Что называют обменом веществ у растений
Открытый урок по теме: «Обмен веществ и энергии у растений»
Разделы: Биология
Цель урока. Показать сущность обмена веществ у растений.
Образовательная: дать представление о процессе обмена веществ и энергии у растений, знать способы получения и превращение энергии, сравнивать процессы газообмена при дыхании с процессом при питании.
Развивающие: развитие логического мышления, умений сравнивать и обсуждать проблему, навыков работы с учебником, другими источниками информации, демонстрационным материалом.
Воспитательные: развитие навыков и умений необходимых для групповой работы, познавательного интереса к предмету.
Оборудование: комнатное растение, электрическая лампа, стаканы с водой, спиртом, известковой водой, настойка йода, чашки Петри, штатив, пипетка, пинцет, ножницы, скрепки, фотографическая бумага, колба, стеклянный колпак, вазелин, спиртовка. Таблица “Клеточное растение листа”, набор карточек для самостоятельной работы, колосья пшеницы, мешочки с мукой, зерном, результат опыта по фотосинтезу.
Основные понятия и термины: обмен веществ, превращение энергии, фотосинтез, дыхание, энергия, вода, кислород, углекислый газ, органические и неорганические вещества, пластиды, хлоропласты, хлорофилл, свет, устьица, корневые волоски, минеральные соли, орган, вещества. Личная значимость изучаемого для школьника. Живой организм – открытая система.
Методы обучения. Частично поисковый, проблемный.
Форма организации учебной деятельности. Комбинированный урок.
Приемы решения познавательной задачи. Эвристическая беседа с опорой на таблицу “Клеточное строение листа”, демонстрация опыта, составление схемы, таблицы, самостоятельная работа, самоконтроль, групповая работа, работа в паре, использование личного опыта, наблюдения, решение логических задач, задания творческого характера, постановка проблемы, работа со смысловым диктантом, понятийным аппаратом.
На классной доске записан текст смыслового диктанта: “Все эти превращения, связанные с образованием сложных веществ из простых и, наоборот, распадом сложных соединений на простые с выделением энергии называются обменом веществ”. Слова “образованием”, “распадом”, “выделением” пропущены. Записана учебная проблема: “Что называется обменом веществ и способы получения и превращения энергии у растений”. Помещены красочные рисунки, имеющие вид листьев клена, березы. На рисунках изображено строение устьиц, хлоропластов. Начерчена таблица “Сравнительная характеристика питания и дыхания у растений”, схема “Питание растений”.
Учитель. В живых клетках постоянно происходит непрерывное движение веществ – из внешней среды в клетку и из клетки во внешнюю среду. Живые системы пропускают через себя потоки вещества и энергии, сохраняя постоянство внутренней среды, поэтому организмы называют открытыми системами. Прекращение обмена веществ свидетельствует о прекращении жизни.
Учитель. Под обменом веществ и энергии в живой материи понимают последовательное потребление, превращение, использование, накопление, потерю веществ и энергии в живых организмах в процессе жизни. Обмен веществ лежит в основе самосохранения, роста, развития и самовоспроизведения организмов. Обмен веществ способствует и помогает растениям и животным приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды.
Учитель. Обмен веществ и энергии одно из важных свойств живого организма. Чтобы жить, организму необходимо получать из окружающей среды простые и сложные вещества: углекислый газ, кислород, воду, минеральные вещества, белки, жиры, углеводы.
Послушайте и выскажите свое мнение.
Учитель. Многие птицы в зимнюю бескормицу обитают возле жилья человека. В снегопад, гололедицу и в мороз, например, синицы питаются только теми кормами, которые находят в специально оборудованных кормушках… Как вы думаете, что страшнее для домового воробья голод или холод?
Учащиеся делают вывод, что опаснее для птиц голод; они делятся наблюдениями, личным опытом подкармливания птиц, изготовление кормушек.
Учитель. Рассмотрите колосья пшеницы. Известно, что из одной зерновки пшеницы вырастает, примерно, десять колосьев. В каждом колосе созревает около шестидесяти зерен. Сколько даст зерен в будущем одна зерновка?
Учитель. Без пищи человек может обходиться более месяца, без воды – около недели, а без воздуха – всего несколько минут.
Выскажите свое мнение, что происходит в процессе дыхания с энергией, которая накапливается при фотосинтезе?
На карточке укажите стрелками поступление и выделение веществ, при процессе дыхания.
Задания. Указать, что дыхание и фотосинтез – два противоположных процесса обмена веществ у растений. Два ученика, из имеющихся названий, с помощью магнитов прикрепляют вещества на зеленый и красный фоны листа.
Учащиеся в личных карточках ручкой отмечают правильность выполненного задания с образцом на доске. Учитель при оценивании работы выставляет в журнале две оценки дробью. В числителе ставится оценка, выставленная учащимися при самоконтроле, в знаменателе будет стоять оценка учителя при проверке задания.
Задание. Определите по проблемным ситуациям процессы, используя сигнальные карточки: зеленый цвет карточки – фотосинтез, красный – дыхание.
Отслеживание планируемого результата об обмене веществ и превращение энергии у растений проходило по индивидуальным и сигнальным карточкам, заполнению таблицы, ответам на проблемные вопросы, решению биологических задач, знаниям демонстративного оборудования. Оцениваются и поощряются выводы, сделанные учащимися, суждения, высказывания, умение работать в паре, группе.
— Ну, Бугланд, – обратился Стефенсон к своему приятелю, – ответьте мне на вопрос, может быть не особенно легкий. Можете ли вы сказать, какая сила двигает поезд?
— Я полагаю, – ответил Бугланд, – сила одной из ваших больших машин.
— Да, но что приводит в действие машину?
— О весьма возможно, что один из ваших машинистов?
Приведите возможные варианты ваших суждений, что приводит в действие машину?
Конспект лекции Первичный и вторичный метаболизм растений
Конспект лекции
Первичный и вторичный метаболизм растений
Вопросы:
1. Метаболизм. Первичный и вторичный метаболизм.
2. Особенности клеточного метаболизма.
3. Клетка как открытая термодинамическая система. Виды работы в клетке. Макроэргические соединения.
4. Ферменты: структура (простатическая группа, коферменты) и функции. Классификация ферментов
5. Вторичные метаболиты, классификация, роль в жизни растения, использование человеком. Образование пигментов, токсинов, ароматических веществ микроорганизмами (грибы, бактерии).
1. Метаболизм (обмен веществ) – совокупность всех химических реакций, идущих в клетке.
Метаболиты – продукты обмена веществ.
Анаболизм (ассимиляция) – процесс синтеза сложных веществ из простых, для которого нужна энергия. Катаболизм (диссимиляция) – распад сложных веществ, при котором освобождается энергия.
Первичный метаболизм – дыхание, фотосинтез, синтез ДНК, РНК, белков, липидов.
Вторичный метаболизм – синтез вторичных метаболитов.
Первичные метаболиты – низкомолекулярные соединения (молекулярная масса 2-3 кДа), необходимые для жизнедеятельности клетки. К ним относятся пуриновые и пиримидиновые основания (нуклеотиды), аминокислоты, сахара, органические кислоты, витамины. Эти вещества участвуют в основном обмене веществ, являются коферментами (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН), строительными блоками для более сложных соединений (высокомолекулярных). Первичные метаболиты присутствуют в любой клетке растения.
Вторичные метаболиты – низкомолекулярные вещества, не требующиеся для выживания клеток. Вторичные метаболиты – вещества, не участвующие в первичном метаболизме.
2. Особенности клеточного метаболизма
— Вещества находятся в клетке не в статическом, а в динамическом состоянии.
— Одно и то же вещество участвует в разных процессах. Например;
Глюкоза → пируват → Ацетил-КоА → жир
— В результате реакции образуют цепи, циклы, сети, которые могут
остановиться в любой точке (на любой реакции).
— Некоторые реакции возможны только потому, что они разделены
в пространстве, одновременно могут идти противоположные реакции.
Например: окисление глюкозы идет в цитозоле, а ее образование в
— Некоторые процессы могут идти в обратном направлении, если
есть энергия (обращенный гликолиз). Энергия для химических реакций запасается в особых химических связях АТФ.
3. Клетка как открытая термодинамическая система
Открытой называют систему, получающую энергию или вещества из другой системы (Солнце, пища). Энергия нужна для работы клетки.
Работа – процесс, для которого необходима энергия.
Виды работы в клетке:
Химическая (синтез веществ),
Электрическая (создание разности потенциалов на мембране),
Осмотическая – условное название транспорта веществ в клетку против градиента концентрации, необходимых для осмоса;
Механическая (движение хлоропластов, цитозоля),
Регуляторная (не самостоятельная, сумма первых четырех видов работы).
3.1. Законы термодинамики:
1-ый – закон сохранения и превращения энергии: общее количество энергии в изолированной системе постоянно.
Превращение энергии в клетке
1-ый этап: свет → фотосинтез → химическая энергия органических
веществ (АТФ, углеводов, белков,
липидов; связывает атомы в молекулы)
2-ой этап: химическая энергия органических веществ → дыхание → тепло
аккумулируется а АТФ
2-ой закон: изолированные системы спонтанно стремятся к более низкому уровню организации: клетка → молекулы.
3-ий закон: при температуре абсолютного нуля энтропия равна 0.
3.2. Макроэргические соединения.
Важную биологическую роль в клетке играют не только высокомолекулярные ДНК и РНК, но и иные относительно просто построенные нуклеотиды, например АТФ. АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, энергозапасающее вещество, универсальный аккумулятор энергии в живых клетках, «энергетическая валюта», которой организм расплачивается за всю работу, которую он делает.
АТФ построена из азотистого (пуринового) основания (аденина), рибозы (пентозы) и 3 остатков фосфорной кислоты, соединенных последовательно. АДФ – 2 остатка фосфорной кислоты, АМФ – один остаток фосфорной кислоты. Связи между остатками фосфорной кислоты в молекуле АТФ легко разрываются.
Связи, соединяющие два последних остатка фосфорной кислоты, называют макроэргическими (высокоэнергетическими) и обозначают на схемах волнистой линией (
). Это означает, что при их разрыве освобождается много энергии: 7,3 ккал (30 кДж) вместо 3,4 ккал (8-12 кДж) на моль вещества.
При гидролизе фосфорно-эфирных связей в других соединениях выделяется гораздо меньше энергии – 2-3 ккал /моль.
АТФ при этом превращается в АДФ, а если гидролиз продолжается, то и в АМФ: АТФ → АДФ → АМФ; АТФ → ФФн (пирофосфат) (Розенгард, рис. 5, стр. 21). Выделяющаяся энергия используется для работы.
АТФ → АМФ + пирофофсфат (Фн Фн)
АДФ + Фн + энергия → АТФ + Н2О
световая или энергия, запасенная в
освобождаемая фосфатной связи
Образование таких связей требует притока энергии извне (там же рис. 6, стр. 21).
Все эти реакции происходят с помощью фермента АТФ-азы (аденозинтрифосфотазы).
В клетках существуют и другие макроэргические соединения: УТФ, ГТФ и др.
— биологические катализаторы, образующиеся в клетке и являющиеся белками, постепенно расходуются.
— В клетке тысячи ферментов.
4.1. Строение ферментов
(белок, простой) (сложный белок)
белок (апофермент) небелковый компонент
простетическая группа кофермент
— Прочно связана с белком
— слабо связан с белком, иногда только на время реакции;
— В ее состав входят металлы (Fe, Cu, Zn)
— может быть в разных ферментах, характер реакции зависит от белка;
— Fe может входить в соединении с 4 пиррольными кольцами – геминовое железо (гем).
— образуются в процессе обмена веществ
— НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, КоА, КоQ.
Фермент без кофермента неактивен.
В молекуле фермента есть активный центр, к нему прикрепляется вещество (субстрат), вступающее в химическую реакцию. Чтобы фермент соединился с субстратом, форма молекулы субстрата должна соответствовать форме активного центра, как ключ соответствует замку или рука – перчатке.
5. Вторичные метаболиты
Способность синтезировать вторичные метаболиты – еще одна особенность зеленого растения. Вторичные метаболиты синтезируются в клетках высших растений, водорослей, грибов, бактерий. В результате селекции способность культурных растений синтезировать вторичные метаболиты снизилась.
Признаки вторичных метаболитов:
— низкая молекулярная масса.
— у разных растений могут синтезироваться различные вторичные метаболиты, они имеют биологическую активность,
— синтезируются из небольшого набора исходных соединений. Например, для синтеза алкалоидов необходимо 7 – 8 аминокислот, фенолы синтезируются из фенилаланина, а изопреноиды – из мевалоната.
Вывод: необходимо учитывать все признаки, а также функции вторичных метаболитов. Вторичные метаболиты имеют значение на организменном уровне, а не на клеточном.
Известно 45 000 вторичных метаболитов. За их синтез отвечает 15 – 25% генов.
Используя химическую классификацию, вторичные метаболиты делят на несколько групп, главные из которых: фенольные соединения, алкалоиды, изопреноиды.
5.1. Фенольные соединения – вещества ароматической природы, содержащие один или более гидроксильных групп у бензольного кольца. Вещества с одной гидроксильной группой называются фенолами, с двумя и большим числом гидроксильных групп – полифенолами.
Фенольные соединения могут содержать в молекуле 1 бензольное кольцо (фенольные кислоты: кофейная, коричная, кумаровая; кумарин), 2 бензольных кольца (например флавоноиды) или много (лигнин, таннин).
Фенольные соединения встречаются у всех растений, но они различны у растений разных видов. Известно 8 000 фенолов.
Катехины содержатся в листьях чайного куста, бесцветны, обладают Р-витаминной активностью.
Таннины – полимеры фенольных соединений, их молекулярная масса 600 – 3000 Да. Они защищают от животных, так как могут превращаться в токсичные хиноны. Содержатся в чае, вине, яблоках, смородине. Дубильные вещества по химической природе – таннины или катехины (?). Их много в галлах, коре и корке, особенно тропических пород. В коре эвкалипта – 20 – 40%.
К этой группе относятся фитоалексины, образующиеся при инфицировании клеток.
Лигнин – полимер фенольной природы (С6 – С3)n. Он обусловливает одревеснение тканей, что способствует образованию сосудов и клеток механических тканей, выполняющих опорную функцию. Лигнин всегда располагается между фибриллами целлюлозы разветвленно, подобно деревцу. Одревеснение тканей блокирует распространение патогена. При окислении с помощью нитробензола образует ванилин, сиреневый альдегид.
Фенолы находятся в вакуолях, пластидах (хлоропластах и хромопластах), в лепестках цветков, в плодах, в клеточных стенках (лигнин).
Шикимовая кислота – в хвое ели обыкновенной ее содержится до 15%.
— участвуют в транспорте электронов при фотосинтезе и дыхании (пластохинон, убихинон),
— влияют на окраску растений (антоцианы в листьях, корнеплодах, цветках); привлекают насекомых и птиц, опыляющих цветки или переносящих семена;
— на образование в клетках гормонов (этилена, подавляют синтез ИУК);
— тормозят ризогенез и растяжение клеток;
— являются фитотоксинами (оказывают антимикробное действие);
— с их помощью одно растение может действовать на другое,
— дубильные вещества повышают устойчивость деревьев к грибным поражениям.
Используются в медицине для стерилизации, лекарства (салициловая кислота), в промышленности как красители.
5.2. Алкалоиды – гетероциклические соединения, содержащие в молекуле один или несколько атомов азота. Известно около 10 000 алкалоидов. Они найдены у 20% растений, наиболее распространены среди покрытосеменных (цветковых) растений. В моховидных и папоротниковидных алкалоиды встречаются редко.
Алкалоиды синтезируются из аминокислот: орнитина, тирозина, лизина, триптофана, фенилаланина, гистидина, атраниловой кислоты.
Они накапливаются в активно растущих тканях, в клетках эпидермы и гиподермы, в обкладках проводящих пучков, в млечниках. Они могут накапливаться не в тех клетках, где образуются, а в других. Например, никотин образуется в корнях, а накапливается в листьях. Обычно их концентрация составляет десятые или сотые доли процента, но хинное дерево содержит 15 – 20 % алкалоидов. Разные растения могут содержать различные алкалоиды. Алкалоиды находятся в листьях, коре, корнях, древесине.
регулируют рост растений (ИУК), защищают растения от поедания животными.
никотин, анабазин используются для борьбы с насекомыми.
5.3. Изопреноиды (терпеноиды) – соединения, составленные из нескольких изопреновых единиц (С5Н8 – изопрен) и имеющие общую формулу (С5Н8)n. Благодаря дополнительным группам (радикалам) изопреноиды могут иметь число атомов углерода в молекуле и некратное 5. К терпенам относятся не только углеводороды, но и соединения со спиртовыми, альдегидными, кето-, лактон- и кислотными группами.
Политерпены – каучук, гутта.
Терпеноидами являются гибберелловая кислота (гиббереллины), абсцизовая кислота, цитокинины. Они не растворяются в воде. Находятся в хлоропластах, в мембранах.
Каротиноиды окрашены от желтого до красно-фиолетового цвета, образуются из ликопина, растворимы в жирах.
в состав масла хвои, шишек, цветков, плодов, древесины;
смол, латекса, эфирных масел.
— защищают растения от бактерий, насекомых и животных; некоторые из них участвуют в закрытии ран и защищают от насекомых.
— к ним относятся гормоны (цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, брассиностероиды);
— каротиноиды участвуют в световой фазе фотосинтеза, входя в ССК, и защищают хлорофилл от фотоокисления;
— стеролы входят в состав мембран, влияют на их проницаемость.
Используют как лекарства (камфора, ментол, сердечные гликозиды), витамин А. Они являются основными компонентами эфирных масел, поэтому их используют в парфюмерии, содержатся в репелентах. Входят в состав каучука. Спирт гераниол входит в состав розового масла, масла лавровых листьев, в масла цветков апельсина, жасмина, масла эвкалипта).
5.4. Синтез вторичных метаболитов
характеризуется некоторыми особенностями:
1) предшественниками для них служит небольшое количество первичных метаболитов. Например, для синтеза алкалоидов необходимы 8(?) аминокислот, для синтеза фенолов – фенилаланин или тирозин, для синтеза изопреноидов – мевалоновая кислота;
2) многие вторичные метаболиты синтезируются разными путями;
3) в синтезе участвуют специальные ферменты.
Вторичные метаболиты синтезируются в цитозоле, эндоплазматическом ретикулуме, хлоропластах.
5.5. Локализация вторичных метаболитов
Накапливаются в вакуолях (алкалоиды, фенолы, беталаины, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты), в периплазматическом пространстве (фенолы). Изопреноиды после синтеза выходят из клетки.
Вторичные метаболиты редко распространены в тканях равномерно. Часто они накапливаются в идиобластах, млечниках, специальных каналах и ходах.
Идиобласты (от греч. Idios своеобразный) – одиночные клетки, относящиеся к выделительным тканям и отличающиеся от соседних клеток формой, строением. Находятся они в эпидерме стеблей или листьев (только в эпидерме?).
Места синтеза и локализации часто разделены. Например, никотин синтезируется в корнях, а накапливается в листьях.
Вторичные метаболиты выделяются во внешнюю среду с помощью выделительных тканей ( железистых клеток, железистых волосков – трихом).
Для алкалоидов выделение нехарактерно.
Синтез и накопление в тканях вторичных метаболитов зависит главным образом от вида растения, иногда от этапа онтогенеза или возраста, от внешних условий. Распределение в тканях зависит от вида растения.
5.6. Функции вторичных метаболитов
В процессе открытия вторичных метаболитов существовали разные мнения об их значении в жизни растения. Их считали ненужными, отбросами, (их синтез) тупиком метаболизма, продуктами детоксикации ядовитых первичных метаболитов, например свободных аминокислот.
Антоцианы, каротиноиды, беталаины, обеспечивающие окраску цветков и плодов, способствуют размножению растений и распространению семян.
Вторичные метаболиты останавливают прорастание семян конкурирующих видов.
1. Мерсер Э. Введение в биохимию растений. Т. 2. – М. «Мир»,1986.
2. (ред.). Физиология растений. – М. «Академия», 2005. С. 588 – 619.
3. Харборн дж. Введение в экологическую биохимию. – М. «Мир», 1985.
4. Л. Биохимия растений. – М. «Высшая школа», 1986. С. 312 – 358.
6. Л. Биохимия растений. – М. ВШ. 1986. 502 с.
Биология
Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов
Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы
План урока:
Обмен энергии и веществ в клетке растений
Это основное свойство живых организмов. Обмен веществ и энергии, или метаболизм (греч. «изменение», «превращение») включает в себя такие основные процессы клеточного уровня, как производство (биосинтез) белков и липидов, фотосинтез и дыхание. Он делится на два противоположных, но взаимозависимых процесса: катаболизм, в результате которого сложные вещества разлагаются на простые с выделением энергии и анаболизм – производство сложных, свойственных данному организму веществ, сопровождающееся затратой энергии. Рассмотрим подробнее, какие процессы обеспечивают обмен веществ и превращение энергии в клетке растений.
Обмен энергии и веществ у растений
Катаболизм у растений
Дыхание клетки – общее свойство всех организмов. Только дышат они разными веществами. Растения дышат кислородом, такие организмы называют аэробами. В цитоплазме и органеллах («органах дыхания» клетки) митохондриях происходит последовательное расщепление глюкозы. В митохондриях у многих организмов, в том числе и у растений, этот процесс происходит при участии кислорода и называется он окислением, или дыханием клетки. При этом чаще глюкоза, реже белки и липиды, разлагается до минимальных продуктов: воды и углекислого газа, при этом происходит накопление и запасание энергии химических связей.
Процесс дыхания клетки растений происходит и ночью и днём. Значит, они тоже поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Универсальным источником энергии у всех живых организмов являются молекулы АТФ. Они легко расстаются с остатками фосфорной кислоты и при этом вырабатывают много энергии. А она необходима для большинства жизненных процессов клетки.
Световая фаза фотосинтеза тоже относится к катаболизму. Она проходит только на свету. В это время в хлоропластах листьев происходит разложение воды, запасание энергии солнца в виде энергии химических связей и некоторые другие процессы. А запасённые продукты участвуют во второй (темновой) фазе фотосинтеза, которая уже относится к анаболизму.
В клетке также разбираются ненужные, вредные (попавшие через плазмолемму бактерии), ошибочные, нерабочие или лишние макромолекулы и элементы самой клетки, которые неспособны делать свою работу. Переваривание больших сложных молекул происходит в лизосомах – пузырьках, наполненных ферментами.
Аппарат Гольджи помогает удалять избыточные вещества из клетки
Анаболизм у растительной клетки
Другие названия этой части обмена веществ – биосинтез, пластический обмен, ассимиляция. В растительной клетке собираются все органические вещества. Синтез белков происходит в рибосомах, большая часть которых расположена на эндоплазматической сети. Помните строение клетки, мы изучали его на прошлом уроке. Производство нужных клетке и всему организму белков проходит одинаково в клетках всех царств живой природы. Сахара производятся в хлоропластах в процессе фотосинтеза. Поэтому по типу питания клетки растений являются автотрофами. Кроме первичных метаболитов (производимых веществ), непосредственно нужных для жизни, клетки производят много вторичных веществ, которые есть не во всех тканях.
Вторичные метаболиты
Учёные открыли 45 000 веществ, синтезируемых специально предназначенными для этого клетками. Они нужны растению для общения со средой и защиты. Например, для самозащиты от вызывающих болезни бактерий и вирусов, травоядных животных они выделяют отпугивающие и ядовитые секреты, для привлечения животных – ароматные летучие вещества. Вот несколько примеров таких веществ:
Железистые волоски росянки
Темновая фаза фотосинтеза – питание клетки растений
Фотосинтез ещё называют воздушным питанием растения. Хотя во многих школьных определениях говорится, что он проходит только на свету, это не совсем точно. Первая фаза фотосинтеза действительно запасает энергию Солнца, она не может проходить в темноте. Вторая фаза может проходить в отсутствии света, в ней используются уже запасённые в первый этап вещества. В результате множества химических реакций в хлоропластах синтезируются углеводы с использованием тех продуктов, которые были запасены во время световой фазы и поступили из внешней среды: энергии АТФ, атомов водорода и молекул углекислого газа.
Кроме воздушного, у растений есть и другой способ питания клетки – минеральный. У высших растений корни всасывают воду с растворёнными минеральными солями и клетки ксилемы доставляют её ко всем частям растения. У низших растений – водорослей, питание клеток организма минералами и водой осуществляется всей поверхностью тела. Они участвуют во всех жизненных процессах растений, например, вода, магний и марганец нужны для фотосинтеза. Магний входит в состав хлорофилла и участвует в реакциях его образования. При недостатке этого элемента, листья растения желтеют, потому что в них разрушается хлорофилл. Марганец путём активации ферментов регулирует белково-углеводный обмен, дыхание и фотосинтез.
Как вещества проходят из клетки и внутрь неё?
Для жизни клетке нужны многие вещества: вода, минералы, газы, органические вещества и их «строительные частички». Они проходят в неё через плазмолемму, которая не является полностью непроницаемой. Проходимость веществ зависит от химических и физических свойств мембраны и самих молекул и ионов, проходящих через неё. Из клетки выходят произведённые в ней гормоны, ферменты и другие вещества белкового и липидного происхождения, а также ненужные и вредные молекулы и ионы.
Как проходит через плазмолемму молекула воды?
Вода в клетке участвует во многих процессах. Она разлагается в ходе фотосинтеза с образованием иона водорода, который участвует в производстве сахаров. В воде протекают все химические реакции, необходимые для жизни организма. Она наполняет вакуоль и цитозоль, тем самым поддерживая форму клетки при помощи тургорного давления.
Вода через плазмолемму проходит легко, прямым объёмным потоком и по законам физики: от места с большей концентрацией молекул к стороне с меньшей их концентрацией (по градиенту). Такой процесс называется диффузией, при этом вода проходит через мембранные поры. Распространённый пример: разбрызгивание духов в одной части комнаты и заполнение их запахом всей комнаты даже при неподвижности воздуха в ней. Или вспомните, как вы обмакивали грязную кисточку в стакан с водой. В одном месте опустили, а краска «расползлась» по всей жидкости. Молекулы поступают с той стороны, на которой их концентрация выше.
Транспорт веществ через плазмолемму
Другой способ прохождения воды называется осмосом. Он заключается в том, что жидкость проходит в ту сторону, на которой расположена вода с большей концентрацией каких-либо ионов, или солей. Это явление приносит немало проблем многим одноклеточным, особенно обитающим в воде. У эвглены, живущей в пресных водоёмах, внутри клетки водный раствор более «солёный», чем вода снаружи. Поэтому вода стремится внутрь клетки. Если её будет слишком много, она разбавит содержимое цитоплазмы или приведёт к разрыву плазмолеммы. Чтобы спастись, эвглена постоянно удаляет избыток воды при помощи сократительной вакуоли.
Прохождение кислорода и углекислого газа через мембрану
Кислород как остаточный продукт удаляется из клетки в результате фотосинтеза. Он нужен клетке для дыхания, поэтому он постоянно проходит как внутрь, так и наружу. Так же движется и углекислый газ. Клетке он нужен для фотосинтеза, а образуется при дыхании и удаляется.
Кислород и углекислый газ – незаряженные и очень мелкие молекулы, они растворяются в липидах, а плазмалемма из них и состоит, поэтому эти газы проходит сквозь неё легко, способом простой диффузии и при помощи белков-переносчиков. На скорость их прохождения влияет только степень концентрации такого же газа на противоположной стороне мембраны.
Заряженные полярные молекулы проходят через плазмолемму против градиента, при помощи погружённых в мембрану транспортных белков с затратой энергии.
Выделение веществ из клетки
Клетки растений секретируют и выделяют вещества, нужные им для привлечения опылителей, отпугивания животных или защиты от испарения воды (вторичные метаболиты). Такие секреторные клетки расположены в железистых волосках, нектарниках, млечниках, гидатодах. Они выделяются через устьица на покровной кожице растения.
Избыточные или ненужные продукты клетка растений накапливает в вакуолях или собирает в везикулы (секреторные пузырьки) и удаляет за пределы протопласта через плазмолемму. Они проходят через неё путём фагоцитоза и пиноцитоза.
Фагоцитоз и пиноцитоз
Циркуляция цитоплазмы
Её научное название: циклоз. Значение движения цитоплазмы очень велико. В растительных клетках он помогает передвижению всех нужных веществ к её частям. Под микроскопом это можно наблюдать по перемещению органелл, но внутренняя структура клетки при этом сохраняется. Движение цитоплазмы в клетке обеспечивают микротрубочки и микрофиламенты цитоскелета, затрачивая энергию АТФ.
Хлоропласты используют это движение, чтобы найти наиболее подходящее место по отношению к свету, а пузырьки с веществами, чтобы передвинуться поближе к плазмолемме и выйти за пределы клетки. Скорость циклоза зависит от освещения, температуры, количества необходимого кислорода.
Способы передвижения цитоплазмы в клетках
Рост и развитие клетки растений
Клетка растений родятся в образовательной ткани. Там они все внешне одинаковые. Различаются химическим составом, особенностями строения ядер и органелл. В маленьких клетках все части мелкие, недоразвитые. В митохондриях не развиты кристы, ядро мелкое с крупным ядрышком, много небольших вакуолей, рибосомы не прикреплены к эндоплазматической сети.
С возрастом клетка растений растёт – увеличивается в размере за счёт растяжения и увеличения центральной вакуоли при слиянии мелких пузырьков. И развивается. Процесс развития клетки сопровождается изменением, превращением в часть какой-либо ткани растения. Она становится либо одной из покровных клеток, либо проводящих с толстыми стенками и без ядра и т.д. В ней дозревают хлоропласты и митохондрии, большинство рибосом прикрепляются к ЭПС, утолщается клеточная оболочка, клетка теряет способность к делению и становится частью ткани организма.
Развитие и рост клетки растений
Клеточное деление
У растений, как и у всех эукариот, существует 2 типа непрямого (с образованием веретена) деления клеток: неполовых (митоз) и половых (мейоз). Размножение неполовых клеток у растений происходит только в определённых местах, в образовательной ткани, расположенной в верхушках побегов, в основании листьев, в узлах злаков, в верхушке корня и под корой – в камбии. Деление половых клеток бывает в пестиках и тычинках или в других специальных образованиях растений.
При митозе из одной клетки получается две. Они такие же, как и та, из которой они образовались. Митоз у растений отличается от такого же деления у других организмов.
Митоз в клетке растений