Контрольная работа по "Биологии"

В 1939—1940 гг. Ф. Липман установил, что АТФ служит главным переносчиком энергии в клетке. Особые свойства этого вещества определяются тем, что конечная фосфатная группа легко переносится с АТФ на другие соединения или отщепляется с выделением энергии, которая может быть использована на физиологические функции. Эта энергия представляет собой разность между свободной энергией АТФ и свободной энергией образующихся продуктов (∆G). ∆G — это изменение свободной энергии системы или количество избыточной энергии, которая освобождается при реорганизации химических связей. Распад АТФ происходит по уравнению: АТФ + Н₂О ￫ АДФ + Фн, при этом происходит как бы разрядка аккумулятора, при рН 7 выделяется ∆G = —30,6 кДж. Этот процесс катализируется ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФ-аза).

Равновесие  гидролиза АТФ смещено в сторону завершения реакции, что и обусловливает большую отрицательную величину свободной энергии гидролиза. Это связано с тем, что при диссоциации четырех гидроксильных группировок при рН 7 АТФ имеет четыре отрицательных заряда (рис. 2). Близкое расположение зарядов друг к другу способствует их отталкиванию и, следовательно, отщеплению фосфатных группировок. В результате гидролиза образуются соединения с одноименным зарядом (АДФ^3- и HPO₄^2-), которые отталкиваются друг от друга, что препятствует их соединению. Уникальные свойства АТФ объясняются не только тем, что при ее гидролизе выделяется большое количество энергии, но и тем, что она обладает способностью отдавать концевую фосфатную группу вместе с запасом энергии на другие органические соединения. Энергия, заключенная в макроэргической фосфорной связи, используется на физиологическую деятельность клетки. Вместе с тем по величине свободной энергии гидролиза — 30,6 кДж/моль АТФ занимает промежуточное положение. Благодаря этому система АТФ — АДФ может служить переносчиком фосфатных групп от фосфорных соединений с более высокой энергией гидролиза, например фосфоенолпируват (53,6 кДж/моль), к соединениям с более низкой энергией гидролиза, например сахарофосфатам (13,8 кДж/моль). Таким образом, система АТФ — АДФ является как бы промежуточной или сопрягающей.                          

38.Количественные показатели  транспирации и их значение.

 Завершающей частью водного  обмена растений является транспирация, или испарение воды листьями, то есть верхний двигатель  тока воды в растении. Это явление с физической стороны представляет собой процесс перехода воды в парообразное состояние и диффузию образовавшегося пара в окружающее пространство.   .                     Транспирация характеризуется следующими показателями: интенсивностью, продуктивностью и коэффициентом.                                                                                  - Интенсивность транспирации- это количество воды, испаряемой растением с единицы листовой поверхности в единицу времени. Выражается формулой:

Тр= DС г Н2О _еr м2.1час,

где Тр - интенсивность транспирации, DС - градиент концентрации водяного пара между транспирирующей поверхностью и окружающим воздухом, еr - сумма  диффузионных сопротивлений листа (устьичного, кутикулярного и сопротивления пограничного слоя).                          Сопротивление пограничного слоя зависит от ветра, при отсутствии ветра оно максимально, чем больше ветер, тем оно меньше.                                                                   Устьичное диффузионное сопротивление зависит от степени открытия устьиц.                   Кутикулярное диффузионное сопротивление зависит от толщины кутикулярного слоя, чем она больше, тем больше сопротивление.                                                                       Продуктивность транспирации - это количество созданного сухого вещества на 1 кг транспирированной воды. В среднем эта величина равна 3 г/1 кг воды.                  Транспирационный коэффициент показывает сколько воды растение затрачивает на построение единицы сухого вещества, т.е. этот показатель является величиной, обратной продуктивности транспирации и в среднем равен 300, то есть на производство 1 тонны урожая затрачивается 300 тонн воды.                                                                                         Очень важным моментом в процессе транспирации является действие абиотических факторов окружающей среды: влажности атмосферного воздуха и температуры воздуха.   Чем менее влажен атмосферный воздух, то есть чем меньше его водный потенциал, тем интенсивнее будет идти транспирация. При 100% влажности воздуха его водный потенциал равен нулю. Уже при снижении влажности воздуха на 1-2% его водный потенциал становится отрицательной величиной, а при снижении влажности воздуха до 50% показатель водного потенциала выражается отрицательной величиной порядка 2-3 сотен бар в зависимости от температуры воздуха. При этом в клетках листьев показатель водного потенциала, как правило, выше нуля, поэтому диффундирование воды из межклетников в атмосферу наблюдается почти всегда.                                                              Чем выше температура воздуха, тем выше будет и температура листа, при этом температура внутри клеток листа может быть на 10оС выше, чем в атмосфере. Происходит нагрев воды, находящейся в листе, что также способствует процессу испарения.                                                                                                                                   Суточный ход транспирации у всех растений определяется максимальной транспирацией в утренние часы и минимальной - в полуденные. При этом весьма существенное значение имеют и такие факторы, как температура почвы и воздуха, влажность почвы и воздуха, интенсивность солнечного излучения, наличие ветра у многолетних растений определяется фазами развития растения.                                                                                  Количество воды, испаряемой растением, во много раз превосходит объем содержащейся в нем воды. Экономный расход воды составляет одну из важнейших проблем сельскохозяйственной практики. К.А. Тимирязев назвал транспирацию в том объеме, в каком она идет, «необходимым физиологическим злом». Действительно, в обычно протекающих размерах транспирация не является необходимой. Так, если выращивать растения в условиях высокой и низкой влажности воздуха, то, естественно, в первом случае транспирация будет идти со значительно меньшей интенсивностью. Однако рост растений будет одинаков или даже лучше там, где влажность воздуха выше, а транспирация меньше. Вместе с тем транспирация в определенном объеме полезна растительному организму:                                                                                                                           1. Транспирация спасает растение от перегрева, который ему грозит на прямом солнечном свете. Температура сильно транспирирующего листа может примерно на 7°С быть ниже температуры листа завядающего , нетранспирирующего. Это особенно важно в связи с тем, что перегрев, разрушая хлоропласты, резко снижает процесс фотосинтеза (оптимальная температура для процесса фотосинтеза 20—25°С). Именно благодаря высокой транспирирующей способности многие растения хорошо переносят повышенную температуру.                                                                                                                                                   2. Транспирация создает непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, который связывает все органы растения в единое целое.                                                                                                                            3. С транспирационным током передвигаются растворимые минеральные и частично органические питательные вещества, при этом чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет этот процесс.                                                                                                                       Как уже говорилось, механизм поступления ионов и воды в клетку различен. Однако некоторое количество питательных веществ может поступать пассивно, и этот процесс может ускоряться с увеличением транспирации.

47. Роль корня в биосинтезах.  Связь биосинтеза аминокислот и белков с дыханием корней.

Биосинтез (от греч. bios - жизнь и synthesis - соединение), образование в живых клетках необходимых организму веществ из простых низкомолекулярных неорганических и (или) органических соединений. Биосинтез, в результате которого происходит превращение неорганических соединений, поступающих из окружающей среды, например СО2при фотосинтезе. N2 при азотфиксации в сравнительно простые вещества, называют ассимиляцией. Образующиеся в результате этого процесса вещества используются для биосинтеза более сложных молекул, например витаминов,гормонов, липидов, алкалоидов и биополимеров - белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Подавляющее большинство организмов синтезирует все необходимые для их жизнедеятельности продукты. Исключение - некоторые животные и человек, организм которых, например, не синтезирует ряд витаминов и  аминокислот. Такие вещества они должны потреблять из внешних источников.

Характер биосинтеза определяется наследственной информацией, закодированной в генетическом аппарате организма. Все реакции в клетке катализируются специфическими биокатализаторами - ферментами. Благодаря особым механизмам регуляции они обеспечивают строгую направленность биосинтез Важная особенность ферментативного катализа - стереоспецифичность, которая обусловливает образование только определенных стереоизомеров. Многие вещества синтезируются в результате не одной, а нескольких последовательных реакций, катализируемых различнымиферментами или многоферментными комплексами. Такие реакции составляют путь биосинтез того или иного вещества. Во многих случаях родственные соединения синтезируются из одних и тех же исходных веществ - предшественников, например все стероидные гормоны образуются из холестерина.

Биосинтез осуществляется с затратой энергии. Ее источником служат соединения, содержащие высокоэнергетические связи, например аденозинтрифосфат. Первичным источником энергии, обеспечивающим существование на Земле всех организмов за исключением некоторых бактерий, служит энергия солнечного излучения, аккумулируемая зелеными растениями. 

Изучение биосинтез позволяет  устанавливать закономерности обмена веществ в организмах и представляет большой практический интерес для  разработки технологии микробиологического  производства ферментов, антибиотиков,витаминов и др. 

 Через корень растения поглощают из почвы воду, ионы минеральных солей, которые взаимодействуют с притекающими из листьев продуктами фотосинте , образуя ряд органических соединений - продуктов первичного и вторичного метаболизма . Под действием корневого давления и транспирации ионы и органические молекулы передвигаются по сосудам ксилемы в стебель и листья. В корнях осуществляется также биосинтез ряда вторичных метаболитов, в частности алкалоидов. Отсюда же из корня движутся некоторые гормоны (особенно цитокинины и гиббереллины ) , синтезированные в меристематических зонах корней и необходимые для роста и развития надземных частей растений.

Минеральные соединения азота и зольных элементов поглощаются наземными высшими растениями почти исключительно корнями. Соли, как и вода, поглощаются живыми клетками первичной коры корня и корневыми волосками, затем корневым давлением выталкиваются с водой в сосуды, разносятся транспирационным током по другим частям растения и снова принимаются живыми клетками стебля и листа. В живых клетках корня происходит первый отбор веществ, допускаемых внутрь растения. Участие живых клеток в принятии веществ обусловливают избирательную способность растения, благодаря которой различные вещества поглощаются в разных количествах. Так как поступление в сильной степени зависит от потребления, растение принимает на различных стадиях развития то одни соли, то другие. Чем теснее соприкосновение корня с частицами почвы, тем сильнее развита корневая система и тем полнее идёт поглощение солей. Кроме того, корни обладают растворяющей способностью. Несомненно, что мощная, сильно разветвлённая корневая система способствует лучшему питанию растения.

В цитоплазме находятся все компоненты, необходимые для синтеза белка, там же он и происходит. Цитозоль, жидкая составляющая цитоплазмы (расствор, в котором плавают клеточные органеллы) содержит в растворенном виде аминокислоты. Кроме того для синтеза белка необходимы молекулы информациооной РНК и рибосомы, которые также содержатся в цитоплазме. Ну, и далее - белок синтезируется, процесс называется трансляцией. В цитоплазме на то поддерживаются специальные условия, концентрации ионов и кислотность. В цитоплазме также происходят реакции процессинга белков (посттрансляционной модификации).

Биосинтез белка, локализация  этого процесса. Связь синтеза  белка с дыханием

Белки характеризуют  любую живую систему. Проблема белка  является одной из центральных проблем  современности. Она имеет большое значение для теоретического понимания жизни, практического вмешательства в жизнедеятельные процессы организмов.

Протеины в растительном организме являются запасными белками  а сложные белки -- протеиды -- основными  компонентами цитоплазмы и играют важную роль в организации клеточных структур. Из протеидов в жизнедеятельности организмов первостепенное значение имеют нуклеопротеиды. Семена растений содержат как протеины, и протеиды. В прорастающих семенах белковые вещества подвергается гидролитическому распаду, который катализируется специальный ферментами пептидгидролазами, действующими на пептидные связи и ферментами, которые влияют на С--N-связи, отличающиеся от пептидных связей. Примером действия пептидгидролазы (пепсин, папаин) может быть гидролитическое расщепление полипептидов на отдельные аминокислоты:

Другая группа ферментов -- амидазы - катализирует гидролиз амидов, например карбамидгидролаза (уреаза) расщепляет мочевину на аммиак и углекислый газ (H2N--CO--NH2+H2O>CO2 + 2NH3). Ферменты аспарагиназа и глютаминаза катализируют превращения амидовдикарбоновых кислот (аспарагина, глютамина):

Аспарагнновая кислота

Свободные аминокислоты подвергаются дезаминированию. Существует три вида дезаминирования -- окислительное, восстановительное и гидролитическое. Во всех случаях образуются органические кислоты и аммиак. У высших растений основным является окислительное дезаминирование, протекающее в две стадии через иминокислоту с образованием в конечном итоге соответствующей кетокислоты и аммиака:

Окислительное дезаминирование  проходит при участии оксидаз  аминокислот, имеющих в качестве кофермента флавинадениндинуклеотид.

Таким образом, под влиянием пептидгидролаз и амидаз белки распадаются  до аминокислот и аммиака. По данным А. Н. Баха и А. И. Опарина, активность пептидгидролазы на третий день прорастания семян была в 6 раз больше, чем у непроросших семян, на шестой день -- в 30, на восьмой день -- в 45 раз.

Физиологическое значение расщепления белков при прорастании  семени заключается в том, что они должны перейти в легкоподвижную форму и переместиться из эндосперма или семядоли к растущим частям зародыша. Запасные белки мало растворимы или совсем нерастворимы в воде; даже в растворенном виде благодаря малой дисперсности они не способны пройти через клеточные оболочки. Таким образом, белки при гидролизе расщепляются до аминокислот и становятся более подвижными.

Не менее важным результатом  распада белковых веществ до аминокислот  является их обезличение. Каждый белок  характеризуется специфической для него комбинацией аминокислот, поэтому один белок невозможно непосредственно превратить в другой. Для такого превращения необходимо сначала разложить его на простейшие составные части (аминокислоты) и потом снова скомбинировать их в новую молекулу. Это достигается глубоким распадом белковой молекулы до конечных продуктов гидролиза. При построении новых белковых молекул из продуктов расщепления запасных белков часть аминокислот, образовавшихся при этом, не находит себе непосредственного применения вследствие указанного различия в составе белков. Эти лишние аминокислоты при участии ферментов амидам расщепляются далее на аммиак и безазотистые соединения. Основным путем дезаминирования аминокислот (у высших растений) является окислительное дезаминирование, при котором аминокислота образует соответствующую кетокислоту и аммиак.