортаға түсетін жолы – антропогендік ластану. • Ол сұйық отынның, жанармайдың антидетонатор ретінде қолданады. • Сарқынды сулардағы детергенттер қорғасынды ерітеді (полифосфаттар, амино-поликарбон қышқылдар).

Қорғасын Антропогендік ластану Жанармайдың антидетонаторы Сарқынды сулардағы детергенттер қорғасынды ерітеді (полифосфаттар, амино-поликарбон қышқылдар Токсикалық аниондар Ортоарсентаттар, Хроматтар, азидтер

• Құрамында токсикалық анионы бар қорғасынның қосындылары өте уытты болады. Мысалы, ортоарсенаттар, хроматтар, азид. • Қорғасынның органикалық қосындылары қорғасынның тетраэтил бензиннің октан санын жоғарылататын қосынды. Ол адам ағзасына өте уытты болады • Ұшатын тетраэтилқорғасын тез ауада таралады, УФ-сәулелердің әсерінен радикалдарға ыдырайды.

УФ сәулелер Қорғасынның тетраэтилі Pb(C 2 H 5 )3+ Радикалдарға ыдырайды Сарқынды сулардағы детергенттер қорғасынды ерітеді (полифосфаттар, амино-поликарбон қышқылдар Токсикалық аниондар Ортоарсентаттар, Хроматтар, азидтер

• Ұшатын қорғасынның тетраэтилі • Pb(C 2 H 5 )3+ Иондық заряд Гидрофильдік қасиет береді Этил топтары Гидрофобтық қасиет береді Мембранадан тез өтеді Белоктардың құрылымы бұзылады Күкүрт атомдарымен, белоктармен, пептидтермен байланысады

• Тетраэтилқорғасынның радикалы акцепторлық қасиеті бар заттармен әрекеттеседі. • Тетраэтилқорғасынның ионы Pb(C 2 H 5 )3+ иондық заряд арқасында гидрофильды қасиеттерге ие болады, ал этил топтары липофильдік қасиеттер береді

• Сондықтан, тетраэтилқорғасынның ионы клетка мембранадан тез өте алады, клеткада күкүрт атомдарымен, белоктармен, пептидтермен байланысады, оларды құрылымын бұзады • Көп елдерде этилденген бензинді қолдануға тыйым салынған

• Өсімдіктерге кадмий мен қорғасын иондары негізінен топырақтан тамыр жүйесі арқылы түседі. • Кадмий мен қорғасын иондары тамырдың беткі ауданының шырышты бөлігіндегі урон қышқылдарының карбоксильді топтарымен байланысады.

Тығыздығы АМ >5 г/см 3 •

• Тамырдың сыртқы бетіндегі шырыштың ауыр металдарды байланыстыруы катион табиғатына байланысты өзгереді: • Pb 2+ > Cu 2+ > Cd 2+ > Zn 2+ • Ауыр металдардың шырышпен байланысуы олардың тамырға өтуін шектейді және тамырдың маңызды барьерлік қызметін айқындай түседі.

• Тамырмен байланысқан металдардың біраз бөлігі шырыштың биодеградациясынан кейін босауы мүмкін. • Қазіргі кезде Cd 2+ мен Pb 2+ иондарының қанша мөлшері шырышпен байланысатыны белгісіз. • 0 о. С–та өсімдіктің зат алмасуы төмендегенде де Cd 2+ иондары сіңірілетіні анықталған.

• Әртүрлі өсімдік түрлерін Cd 2+ мен Pb 2+ иондарының сіңірілу жылдамдығы бойынша ажырататын арнайы механизмдер анықталмаған. • Ауыр металдардың сіңірілу жылдамдығы тәуелді: • - топырақ ертіндісінің p. H-на, • - ондағы органикалық заттардың мөлшеріне, • - басқа да иондардың концентрациясына тікелей.

• Тамырлар жапыраққа қарағанда көп заттарды сіңіре береді, себебі оларда кутикула болмайды. • Токсикалық заттар тамырға сумен бірге тасымалданады. Ксилемаға апопласт бойынша барады. • Ксилемада заттар бір бағытта жылжиды, флоэмада екі бағытты – акропетальды • және базипетальды

• Ксилемада апопласт бойынша заттар мынадай тасымалданады: • Тамыр түтікшелер – клеткааралық кеңістік – кортикалық клеткалардың клеткалық қабығы – эндодермис - Каспари белдеушілер арқылы диффузия – ксилема. • Каспари белдеушілер қосымша заттарға кедергі жасайды, олардың қызметі жапырақтың кутикуласына ұқсас.

• Ксенобиотиктер тамырлармен 2 фаза арқылы сіңіріледі. • Біріншіде – жылдам фазада заттар тамырға диффузияланады, • Екінші фазада - өсімдік ұлпада заттар баяу жинақталады.

• Заттардың сіңіру белсенділігі токсиканттың молекулалық массасынан, концентрациясынан, полярлығынан, р. Н-нан, температурадан тәуелді. • Заттардың сіңіру жылдамдылығы токсиканнтың концентрациясына тіке пропорцианалды.

• Бұл Cd 2+ сіңірілуі бойынша толық зерттелгені- мен, Pb 2+ иондары үшін әлі толық зерттелмеген. • Топырақтың p. H-ның артуы топырақ ерітіндісінде әлсіз еритін қосылыстардың түзілу есебінен Cd тұздарының ерігіштігін төмендеткен, нәтижесінде кадмийдің өсімдікке түсуі жоғарылайды

• Өсімдіктердің әртүрлі мүшелеріне Cd 2+ мен Pb 2+ иондарының түсуіне басқа да иондардың мөлшері әсер етеді. • Сілтілік және жер-сілтілік металл иондарының сіңірілуі кадмий бар кезде тежеледі. • Cd 2+-бар жағдайда бұршақ тамырларында басқа иондардың кіруі мына қатар бойынша орналастыруға болады: • Na+ < K + ≤ Mg 2+ ≤ Ca 2+

• Әртүрлі өсімдіктерге жасалған тәжірибелер нәтижелері көрсеткендей, Ca 2+ иондары Cd 2+-дің тамыр арқылы сіңірілуін айтарлықтай тежелген. • Бірақ қайың өскіндері ортада Ca 2+ иондарының концентрациясы артқан сайын Cd 2+ иондарын көбірек сіңірген

• Керісінше, Cd 2+-дің сіңірілуі қайың өскіндерінде Cu 2+ иондары мөлшері артқан сайын төмендеген. • Zn 2+ иондары Cd 2+ иондарын сіңіруде антагонист болып келеді.

Цинк Кадмийдің сіңіруін төмендетеді Фосфорлы, азот фосфорлы тыңайтқыштар Кадмийдің сіңіруін жоғарлатады

• Топыраққа Zn енгізгенде Cd 2+ иондарының концентрациясы бидайдың барлық мүшелерінде азайған, ал фосфор және азот-фосфорлы тыңайтқыштар осы металдың өсімдік ұлпаларында жинақталуын арттырған. • • Кадмий иондарының сіңірілуіне аниондардың әсері мардымсыз. Сонымен Cd 2+ мен Pb 2+ иондарының арнайы сіңірілу механизмдері анықталмаған.

Тамырмен және жапырақтар арқылы сіңірілген токсикалы заттар өсімдік бойы қоректі заттар дыітарататын процестер арқылы жылжиды Қозғаушы күштер Транспирация Түтіктер Трахеидтер Ассимиляттар ағыны – заттарды жапырақтардан төмен орналсқан мүшелерге таралуы - Ксилема Сүзгі тәріздес түтіктер /ситовидные трубки/ Флоэма

• Транспирация - диффузиялық процесс, ол су молекулаларының кинетикалық энергиясымен және су потенциалының градиентімен қамтамасыз етіледі. • Осы градиентті ұлғайтатын факторлар: -температураның жоғарылауы ауаның ығалдылығын төмендетеді, ауаның су потенциалы жоғарылайды транспирация қарқындылығы ұлғаяды. - Жел мен жарық транспирацияны ұлғайтады.

• Транспирация ағыны схема бойынша жүреді. • Мезофилл клеткалары леп тесітер арқылы. суды буландырады • Сондықтан клетка қабығында су тапшылығы пайда болады. • Клетка қабығы тартылып цитоплазманың көлемі кішірейеді. • Клетканың су потенциалы төмендейді, клетканың су сорғыш күші ұлғаяды.

• Транспирация ағыны схема бойынша жүреді. • Мезофилл клеткалары леп тесітер арқылы. суды буландырады • Сондықтан клетка қабығында су тапшылығы пайда болады. • Клетка қабығы тартылып цитоплазманың көлемі кішірейеді. • Клетканың су потенциалы төмендейді, клетканың су сорғыш күші ұлғаяды.

Су потенциалы әрқашан теріс мәнінде: Ψw =μw – μow Vw онда μw - cудың химиялық потенциалы белгілі ерітіндіде, белгілі жерде μow - таза судың потенциалы Vw - cудың парциальный молярлық көлемі

Транспирация жылдамдылығы 1 до 100 м/сағат. Ол өсімдік түрінен тәуелді. Суточный ход транспирации следует, в известной мере, за изменениями температуры: максимум вскоре после полудня, минимум - ночью. Этот ход сопровождается утренним раскрытием под действием света и ночным закрытием устьиц. В жаркие, сухие дни скорость испарения воды с поверхности листьев (транстгидрация) превышает поступление воды из корней. Возникающий при этом водный дефицит приводит к завязтиванию листьев, закрыванию устьиц. и снижению, таким образом, интенсивности транепирации. С наступлением темноты устьица закрываются, температура падает и снижается интенсивность испарения воды. В это время благодаря интенсивному поступлению воды из корней водный дефицит устраняется.

Гидрофиттер /суда балқып өсеті суға батып өсетін Ксерофиттер Гигрофиттер Морфологиялық өзгерістер Транспирацияның төмендетеуі Транспирацияның ұлғаюы Түтіктер жақсы дамымаған, судың жылжуы нашар балаузды затпен қаптанған жапырақтар, қалың кутикула және т. б. (ксерофиты) Жұқа кутикула, үлкен жапырақтар, леп тесіктер жоғары көтеріліп орналасқан

Транспицияның токсикалы заттардың жылдамдылығына маңыздылығын мына формула көрсетеді U = (TSCF) (T) (C) U- токсиканнтардың сіңірілу жылдамдылығы. T – Транспирация жылдамдылығы литр/күнге TSCF - транспирация ағынының концентрациясының коэффициенті. C – токсиканттардың топырақтағы kонцентрациясы

К - октанол мен суда таралу коэфициенті, ол заттың гидрофобтығын көрсетеді. К - 3, 5 көп болса, олар топырақта және тамырларда жақсы адсорбцияланады. Онадй қосындыларға 1, 2, 4 трихлорбензол, I, 2. 3, 4, 5. пентахлорфекол* ПАУ, ПХБ, диоксины жатады. Олар өсімдікке кірмейді. Орташа гидрофобты заттар (1 - 3, 5) - фенол, нитробензол, толуол, три-хлорэтилен, атразин, жақсы сіңіріледі, тез жылжиды өсімдікте. Гидрофильді токсиканттар ( K < 1) (анилют, гексагидро -1, 3, 5 -тринитро-1, 3, 5 -триазин взрывчатое вещество ), аз мөлшерде сіңіріліеді

• Токсикалық заттар топырақтан транспирация күшімен тасымалданады, ал жапырақтан түске заттар ассимиляттармен бірге флоэма арқылы.

Көбінесе полициклдік ароматикалық көмірсулар (ПАК олар өзінің гидрофобтыына өарамастан, топырақтан жақсы сіңіріледі, тамырмен жіне жапырақтармен тасымалданады.

• Төмен молекулалы ПАК • (нафталин, антрацен, фенантрен), жоғары молекулалалы ПАКтарға (перилен, 3, 4 -бенэпи- рен, бензантрацен, дибенза, Ii)антрацен). • қарағанда жақсы сіңіріледі және деградацияланады

Пестицидтер кутикуладан диссоциацияланбаған молекулалар түрінде паренхимадан кіреді Симпласт арқылы токсиканттар флоэмадан тор тәрізді тұтіктерге кіреді, содан кейін басқа жапырақтарға, қарқыны өсіп жатқан мүшелерге, көбею мүшеледрге таралады

• Гербицид 2, 4 -Д және дефолиант 2, 4, 5 -Т в фасолькіргенде базипетальды және акрропетальды жылжиды. • • Гербицид мекопроп жапырақтан звеэдчатканың төзімді және төзімсіз түрлерінде бірдей жылдамдықпен жылжиды

• Пестицидтер, мочевинаның туындылары. тамыр жүйесімен сіңіріледі және транспирация ағынымен тез жапыраққа жылжиды. • Мақта өсімдіктерде флюо • рометурол қоректі ортадан жоғарыға и жилжиды актропетальды транспирация күшімен • Осы гербицид жапырақтан кірсе ол базипетальды жылжиды. Осындай нәтижелер гербицидтің флоэма арқылы симпласттық транслокацияны көрсетеді

Гербицидтердің жылжуы көмірсулардың биосинтезінен тәуелді ( сахароза) және олардың флоэмаға дейін тасымалдануы Жоғары сатыдағы өсімдіктерде қанттар екі жолмен тасымалданады: - апопласттар арқылы флоэмаға кіруі және мезофилл клеткалардан флоэма арасындағы симпласттық байланыстар арқылы.

• Токсикалық заттардың жапырақмен сіңірілуі Жапырақ Леп тесіктер Жапырақтың астынғы беті /абаксиальды/ Эпидермис, балауызбен жабылған кутикула Үстінгі бетінде /адаксиальды/ бетінде кутикула қалыңдау болады

• Леп тесіктердің көлемі өзгеріп, олар ксенобиотиктердің жапыраққа кіруін реттеп тұрады. • Леп тесіктердің көлемінің өзгеруі тұйықтаушы клеткалардан тәуелді. • Тұйықтаушы клеткаларда калий иондары көбейгенде леп тесіктер ашылады

• Леп тесіктердің ашылуы тәуелді: • • - жарықтың белсенділігінен, - температурадан, - ылғалдықтан, -СО 2 -нің клеткааралық жүйедегі қысымынан, • -иондық балансынан, • - гидратациясынан.

• Тамырға токсиканттар сумен бірге кірекді. • Тамыр жапыраққа қарағанда өткізгізетін заттарды қатты таңдамайды • Ауыр металдар жапырақатар және тамырлар арқылы өсімдікке түседі. Жапыраққа: • - леп тесіктер арқылы, • -кутикула арқылы • -пассивті диффузия • -активті тасымалдау арқылы.

• АМ концентрациясы өте маңызды. • Cd клеткаға пассивті тасымалдау арқылы түседі, егер концентрациясы өте жоғары болса • Активті тасымалдау арқылы, егер концентрациясы төмен болса. • Ол процесске Н+-АТФаза қатысады.

• Биологиялық мембраналардың құрылысы. • Кәзіргі заманда мембрананалардың құрылысының сұйық-мозайкалық гипотеза қабылданған. • Сингер и Николсон (Singer, Nicolson) 1972 ж. • сұйық-мозайкалық гипотеза • .

• Ол гипотеза бойынша мембрананың негізін қос қабат фосфолипидтер және басқа липидтер құрайды (галактолипидтер, стериндер, май қышқылдар және т. б. ). • Липидтер гидрофобтық жақтарымен біріне қарап тұрады

• Порлярлық липидтерде бейтарап май қышқылдары қосқабатқа сұйықтық береді. • Стериндер де сондай эффект көрсетеді. • Биомембраналар липид құрылым бойынша ассимметриалы болып келеді, себебі оның екі жағы - ішкі және сыртқы - әр түрлі гидрофильдік ортаға қарайды. • Сыртқы жақта стериндер және гликолипидтер көп болады.

• • У фосфолипидтердің (фосфат тобы бар) молекулалары полярлы басынан және полярсыз құйырықтардан тқрады. • Гликолипидтер – липидтер мен көмірсулардың қосындылары. Егер суға полярлық липидтерд май құйылса, мысалы фосфолипидтер, онда оның молекулалары бір қабат болып судың бетінде орналасады, ал гидрофобтық құйрықтар судан шығып тұрады. •

• Заттардың мембрана арқылы тасымалдануының маңызы: • 1. Ферменттердің жұмыс істеу үшін клеткадағы р. Н және оптимальдық иондық концентрациясын сақтау, . • 2. Энергия көзі және клеткалық компонент құрайтын қоректі заттарды керекті жерге тасымалдау. • 3. Улы заттарды клеткадан шығару. • 4. Пайда болатын заттарды бөлу. • 5. Әр түрлі процестерге керек иондық градиент түзу. • Заттардың клеткаға тасымалдануының 4 басты механизмдері бар: • Пассивтік тасымалдану - энергиясыз жүреді: а-диффузия, б -осмос • Активті тасымалдану - энергия пайдаланады. • Экзо- или эндоцитоз. •

• Диффузия • Осмос • Активті тасмалдану. • Экзо- или эндоцитоз. Пассивті тасмалдау активные процессы, связанные с потреблением энергии Осмос – жартылай өткізетін мембраналардан судың диффузиясы Пассивтік тасымалдану - химиялық және электрлік градиенттер бойынша Активтік тасымалдану - электрохимиялық градиентке қарсы, энергия жұмсалады.

• Пассивтік тасымалдау: • а) егер заттар липидтерде еритін болса фосфолипидтік фазада журеді, • б) липидтердің арасынан, • в)липопротеиндік тасымалдағыштар болса. • г) липопротеиндік комплекстен жаралған арнайы каналдар арқылы (натриелық, калийлық және т. б. ) жүреді. • Қанттар, АҚ және т. б. субстраттар арнайы тасмалдушылармен тасымалдануы мүмкін Н- иондармен симпортпен (бір жаққа)( бактерияларда, саңырауқұлақтарда грибов и растений) немесе Nа (жануарларда), бұл жерде субстраттың градиентіне емес, иондардың градиентіне қарай жүреді.

• Иондық кішкентай молекулалар, глюкоза, аминқышқылдар, май қышқылдар, глицерол сияқты әдетте мембранадан баяу өтеді. Зарядсыз және майда еритін липофильдік молекулалар тезірек өтеді. • Осы механизмнің модификациясы жеңілденген диффузия деп аталады. Онда заттың өтуіне басқа арнайы молекула көмек береді. Осы молекуланың ерекше каналы бар, ол тек белгілі түрді заттарды өткізеді. • Тасымалдаушылар - ерекші белоктар, олар тасымалдайтын затпен байланысады. Осы белоктарда ішкі немесе сыртқы жаққа қарайтын топтар бар. Конформациясы өзгергенде заттар сыртқа немесе ішке кіреді. Тасымалданудың жылдамдылығы каналдарға қарағанда азырақ. Тасымалдаушылар тонопласта да бар. • • Каналдар - бұл трансмембрандық белоктар, саңылаулар құсап жұмыс істейді.

• АТФ+НОН →АДФ +Фнг • АТФті гидролиздейтін фетменттер АТФаза деп аталады. • К, Nа -АТРаза, Н-АТРаза, Са 2 -АТРаза, анионная АТРаза. • Н+-иондардың АТФтің энергиясын пайдаланып мембрана арқылы тасмалдануы протондық помпа деп аталады (Н+помпа или Н -насос). • Ол клетканың р. Н-ын реттейді, мембрандық потенциал құрайды, энергияны сақтау және айналдыру, мембрандық және алысқа тасмалдау, минералдық элементтерді сіңіру ж. Т. б. •

Пассивті тасымалдау Диффузия Осмос Саңылаулар арқылы, Липофильді тасымалдау Активті тасымалдау Жеңілденген диффузия Тасымалдаушылар арқылы (қанттар Н+-иондар мен симпортта каналдар арқылы) Насос арқылы тасымалдау К+-АТФаза К, Na --АТФаза Электро. Негізгі қозғаушы күш – нейтральды Тасымалдаушылардың емес (бірдей қарыма қарсы иондардың градиенті зарядтары бар иондардың тасмалдануы К+- Cl-) Электрогендік (бір жаққа тасмалданады, мысалы К-Na-насос 2 К+-3 Na+)

• Насос –ол ерекші белок, мембранаға батып тұратын. • Ішкі жағынан натрий мен АТФ кіреді, сыртқы жағынан - калий. • Белок конформациялық өзгергенде иондар тасымалданады. Белок АТФаза ретінде де жұмыс істейді. Шыққан энергияны тасымалдауға пайдаланаді. • Оны бірінші ретті тасмалдану деп айтады. • 2 калий ионның орынына 3 натрий ионы шығады. Соның себебінде клетканың іші теріс зарядталады. Мембрананың екі жағында потенциалдың айырымы пайда болады. • Шыққан натрий клеткаға қайтадан диффузияланады, бірақ өте баяу. • Екінші ретті активті тасымалдану. Онда тасымалдағыштар болып белгілі белоктар келеді, ал АТФ-тің энергиясы олардың мембрана арқылы тасымалдануына пайдаланады.

• Н-АТФаза істегенде протондар клеткадан шығады, мембранада электрохимиялық потенциалы пайда болады. Сол потенциал иондарды тасмалдаушылар көмегімен өтуіне пайдаланады. • Бірінші ретті Н+ индардың электрохимиялық поненциалына қарсы тасмалдануы басқа индардың электрохимиялық потенциал бойынша тасмалдануына пайдаланған үшін оны екінші ретті активті тасымалдану деп атайды.

Электрохимиялық потенциал иондардың клеткаға кіруінде маңызды болады. Цитозоль теріс зарядталғаны анықталды (100 -150 m. V) сондықтан кадмий иондары диффузия арқылы кіру керек

• Леп тесіктер арқылы тек газдар емес, сұйық заттарда өте алады. • Кейбір токсикалық заттар жапыраққа ерітінді түрінде кіреді – пестицидтер, атмосфераның ксенобиотиктері, суда еритін аэрозольдер. • Жапыраққа сұйық заттардың енуі оның бетінің ылғалдығынан, беттік кернеуінен, леп тесіктердің морфологиясынан тәуелді.

Жапыраққа сұйық заттардың енуі Жапыраққа Жапырақтың Леп тесіктердің бетінің ылғалдылығы беттік кернеуі морфологиясы

• Зебрина өсімдігінің жапырағының беттік кернеуі 25 -30 дин/см ( судың - 72. 5 дин/см, этанолдың — 22 дин/см). • Беттік кернеуі 30 дин/см кем болса, заттардың жапырақтармен беттескен бұрышы әрқашан бірдей болады, онда сұйықтық тез леп тесік арқылы жапыраққа кіреді. • Беттік кернеуі 30 дин/см ден жоғары болса, жапырақтың беті суланбай, заттар кіре алмайды

• Нафтилсірке қышқылы /НУК/ жарық • көбейгенде тез өтеді • Кутикулада балауыз қабаты болады. • Кутикуладан липофильды заттар өтеді және гидрофильді газдар, су және күкүрт қышқылы

• • • Кутикуланың химиялық қүрамы : -түрінен, - жасынан, -температурадан, ылғалдықтан. • Кутикула негізінде кутиннен, балауыздан тұрады.

БАЛАУЫЗ Ұзын тізбекті алкандар Кетондар Спирттер Карбон қашқылдардың күрделі эфирлері

• Кейде балауызда дикетондар (С 29— С 30), тритерпендер (например, урсол қышқылы), дитерпендер, глицеридтер және фенолдар болады

Кутикула Балауыз Алкандар Спирттер Карбон қышқылдардың күрделі эфирлері Дикетондар Карбон қышқылдардың аралас қосындылары Тритерпендер Глицеридтер Фенолдар

• Адаксиальды жақтың абаксиальды жаққа қарағанда (1, 2 нм) кутикуласы қалыңдау болады (1, 6— 2. 0 нм), • Кутиннің синтезі жапырақ толық шыққанда тоқталады. • Жас өсімдіктер токсиканттарды • тез сіңіреді • Пестицидтер /карбофос және фенил метилнитрофос/ балауызсыз жапырақтарға 3— 4 сағаттан кейін кіреді • ,

• Токсиканттардың сіңіруіне трихомалар да қатысады. • (разнообразные наросты эпидермиса в виде волосков, бородавочек, чешуек, щетинок и т. п. ). • Токсиканттар эктодесмалар арқылы да өсімдікке енеді. • Эктодесмалар клетка қабықтарындағы бос кеіңістіктер, олар целлюлозалық фибриллалардан тұратын каналдармен толтылырған. • Ондай каналдар плазмалемманы кутикуламен байланыстырады.

• ЛЕКЦИЯ 5 • Клетканың құрылымдық ұйымдасуына антропогендік токсиканттардың әсері» • 1. Электрондық микроскоптың токсиканттардың субклеткалық ұйымдасуындағы ролі • 2. Транспирацияның ролі • 3 Полициклдік көмірсулардың тасымалдануы

• Органикалық токсиканттардың әсерінің нәтижесінде /пестицидтердің, көмірсулардың, фенолдардың, ароматикалық аминдердің / клеткада морфологиялық өзгерістер пайда болады. • Ең сезімтал фотосинтез процесі, Кребс циклі, тотыға фосфорлану процесі: АТФ, АМФ, • ГТФ синтезі 2/18/2018

Өсімдік клеткасының реакциясы Ксенобиотиктің химиялық табиғаты Ксенобиотиктің концентрациясы Ксенобиотиктің әсерінің ұзақтығы 2/18/2018

• Көміртекпен белгіленген 14 С токсикалық қосындылардың зерттеуі бойынша бастапқы этапта /5 -10 мин/ токсиканттар клетка қабығында, аз мөлшерде - ядрода, ядрошықтарда, кейде цитоплазма мен митохондрияда табылған. • Экспозиция уақыты ұзарғанда органеллаларда олардың мөлшері көбейеді - ядрода, органеллалардың мембраналарында, тонопластта, вакуольде. 2/18/2018

• Жүгеріде - 10 -3 М феноксисірке қышқылы • 5 -10 мин - гербицид - тамыр апексінің ядросында, ядрошықта, вакуольде • Реактивті белгі - 3%- клетканың ауданынан • Күнбағыс -5 -10 мин - гербицид -16%, клетканың ішінде, ядрода - аз мөлшерде. • Бұршақ өсімдік - цитоплазма 2/18/2018

Бензидин Вакуоль Жүгерінің тамыр клеткалары 60 мин 10 мин Клетка қабығы Цитоплазма 2/18/2018 Ядрошық-тар Ядро 30 мин

Токсикалық органикалық заттар әр түрлі өсімдіктерде әр түрлі болып жинақталады. Сонымен қатар бірінші 30 минуттың арасында токсиканттар кейбір органеллаларда жинақталады. Периплазмалық кеңістік үлкейеді. Плазмодесмалардың саны азаяды. Эндоплазмалық торлардың көлемі үлкейеді. Токсиканттар вакуольде жинақталады. 2/18/2018

• Токсикалық заттардың дәндерге кіру жолдары • Дәндерді пестицидтермен өндегенде олар дәндердің ішіне кіруі мүмкін • Ксенобиотиктердің дәндерге кіруі олардың қабығының өткізгіштігімен лимиттеленеді. • • Заттардың сінірілуі тәуелді. - концентрациядан, - температурадан, - инкубацияның ұзақтығынан

Көбінесе пестицидтер дәндерге оларды өнденгенде кіреді. Пестицидтердің дәндерге кіруі дәндердің қабығының өткізгіштігінен тәуелді. Температура жоғарылағанда дәндер арқылы сіңіруі ұлғаяды.

Қабығы Тұқым жарнақтары Сабақтың апексі Тамырдың апексі

Гербицидтердің дәндермен сіңіруі осындай формула арқылы есептеледі.

• Көбінесе дәндерде негізгі барьер оның қабығы болып келеді. • Мысалы, мақтаның қабығының өткізгіштігі фасольден төмен, сондықтан. гербицидтер, тербутрия және флуометурон мақтаның дәннің қабығында жиналады. • Ал фасольде олар дәннің ішіне кіреді. • Дихлорметаит амаранттың және сұлының әсері физиологиялық жағдайдан және өндеудің уақытынан тәуелді болған.

• Дихлорметан дәннің қабығына кіре алмайды деп саналады. • Төмен молекулалы алкандардың, алкендердің, алкадиендердің және альдегидтердің портулак өсімдігінің (Роrtulaca оlегасеа) және амаранттың дәндерінің өнуіне әсерін зерттегенде қанықпаған көмірсулар (этилен, пропилен және пропандиен) оңай тұқымға кіріп, олардың өнуін жоғарлатады.

• Альдегидтер әлсіз стимулдайтын эффект көрсетеді. • Ал алкандар ондай ешқандай физиологиялық эффект көрсетпейді. • Жүгері, соя, клещевинаның тұқымдарының гербицидтерді сіңіруін зерттегенде олардың абсорбциялайтын қабілеті келесі қатарға сәйкес жоғарылайды. • флуметурон<2, 4 -Д<дифенамид< дрифлуралин<атразин<прометрин <хлорпрофам