Структурная и функциональная организация клетки как целостной живой системы

     Опыты, проведенные на искусственных  липидных мембранах, показали, что перенос  ионов может происходить под влиянием некоторых антибиотиков – ионофоров, вырабатываемых бактериями и грибами. В одних случаях катион входит во внутреннюю полость молекулы ионофора. Образованный комплекс диффундирует через мембрану во много раз быстрее по сравнению со свободным ионом. Ионофоры другого типа взаимодействуют с мембранами, образуя в них поры.

     Активный  транспорт ионов  через мембрану осуществляется с помощью переносчиков. Ион реагирует  со своим переносчиком на поверхности плазмалеммы. Комплекс переносчика  с ионом подвижен в самой мембране и передвигается к ее внутренней стороне. Здесь комплекс распадается и ион освобождается во внутреннюю среду, а переносчик передвигается к внешней стороне мембраны. Подтверждением наличия переносчиков служит тот факт, что при увеличении концентрации солей в окружающем растворе скорость поступления солей сначала возрастает, а затем остается постоянной. Это объясняется ограниченным числом переносчиков. Переносчики специфичны, то есть участвуют в переносе только определенных ионов и, тем самым, обеспечивают избирательность поступления.

     Транспорт с участием переносчиков может идти по градиенту  электрохимического потенциала. Это пассивный  транспорт, но благодаря  переносчикам он идет с большей скоростью, чем обычная диффузия и этот процесс носит название облегченной диффузии.

     Активный  транспорт ионов  идет с потреблением энергии, аккумулированной в АТФ. Для использования  энергии АТФ должна быть гидролизована: АТФ + НОН ® АДФ + Ф_н. Этот процесс катализируется ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФазой). АТФаза обнаружена в мембранах различных клеток. Транспортные АТФазы являются высокомолекулярными липопротеидами с мол. массой 200 – 700 кД. Для растений большое значение имеет Н⁺-АТФаза (водородный насос или водородная помпа), которая осуществляет перенос протонов через мембраны, используя энергию гидролиза АТФ. Н⁺-АТФаза – это одиночный полипептид с массой несколько большей 100 кД. Его содержание в плазмалемме растительных клеток достигает 15 % от общего количества белка. Перенос ионов водорода сопровождается переносом катионов в обратном направлении. Такой процесс называется антипорт. Вместе с протоном могут двигаться анионы – симпорт. Освобождаемая при распаде АТФ энергия используется для изменения конфигурации самой АТФазы, благодаря чему участок фермента, связывающий определенный ион, поворачивается и оказывается по другую сторону мембраны. Также выделены низкомолекулярные транспортные белки пермеазы (10 – 45 кД), лишенные ферментативной активности.

     Пройдя  через плазмалемму, ионы поступают в цитоплазму, где включаются в метаболизм клетки. Внутриклеточный транспорт ионов осуществляется благодаря движению цитоплазмы и по каналам эндоплазматического ретикулума. Ионы попадают в вакуоль, если цитоплазма и органеллы уже насыщены ими. Для того, чтобы попасть в вакуоль, ионы должны преодолеть еще один барьер – тонопласт. Транспорт ионов через тонопласт совершается также с помощью переносчиков и требует затраты энергии. Переносчики, расположенные в тонопласте, имеют меньшее сродство к ионам и действуют при более высоких концентрациях ионов по сравнению с переносчиками плазмалеммы. В тонопласте была идентифицирована особая Н⁺-АТФаза. Она не тормозится диэтилстильбестролом – ингибитором Н⁺-АТФазы плазмплеммы. 

     2.6. Фотосинтез

     Основная  функция хлоропластов, состоит в улавливании и преобразовании световой энергии.

     В состав мембран, образующих граны, входит зеленый  пигмент -- хлорофилл. Именно здесь происходят световые реакции  фотосинтеза -- поглощение хлорофиллом световых лучей и превращение  энергии света в энергию возбужденных электронов. Электроны, возбужденные светом, т. е. обладающие избыточной энергией, отдают свою энергию на разложение воды и синтез АТФ. При разложении воды образуются кислород и водород. Кислород выделяется в атмосферу, а водород связывается белком ферредоксином.

     Ферредоксин затем вновь окисляется, отдавая этот водород  веществу-восстановителю, сокращенно обозначаемому  НАДФ. НАДФ переходит  в восстановленную  форму - НАДФ-H2. Таким  образом, итогом световых реакций фотосинтеза  является образование АТФ, НАДФ-H2 и кислорода, причем потребляются вода и энергия света.

     В АТФ аккумулируется много энергии - она  затем используется для синтезов, а  также для других нужд клетки. НАДФ-H2 -- аккумулятор водорода, причем легко его  затем отдающий. Следовательно, НАДФ-H2 является химическим восстановителем. Большое число биосинтезов связано именно с восстановлением, и в качестве поставщика водорода в этих реакциях выступает НАДФ-H2.

     Далее, с помощью ферментов  стромы хлоропластов, т. е. вне гран, протекают  темновые реакции: водород и энергия, заключенная в АТФ, используются для восстановления атмосферного углекислого газа (CO2) и включения его при этом в состав органических веществ. Первое органическое вещество, образующееся в результате фотосинтеза, подвергается большому числу перестроек и дает начало всему многообразию органических веществ, синтезирующихся в растении и составляющих его тело. Ряд из этих превращений происходит тут же, в строме хлоропласта, где имеются ферменты для образования Сахаров, жиров, а также все необходимое для синтеза белка. Сахара могут затем либо перейти из хлоропласта в другие структуры клетки, а оттуда в другие клетки растения, либо образовать крахмал, зерна которого часто можно видеть в хлоропластах. Жиры тоже откладываются в хлоропластах или в виде капель, или в форме более простых веществ, предшественников жиров, выходят из хлоропласта.

     Усложнение  веществ сопряжено  с созданием новых  химических связей и  обычно требует затрат энергии. Источник ее - все тот же фотосинтез. Дело в том, что значительная доля веществ, образующихся в результате фотосинтеза, вновь распадается в гиалоплазме и митохондриях (в случае полного сгорания - до веществ, которые служат исходным материалом для фотосинтеза, - CO2 и H2O). В результате этого процесса, по своей сути обратного фотосинтезу, энергия, ранее аккумулированная в химических связях разлагаемых веществ, освобождается и - снова через посредство АТФ - тратится на образование новых химических связей синтезируемых молекул. Таким образом, существенная часть продукции фотосинтеза нужна только для того, чтобы связать энергию света и, превратив ее в химическую, использовать для синтеза совсем других веществ. И лишь часть органического вещества, образующегося при фотосинтезе, используется как строительный материал для этих синтезов.

     Продукция фотосинтеза (биомасса) колоссальна. За год  на земном шаре она  составляет около 1010 т. Органические вещества, создаваемые растениями, - это единственный источник жизни не только растений, но и животных, так  как последние перерабатывают уже готовые органические вещества, питаясь либо непосредственно растениями, либо другими животными, которые, в свою очередь, питаются растениями. Таким образом, в основе всей современной жизни на Земле лежит фотосинтез. Все превращения веществ и энергии в растениях и животных представляют собой перестройки, перекомбинации и переносы вещества и энергии первичных продуктов фотосинтеза. Фотосинтез важен для всего живого и тем, что одним из его продуктов является свободный кислород, происходящий из молекулы воды и выделяющийся в атмосферу. Полагают, что весь кислород атмосферы образовался благодаря фотосинтезу. Он необходим для дыхания как растениям, так и животным.

     Хлоропласты способны перемещаться по клетке. На слабом свету они располагаются  под той стенкой клетки, которая обращена к свету. При этом они обращаются к свету своей большей поверхностью. Если свет слишком интенсивен, они поворачиваются к нему ребром и; выстраиваются вдоль стенок, параллельных лучам света. При средних освещенностях хлоропласты занимают положение, среднее между двумя крайними. В любом случае достигается один результат: хлоропласты оказываются в наиболее благоприятных для фотосинтеза условиях освещения. Такие перемещения хлоропластов (фототаксис) - это проявление одного из видов раздражимости у растений.

     Хлоропласты обладают известной  автономией в системе  клетки. В них имеются  собственные рибосомы и набор веществ, определяющих синтез ряда собственных  белков хлоропласта. Имеются также  ферменты, работа которых  приводит к образованию  липидов, входящих в  состав ламелл, и хлорофилла. Как мы видели, хлоропласт располагает и автономной системой добывания энергии. Благодаря всему этому хлоропласты способны самостоятельно строить собственные структуры. Существует даже взгляд, что хлоропласты (как и митохондрии) произошли от каких-то низших организмов, поселившихся в растительной клетке и сперва вступивших с нею в симбиоз, а затем ставших ее составной частью, органоидом.

     Еще одной очень важной функцией является, усвоение углекислоты  в хлоропласте  или, как принято  говорить, фиксация углекислоты, то есть включение ее углерода в состав органических соединений, происходят в сложном цикле реакций, открытом Кальвином и Бенсоном и получившем их имя. За это открытие им была присуждена Нобелевская премия. Ключевым ферментом цикла является рибулезобисфосфаткарбоксилаза (РБФК) - оксигеназа, которая обеспечивает присоединение углекислоты к пятиуглеродному соединению - сахару рибулезобисфосфату. Образующийся при этом короткоживущий шестиуглеродный продукт распадается с образованием двух трехуглеродных молекул фосфоглицериновой кислоты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение

     Особенности строения растительной клетки, как и растения в целом, связаны  с образом жизни  и способом питания. Большинство растений ведет относительно неподвижный (прикрепленный) образ жизни. Специфика питания растений состоит в том, что вода и питательные вещества: органические и неорганические, находятся вокруг в рассеянном виде и растению приходится их поглощать путем диффузии. Кроме того, зеленые растения на свету осуществляют автотрофный способ питания. Благодаря этому, эволюционно сложились некоторые специфические особенности строения и роста растительных клеток. К ним относятся:

• прочная полисахаридная клеточная стенка, окружающая клетку и составляющая жесткий каркас;
• пластидная система, возникшая в связи с автотрофным типом питания;
• вакуолярная система, которая в зрелых клетках обычно представлена крупной центральной вакуолью, занимающей до 95% объема клетки и играющей важную роль в поддержании тургорного давления;
• особый тип роста клеток путем растяжения (за счет увеличения объема вакуоли);
• тотипотентность, то есть возможность регенерации полного растения из дифференцированной растительной клетки;
• есть еще одна деталь, отличающая растительные клетки от клеток животных: у растений при делении клеток не выражены центриоли.

Список  литературы:

1. «Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений»:  учебник для ВУЗов / Т. И. Серебрякова, Н. С. Воронин, Ф. Г. Елиневский и др. / М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 543 с.

2. «Гистология, цитология, эмбриология»: учебник для студентов медицинских ВУЗов / С. Л. Кузнецов, Н. Н. Мушкамбаров / Медицинское информационное агенство, 2007. – 600 с.

3. «Общая ботаника с основами геоботаники»: учебное пособие для ВУЗов, 2-е изд., испр. и доп. / С. А. Баландин, Л. И. Абрамова, Н. А. Березина / М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 293с.

4. «Физиология растений»: учебник для ВУЗов / Н. И. Якушкина, Е. Ю. Бахтенко. – М.: Гуманитар, изд. центр ВЛАДОС, 2005. – 463с.

5. "Физиология растений": учебник для ВУЗов (второе издание, переработанное и дополненное) / Вл. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева / М.: Высш.шк., 2006. - 743 с.

6. "Физиология растений": учебник для ВУЗов / И. П. Ермаков / М.: ИЦ «Академия», 2005. – 637 с.

7. "Физиология растений": учебник для ВУЗов / Н. Д. Алехина, Ю. В. Балнокин, В. Ф. Гавриленко и др. / М.: «Академия», 2005. – 640 с.

8. "Физиология растений": учебник для ВУЗов / С. С. Медведев / Издательство Санкт-Петербургского университета, 2004. – 336 с.

9. http://botany.pp.ru › anatomy-morphology/plantcell

10. http:// dic.academic.ru › dic.nsf/enc_biology/1816

11.  http:// molbiol.ru › wiki/(жр)_РАСТИТЕЛЬНАЯ_КЛЕТКА

12.   http:// fizrast.ru › fiziol-kletka.html

13.   http:// lib.bio-log.info › ?p=28

14. http:// revolution.allbest.ru›Биология и естествознание›00188546_0.html