АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Место зеленых растений в экономике природы

История жизни на Земле связана с Солнцем. Относительно недавно человек научился использовать помимо солнечной другую форму энергии – атомную энергию. Первый атомный реактор был создан в США в 1940 г., в России – в 1946 г. Атомная энергия – это эффективная форма энергии, но она экологически небезопасна, а также исчерпаема, поэтому атомная энергия противоречит принципу устойчивого развития. Энергия же солнечного света экологически чистая и практически неисчерпаема, т. о. она не противоречит принципу устойчивого развития. На Солнце происходит термоядерный синтез одного атома гелия из четырех атомов водорода, при этом в энергию превращается дефект массы, равный 0,029. Поверхности Земли ежегодно достигает 5,5·10²³ кал энергии (100000 кал/см²/год). 1/3 этой энергии тратится на испарение воды; на фотосинтез и другие процессы остается лишь 67000 кал/см²/год. Фотосинтез является очень малоэффективным процессом, на него затрачивается лишь 33 кал/см²/год. При внесении поправок на территории без растительного покрова (полюса) и на те территории, где фотосинтез идет не круглый год, получаем эффективность фотосинтеза всего 3 %. Эффективность при этом рассчитывается как отношение энергии запасенной к энергии падающей. Ежегодно в процессе фотосинтеза связывается около 200 млрд. тонн углерода. Насколько и каким образом можно увеличить эту цифру?

1) Увеличить площадь сельскохозяйственных угодий.

2) Возделывание морских огородов.

3) Улучшение самих растений, увеличение их продуктивности наряду с устойчивостью.

ТЕМА 1. Структура и функции растительной клетки

Протопласт

Протопласт – это гетерогенная среда, он состоит из 3 (2) частей: вакуоль, ядро и цитоплазма (некоторые ученые не выделяют ядро).

Вакуоль в растительной клетке выделяется не как органелла, а как зона (компартмент), т. к. до 90 % объема клетки приходится именно на вакуоль. Все различия между растительной и животной клетками связаны с различным типом питания. Растительный организм вследствие автотрофного питания должен иметь большую поверхность для поглощения большего количества СО₂ и квантов света. Наличие большой вакуоли и тонкого слоя цитоплазмы, окружающего ее, увеличивает соотношение объема и площади клетки в пользу площади.

Цитоплазма – жидкий материал с изменяющейся плотностью, окруженный с одной стороны плазмалеммой, а с другой – тонопластом. Иногда тяжи цитоплазмы проходят через центральную вакуоль, тогда в клетке образуется несколько более мелких вакуолей. Основная фаза цитоплазмы – цитозоль (гиалоплазма) представляет собой белковый коллоидный раствор. Белки представлены преимущественно ферментами. В растворе также представлены корпускулярные и мембранные включения.

Самое большое мембранное включение это ЭПР, состоящий из разветвленных взаимосвязанных трубочек и пузырьков. Мембраны ЭПР связаны с ядерной мембраной, но не соединяются с плазмалеммой. Функции ЭПР:

1) Гранулярный ЭПР: синтез, процессинг, накопление и транспорт белков.

2) Агранулярный ЭПР: синтез углеводов и липидов, детоксикация некоторых токсичных для клетки соединений гидрофобной природы.

3) ЭПР вместе с митохондриями являются важными компонентами окислительно-восстановительной системы клетки.

4) Поскольку мембраны ЭПР различных клеток связаны между собой через плазмадесмы, ЭПР может служить системой передачи раздражения (информации) в виде потенциалов действия из одной клетки в другую.

Из корпускулярных включений самым крупным является ядро (max ø 10 мкм). Ядро относится к двумембранным органеллам. Наружная и внутренняя мембраны ядра отличаются, но они имеют зоны слипания, благодаря которым образуются поры. Необходимость пор связана с необходимостью обмена между ядром и цитоплазмой крупными молекулами и надмолекулярными структурами в виде субъединиц рибосом. Функции ядра:

1) Место хранения генетической информации, обеспечение процессов редупликации ДНК и транскрипции ДНК в РНК разных типов.

2) Вместе с цитоплазмой ядро участвует в обеспечении экспрессии генетической информации, осуществляя контроль над процессами жизнедеятельности клетки в целом.

Следующими по размеру корпускулярными включениями являются хлоропласты. Они обычно имеют линзовидную форму, средний диаметр около 5 мкм. Хлоропласты имеют двойную мембрану и третью мембранную структуру – тилакоиды. Количество хлоропластов в клетке непостоянно, что зависит от вида растения и условий его обитания. В среднем количество хлоропластов в клетке достигает от 200 до 400. Функция хлоропластов: фотосинтез.

Еще более мелкими корпускулярными включениями являются митохондрии. Их форма изменчива, обычно это короткие палочки с полусферическими концами. Максимальный диаметр 1 мкм. Митохондрии являются центром внутриклеточного аэробного окисления.

Аппарат Гольджи сочетает корпускулярные и мембранные структуры. Он состоит из ряда телец Гольджи (диктиосом). Каждая диктиосома состоит из стопки плоских пузырьков (цистерн) диаметром 1 – 2 мкм. Обычно диктиосомы тесно связаны с мембранными ЭПР и окружены многочисленными пузырьками, которые отпочковываются от цистерн. Аппарат Гольджи является связующим звеном между ЭПР и клеточной стенкой – это очень динамичная структура. Функции аппарата Гольджи:

3) Сборка и рост мембран.

4) Синтез полисахаридов на экспорт.

5) Создание клеточной стенки.

Наиболее многочисленными и мелкими из корпускулярных включений являются рибосомы, которые могут находиться в свободном виде или же связанными с мембранами ЭПР или наружной ядерной мембраной. Собственной мембраны рибосомы не имеют. По химическому составу рибосомы устроены довольно просто, они представляют собой надмолекулярный комплекс рРНК и белков.

Для растительных клеток характерна особая группа корпускулярных включений – микротельца. Это органеллы сферической формы диаметром 0,2 – 1,5 мкм. Все они отделены одинарной мембраной. Различают три вида микротелец: пероксисомы, глиоксисомы и олеосомы (сферосомы).

Пероксисомы распространены в фотосинтезирующих клетках. Вместе с хлоропластами и митохондриями они участвуют в процессах фотодыхания (по сути это разновидность темновой фазы фотосинтеза).

Глиоксисомы присутствуют в клетках эндосперма или семядолях семян масличных культур (эти культуры в качестве резервных соединений откладывают липиды). Это временные органеллы. В глиоксисомах происходит особый путь окисления – глиоксилатный.

Сферосомы несколько крупнее пероксисом и глиоксисом. Их функциями являются синтез, хранение и мобилизация запасных липидов, преимущественно триацилглицеридов.

В наружном слое цитоплазмы локализованы микротрубочки (состоят из белка тубулина) и микрофиламенты (состоят из белка актина). Микротрубочки взаимодействуют с микрофиламентами и с плазмалеммой и участвуют в пространственной организации метаболических процессов, происходящих в растворимой части цитоплазмы (пентозофосфатный путь окисления глюкозы, синтез жирных кислот, глюконеогенез и др.). Кроме того, микротрубочки, которые лежат непосредственно под плазмалеммой, участвуют в ориентации целлюлозных фибрилл клеточной стенки. В период цитокинеза по микротрубочкам еще не распавшегося веретена деления скатываются пузырьки аппарата Гольджи, поставляя материал для построения клеточной стенки.

В настоящее время в растительных клетках нашли тонкие филаменты, ассоциированные с плазматической мембраной. Они организованы в трехмерную сеть, связывающую органеллы. Выявлены семейства белков, участвующих в построении этого цитоскелета: анкирин, клатрин, винкулин. Система тонких филаментов вместе с промежуточными филаментами является очень динамичной системой, чувствительной к содержанию АТФ, цАМФ, концентрации ионов Са²⁺, рН среды. Эта система также способна реагировать на ряд векторных сигналов: гравитация, электрическое поле и др. Благодаря этой системе обеспечивается полярность клеток и растительного организма в целом.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 670 | Нарушение авторских прав