Обмен веществ и транспорт веществ в растении Метаболизм (обмен веществ – совокупность химических реакций в живой клетке) Анаболизм • Ассимиляция, пластический обмен, синтез органических веществ. • С затратой энергии синтезируются углеводы, жиры, белки, ДНК, РНК, АТФ и другие вещества. Катаболизм • Диссимиляция, энергетический обмен, распад органических веществ. • С освобождением энергии распадаются органические вещества, конечными продуктами распада являются СО 2, Н 2 О, АТФ.
Превращение веществ при созревании семян Основные формы запасных веществ – крахмал, жиры и белки. Семена крахмалистые Хлебные злаки, зернобобовые культуры, каштан, акация, дуб и др. маслянистые Конопля, лен, мак, подсолнечник, кедр, сосна, ель, пихта, тис и др. хвойные, липа, грецкий орех, лещина, бук и др.
Содержание запасных веществ в семенах древесных растений Порода Углеводы Жиры Белки Каштан конский Клен серебристый Дуб белый Дуб черешчатый Дуб красный Пекан 68, 0 62, 0 58, 4 47, 0 34, 5 10, 7 5, 0 4, 0 6, 8 3, 0 22, 5 74, 4 7, 0 27, 5 7, 4 3, 0 7, 2 11, 4 Орех грецкий 16, 5 65, 0 17, 0 Кокосовая пальма 15, 8 64, 5 7, 6 Лещина обыкновенная 11, 5 61, 2 16, 3 Сосна кедровая сибирская 17, 2 59, 4 19, 4 Миндаль 15, 0 57, 7 22, 0 Фисташка 17, 0 56, 4 23, 3 Сосна веймутова 4, 6 35, 2 31, 7 Сосна болотная 4, 5 31, 7 35, 2 Клен ясенелистный 6, 8 29, 5 7, 5 Ясень пушистый 16, 7 27, 1 3, 5 Ясень обыкновенный 11, 5 19, 7 3, 5 Клен остролистный 10, 7 17, 2 3, 1
Процессы, протекающие в семенах при созревании: • • • В семена и плоды из листьев притекает большое количество углеводов и азотсодержащих веществ (аминокислот и амидов), а также минеральных солей. Сразу после цветения начинается формирование зародыша, образование новых клеток, рост тканей семени. Повышается интенсивность дыхания, что связано с необходимостью энергетических затрат на различные синтезы. В дальнейшем интенсивность дыхания снижается и к моменту полного созревания семян приближается к минимальной. В период созревания семян в них достаточно высокое содержание фитогормонов, в частности ауксинов, к концу созревание их содержание снижается. По мере завершения роста зародыша в созревающих семенах происходит накопление больших количеств сахаров. Затем начинается синтез крахмала или жиров. К концу созревания накапливаются фосфорсодержащие органические соединения в форме фитина, фосфатидов и нуклеопротеидов. Накапливаются специфические вещества вторичного обмена (гикозиды, алкалоиды, фенольные соединения и др. ). В семенных покровах синтезируются целлюлоза, кутин, суберин, лигнин и др. вещества.
![Синтез крахмала [С 6 H 10 O 5]n: 1) активирование глюкозы за счет молекулы](https://present5.com/presentation/3595863_184505526/image-5.jpg "Синтез крахмала [С 6 H 10 O 5]n: 1) активирование глюкозы за счет молекулы")
Синтез крахмала [С 6 H 10 O 5]n: 1) активирование глюкозы за счет молекулы АТФ: глюкоза + АТФ глюкозо-1 -фосфат + АДФ; 2) образование аденозиндифосфат-глюкозы с использованием второй молекулы АТФ: глюкозо-1 -фосфат + АТФ АДФ-глюкоза + Н 4 Р 2 О 7; 3) синтез крахмала с участием фермента из подкласса гликозилтрансфераз — крахмал-синтазы: n. АДФ-глюкоза + затравка n. АДФ + амилоза.
Высшие полисахариды в растениях синтезируются путем реакций трансгликозирования, т. е. переноса гликозильных остатков (остатков моносахаридов). Перенос осуществляется от многочисленных молекулдоноров к одному концу молекулы-акцептора, который называют затравкой и который при этом удлиняется: nглюкоза-Х + акцептор (глюкоза)n-акцептор + n. Х В качестве затравки служит полисахарид, состоящий из нескольких остатков глюкозы. Наряду с АДФ-глюкозой для синтеза крахмала может использоваться другой очень активный сахар — уридиндифосфатглюкоза. Второй составной компонент крахмала — амилопектин образуется из амилозы при участии так называемой «ветвящей гликозилтрансферазы» . Амилоза – линейный полимер, амилопектин – разветвленный полимер. [С 6 H 10 O 5]n - крахмал амилоза + глюкоза амилопектин
Синтез жиров: Жиры синтезируются из глицерина и жирных кислот, которые, в свою очередь, образуются из продуктов гликолитического расщепления глюкозы: глицерин — из фосфоглицеринового альдегида (ФГА), а жирные кислоты из ацетил-кофермента А:
После полного созревания обмен веществ в семенах существенно изменяется и постепенно снижается до минимума: ØКоличество воды начинает быстро падать ввиду снижения гидрофильности коллоидов клеток семян. Это ведет к снижению активности имеющихся молекул ферментов, которые связываются с запасными белками. ØПонижается синтетическая деятельность семян в связи с уменьшением содержания и. РНК и потерей функций полирибосом, которые исчезают полностью. ØРезко уменьшается интенсивность процесса дыхания. ØНакапливаются ингибиторы роста. ØКлетки семян переходят в состояние покоя.
Существенные изменения биохимического состава наблюдаются по мере созревания плодов у плодовых древесных культур. Завязавшиеся плоды яблони по содержанию органических веществ мало отличаются от зеленых листьев. Затем в околоплодниках накапливается очень много клетчатки, гемицеллюлозы, крахмала, органических кислот, дубильных веществ. Поэтому зеленые яблоки очень твердые, кислые и несъедобные. По ходу созревания количество крахмала и других названных компонентов резко уменьшается, повышается содержание различных сахаров, синтезируется много витаминов (аскорбиновой кислоты, каротина, никотиновой и фолиевой кислот и др. ), различных ароматических веществ, антоцианов, и плоды приобретают свою обычную привлекательность, становятся сладкими, ароматными, приятными на вкус и мягкими благодаря гидролизу пектиновых веществ, склеивавших до этого стенки мякоти плода. У зимних сортов яблонь большинство из указанных превращений происходит уже после снятия плодов с дерева, во время лежки, когда притока новых органических веществ из листа уже не происходит.
Превращения веществ при прорастании семян Прорастанию семян предшествует поглощение ими большого количества воды - сначала за счет сил набухания, достигающих огромных величин (более 1000 атм), затем — путем осмотического всасывания. Крахмал, жиры или белки сами по себе передвигаться по растению не могут. Они остаются в местах их синтеза. Только продукты их биохимических превращений (растворимые сахара, органические кислоты, аминокислоты и различные амиды) легко транспортируются к точкам роста, выступающим в качестве аттрагирующих центров.
Превращения крахмала: В набухших семенах при доступе кислорода и при соответствующей температуре (не менее 1 -3 °С для семян холодостойких растений и выше 10°С для теплолюбивых) резко повышается активность гидролаз. Происходит это как путем перехода ферментов из связанного состояния в свободное, так и благодаря биосинтезу новых молекул. Ярким примером этого могут служить ферменты, вызывающие гидролиз крахмала. В сухих семенах β-амилаза находится в неактивном состоянии, а α-амилаза практически отсутствует. При прорастании семян происходит активирование β-амилазы и синтез α-амилазы. Под действием этих ферментов крахмал подвергается гидролизу, причем α-амилаза вызывает распад молекулы крахмала на крупные осколки, а β-амилаза отщепляет концевые остатки мальтозы. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала с все более уменьшающейся молекулярной массой являются амилодекстрин, эритродекстрин, ахродекстрин, мальтодекстрин и, наконец, дисахарид мальтоза (С 12 Н 22 О 11). Заключительный этап гидролиза крахмала — расщепление мальтозы на 2 молекулы глюкозы катализирует мальтаза.
уменьшение молекулярной массы Гидролиз крахмала амилодекстрин эритродекстрин ахродекстрин мальтоза 2 молекулы глюкозы
Превращения жиров: Сначала под действием липазы происходит гидролиз жира на глицерин и жирные кислоты: В дальнейшем глицерин и жирные кислоты в зависимости от направления обмена веществ подвергаются сложным превращениям. Наиболее распространенной является реакция фосфорилирования глицерина с образованием в конечном итоге фруктозо-1, 6 -дифосфата и других сахаров.
Окисление жирных кислот начинается с отщепления двууглеродных звеньев с образованием ацетил-Ко. А (так называемое (β- окисление). Образующийся ацетил-Ко. А затем вовлекается в глиоксилатный цикл (укороченный цикл трикарбоновых кислот), конечным продуктом которого является янтарная кислота. Включаясь в дальнейшем в отдельные реакции цикла Кребса, янтарная кислота превращается через ряд промежуточных соединений в щавелевоуксусную кислоту, а та, в свою очередь, в фосфоенолпировиноградную кислоту (ФЕП). В последующем через обращенный гликолиз ФЕП превращается в триозофосфаты и, затем, в углеводы. Два первых этапа превращений жиров в углеводы, протекают в глиоксисомах, цикл трикарбоновых кислот в митохондриях, а последующие два этапа — в цитоплазме.
Превращения белков: Запасные белки семян подвергаются гидролизу до аминокислот по схеме: протеазы пептидазы белки полипептиды аминокислоты Образующиеся аминокислоты передвигаются к точкам роста и используются на синтез конституционных белков новых клеток. Аминокислотный состав этих белков резко отличается от состава исходных молекул запасных белков. Часть «лишних» аминокислот дезаминируется с образованием органических кислот и аммиака. В прорастающих семенах аммиак сразу же обезвреживается, включаясь в состав аспарагина CO(NH 2)-CH 2 -CH(NH 2)-COOH. Образующийся аспарагин может служить донором аминогрупп при последующем синтезе других аминокислот.
Запасные вещества вегетативных органов древесных растения Отложение запасных органических веществ происходит не только в семенах и плодах, но и в других частях растений. У многолетних древесных растений органические соединения откладываются в корнях, стволе, ветвях, побегах, почках, а у хвойных с неопадающей хвоей даже в хвое. v. В стволе и старых ветвях запасные вещества находятся в живых клетках древесной паренхимы и сердцевинных лучей лишь в более молодых периферических годичных кольцах заболони. Ядро и внутренние слои заболони для отложения запасных веществ используются мало. v. В молодых ветвях и побегах крахмал, липиды, белки и другие запасные вещества откладываются в древесине и сердцевине. v. Достаточно много запасных веществ находится в клетках сердцевинных лучей и лубяной паренхимы коры ветвей, побегов, ствола и корней.
В течение всего лета пластические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза в листьях, передвигаются с нисходящим током вниз к камбию ствола и в корневые системы. Часть их в это время подается к цветкам, семенам и плодам, которые становятся главными аттрагирующими центрами дерева. В умеренной полосе с середины лета дерево начинает откладывать органические вещества в запас. У такой крахмалистой древесной породы, как дуб появляется большое количество крахмала первоначально в растущих побегах, затем — в верхней части кроны и ствола. В августе крахмал появляется в последнем годичном слое древесины ствола, а также корней. Небольшая часть запасных веществ представлена сахарами. Зимой часть крахмала превращается в сахара и масла, другая часть остается в местах его образования. Липа, являющаяся маслянистой древесной породой, в середине лета откладывает большое количество жиров и немного крахмала и сахаров. В зимний период у липы весь запасной крахмал, отложенный в клетках древесной паренхимы и в сердцевинных лучах древесины, лубяной паренхиме и клетках сердцевинных лучей коры ветвей, ствола и корней, превращается в сахара. Накопление сахаров имеет очень важное приспособительное значение, так как защищает живые части дерева от повреждений морозами. У других древесных пород, в частности у березы, крахмал переходит в сахар частично.
Весной, с началом сокодвижения, запасные белки, крахмал и жиры корней, ствола и ветвей подвергаются гидролизу, продукты которого под действием корневого давления поднимаются с восходящим током и используются на распускание почек, рост побегов и листьев, а у плодоносящих деревьев — и цветков. Запасные вещества старой хвои поступают на формирование новой молодой хвои. Однако запасы органических веществ вегетативных органов древесных растений тратятся не полностью. Часть их остается в запасающих тканях и может выполнять очень важную функцию при восстановлении листового аппарата после повреждений его заморозками или поедания насекомыми. Рост дерева в высоту в текущем году в значительной степени зависит от условий прошлого или даже нескольких прошлых лет, способствовавших или не способствовавших нормальной жизнедеятельности древесных растений и отложению органических веществ в запас. Рост деревьев в толщину осуществляется главным образом за счет продуктов текущего фотосинтеза, и лишь небольшая часть запасных веществ дерева идет на прирост по диаметру.
Органические вещества вторичного происхождения Органические вещества растений вещества первичного происхождения, вещества вторичного происхождения или основного обмена белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды терпеноиды, алкалоиды, гликозиды, фенольные соединения и др.
Вещества основного обмена • • • Входят в состав клеточных структур. Участвуют в метаболизме, подвергаются сложным взаимным превращениям, активны в энергообмене. Являются субстратным и энергетическим материалом, резервными и запасными соединениями.
Вещества вторичного происхождения: терпеноиды (эфирные масла, каучук, смолы), алкалоиды (никотин, кофеин, морфин, анабазин, люпинин, кокаин, кодеин), гликозиды (горчичные масла, амигдалин, соланин, антоцианы, дафнин и др. ), фенольные соединения (дубильные вещества незрелых плодов и коры, лигнин) и др. v Встречаются не у всех растений и обнаруживаются не во всех тканях; v не имеют большого значения в основном обмене веществ и энергии, не играют существенной роли и как запасные или резервные вещества; v образуются они из продуктов основного обмена и подчиняются тем же регуляторным механизмам, что и первые; v выполняют ряд специфических функций. Так, эфирные масла, антоцианы привлекают насекомых к цветкам, способствуя опылению. Защищают от поедания животными, нападения вредных насекомых живица, дубильные вещества, алкалоиды и некоторые другие вещества вторичного происхождения. Механическую функцию, особенно у древесных растений, выполняет лигнин, непременный компонент древесины. v Большинство веществ вторичного происхождения остается в местах их синтеза (эфирные масла, лигнин и др. ), некоторые из них образуются в корнях, а откладываются в листьях (никотин и другие алкалоиды) или других частях растений (каучук). Лигнин, раз образовавшись, немедленно выключается из обмена веществ.
Вещества вторичного происхождения принято делить на несколько групп: • Органические кислоты алифатического ряда. • Фенольные соединения. • Гликозиды. • Терпены и терпеноиды. • Алкалоиды.
Органические кислоты летучие
Органические кислоты нелетучие монокарбоновые
Органические кислоты нелетучие дикарбоновые
Органические кислоты нелетучие трикарбоновые
Фенольные соединения • • • С 6 -фенолы. С 6 -С 1 -фенольные кислоты. С 6 -С 3 -гидроксикоричные кислоты и кумарины. С 6 -С 3 -С 6 -флавоноиды. Олигомерные фенольные соединения. Полимерные фенольные соединения.
С 6 -фенолы
С 6 -С 1 - фенольные кислоты
С 6 -С 3 -гидроксикоричные кислоты и кумарины
С 6 -С 3 -гидроксикоричные кислоты и кумарины
С 6 -С 3 -С 6 -флавоноиды 1. Катехины. 2. Антоцианы. 3. Халконы.
Олигомерные фенольные соединения
Полимерные фенольные соединения – дубильные вещества, или таннины, лигнины и меланины.
Гликозиды образуются при замещении гликозидного гидроксила сахара какой-нибудь молекулой или группой. Часть молекулы гликозида, соединенную с сахаром, называют агликоном, что означает «не-сахар» .
Терпены и терпеноиды - углеводороды, производные изопрена. Различаются по количеству атомов С в молекуле. Образуют эфирные масла, смолы, стероиды, каучук, гутту и др. вещества. Некоторые терпеноиды обладают фитогормональной активностью: гиббереллины, АБК и цитокинины. Многие терпены и терпеноиды выполняют роль аллелопатических веществ. Функции большинства терпенов и терпеноидов до конца не выяснены. Алкалоиды – это гетероциклические соединения, содержащие в гетероцикле азот. Известно около 10 000 алкалоидов. Эти вещества физиологически очень активны, находят применение в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Защитные вещества древесных растений • • Живица (у хвойных растений) Гликозиды Фенольные соединения Эфирные масла
Транспорт веществ по растению Ближний транспорт Дальний транспорт • Передвижение ионов, метаболитов и воды между клетками по симпласту и апопласту • Передвижение веществ между органами в растении по проводящим пучкам. • Включает транспорт воды и ионов по ксилеме (восходящий ток от корней к органам побега) и транспорт метаболитов по флоэме (нисходящий и восходящий потоки) от листьев к зонам потребления
Предмет и задачи почвенной микробиологии Микробиология — наука, изучающая строение, систематику, физиологию, экологию, биохимию и генетику микроорганизмов — существ микроскопически малых размеров (от долей, десятков до 100 мкм). I. Протисты Низшие протисты (прокариоты) II. Грибы III. Растения Высшие протисты (эукариоты) IV. Животные А. собственно бактерии; Б. цианобактерии В. актиномицеты Микроскопические Простейшие грибы водоросли животные: (микромицеты) (микроводоросли) инфузории и др. эвглена и др.
Морфологические формы клеток прокариот: 1 — кокк; 2 — диплококк; 3 — сарцина; 4 — стрептококк; 5 — палочковидные бактерии (одиночные клетки и цепочка клеток); б — спириллы; 7 — вибрион; 8 — актиномицет; 9 — плодовое тело миксобактерии; 10 — нитчатая цианобактерия, образующая споры (акинеты) и гетероцисты; 11 — бактерия с капсулой (по М. В. Гусеву и Л. А. Минеевой)
Основными задачами почвенной микробиологии являются: v определение численности и качественного состава микроорганизмов по генетическим горизонтам почвы в географическом аспекте; v выявление влияния почвенных факторов (химического состава, структуры, влажности, аэрации, температуры, р. Н и др. ) на распределение и численность микроорганизмов, т. е. изучение их экологии; v изучение зависимости качественного и количественного состава микроорганизмов почвы от хозяйственной деятельности человека (антропогенных факторов): способа обработки почвы, чередования культур, внесения удобрений, орошения, дренажа и многих других агротехнических и лесохозяйственных мероприятий; v исследование направленности, скорости, взаимосвязи биохимических процессов, происходящих в почве при участии микроорганизмов, в том числе тех, с помощью которых происходит развитие самой почвы, а также их изменений под влиянием антропогенных воздействий; v выявление сложных отношений почвенных микроорганизмов между собой и с высшими растениями. Основной целью почвенной микробиологии является разработка научных рекомендаций по управлению жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов в целях оптимизации минерального питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных растений и продуктивности лесов.
Скачать презентацию Обмен веществ и транспорт веществ в растении Метаболизм
Превращение веществ при созревании семян.ppt