Третий этап

Теория белков-переносчиков

Переносчики специфичны, т.е. участвуют в переносе только определенных ионов и тем самым обеспечивают избирательность поступления. Процесс поглощения, идущий против градиента концентрации всегда требует затрат энергии. Именно этот активный перенос имеет важное значение для жизнедеятельности клетки. Примером для активного транспорта служат ионные насосы. Сумма ионов водороа, натрия, калия, кальция, которые складываются на внешней и внутренней стороне мембраны. За счет этого создается разность потенциалов и осуществляется перенос ионов через мембрану. Примерами активных насосов служат H⁺-АТФаза, NaАТФ-аза, ClАТФаза и т.д. Особую роль в плазмалемме и в тонопласте растительной клетки играет водородный насос. Он создает через эти мембраны электрический и химический градиент ионов H⁺. Элеуктрический заряд может быть использован на транспорт катионов. Химический градиент служит основой для переноса через мембрану анионов.

Пройдя через мембрану ионы поступают в цитоплазму, где они включаются в метаболизм клетки. В вакуоль попадают ионы в том случае, если протоплазма ими уже насыщена.

ТЕМА:"УСВОЕНИЕ И ПРЕВРАЩЕНИЕ АЗОТА У РАСТЕНИЙ"

1. Источники азота в растениях

2. Фиксация молекулярного азота растениями

3. Механизм молекулярной азот-фиксации

4. Восстановление нитратов

5. Пути аккумуляции аммиака

6. Физиологическая роль элементов минерального питания

1. Количество азота в составе сухого вещества невелико (1-3%) однако азот имеет первостепенное значение в жизни растений, входит в состав (белков, нуклеиновых кислот). В окружающей среде азот находится в двух формах: газообразной и почвенный азот. Почвенный - аммонийный, нитратны й. Неорганические формы азота усваиваются растением значительно лучше, чем органические, за исключением мочевины, аспарагина, глютамина, метионина и т.д. Содержание азота в почве подвергается значительным колебаниям втечение года. Осенью исчезает нитратный азот, в результате потребления его растением и благодаря денитрификации (использование азота бактериями), весной снова накапливается нитратный азот, в результате деятельности нитрифицирующих бактерий, которые способны окислять аммиачный азот до нитратного. Этот процесс называется биологическим окислением или нитрификацией. Этот процесс был открыт Бернадским. Происходит ступенчато, в котором принимают участие автотрофные бактерии - хемо синтетики. Весной бурно развиваются амонофицирующие бактерии, которые разлагают белки ра тительного и животного происхождения и тем самым восполняют запас аммонийных солей.

2. Свободный азот химически иннертен и не усваивается высшими растениями, а становится доступным за счет химической и биологической азот-фиксации. В первом варианте азот попадает в почву в результате физико-химических процессов в результате разряда молнии а так же в рез-тате хим. производства.

Свободный азот который сод-ся в живых организмах кот способны превращать молекулярный азот в аммиак. За счет биологической азот-фиксации в почву поступает 12,7 *10⁷ тонн азота в год. Имеется большая группа организмов, способных ассимилировать атмосферный азот. Различают свободно живущие (Azotobacter, clostridium) и симбиотические (risobium) азот-фиксирующие бактерии. Симбиотические живут в клубеньках бобовых растений. Известно более 190 видов растений способных усваивать атмосферный азот.

3. Механизм молекулярной азот-фиксации

1. Бактерии рода Risobium проникают в клетки корневых волосков

2. Вызывают активное деление клеток, происходит образование клубеньков

3. Сами бактерии превращаются в бактериоды

4. Образование бактериодов связано с синтезом нитрогеназной ферментной системой

5. Для процесса азот-фиксации необходим приток энергии в виде АТФ

6. Фермент нитрогеназа, который участвует в этом процессе, имеет в своем составе молибден и железо.

Основные моменты симбиоза:

1. Растение обеспечивает бактериод фотоассимилятами

2. Бактериод обеспечивает растение азотом в форме аминокислот

3. Растение с помощью легуглобина защищает нитрогеназу от окисления ее кислородом. Для обращования 1гр азота, который дают бактерии растениям, необходимо 7 гр углеводов.

4. Восстановление нитратов

Для того чтобы включился в органические соединения нитратный азот, он обязан восстановиться в клетке до аммиачного.

Процесс ферментативного восстановления нитратов до аммиака идет следующим образом:

Ферменты, катализирующие восстановление нитратов до аммиака, представляют собой металлофлавопротеины, для действия которых необходим тот или иной металл. Для действия нитратредуктазы катализирующей восстановление нитратов до нитритов необходим молибден. Для нитритредуктазы катализирующей превращение нитрита в гипонитрит требуется участие железа и меди аналшогично и для фермента гипонитритредуктазы. Гидроксиламинредуктазы катализирующие гидроксиламинаммиак требуется марганец. Активность этих ферментов зависит от таких факторов как освещенность, температура рН среды, концентрация углекислого газа, кислорода. В зависимости от увастия NO₃ растения делятся на три группы:

1. Растения, которые полностью восстанавливают нитраты в корнях и транспортируют N₂ к листьям в органических формах (горох, люпин, черника)

2. Растения, которые восстанавливают нитраты только в листьях (сахарная свекла, хлопчатник, пшеница)

3. Растения у которых нитратредуктазная активность высокая в корнях (овощи, фасоль, сорго и т.д.)

5. Пути аккумуляции аммиака

1. Аммиак поступает в растения за счет удобрений

2. При восстановлении нитратов

3. В процессе фиксации молекулярного азота

Аммиак ассимилируется путем аминирования. Ведущую роль в реакции первичной ассимиляции у высших растений принадлежит реакциям биосинтеза глютаминовой кислоты и ее амида. Один из способов такой реакции - восстановительное аминирование альфа - кетоглютаровой кислоты в глютаминовую кислоту. Глютаминовая кислота катализируется ферментом глютаматдегидрогеназа до глютомата, где в активном центре имеется метал - Zn.

6. Физиологическая роль элементов минерального питания

Растения способны поглощать из окружающей среды почти все элементы таблицы Менделеева. Однако для нормальной жизнедеятельности самого растительного организма требуется лишь небольшая группа элементов. Питательными веществами называются вещества, необходимые для жизни живого организма. Элемент считается необходимым, если его отсутствие не позволяет растению завершить свой жизненный цикл. В зависимости от содержания и потребления элементов растениями они делятся на макроэлементы, содержание которых 0,01-0,1% (N,P,K,S,Ca,Fe,Mg) и микроэлементы (Mn,Cu,Zn,B,Mo) C,O_2,N, H₂ - называются органогенными и составляют 95% от сухой массы и 5% приходятся на зольные Элементы.

N₂ - составляет в растениях 1,5% от сухой массы. Этот элемент для растений является дефицитным. Азот поступает в растения в двух формах - в виде аммиачного и нитратного азота. Нитратный азот подвижен, плохо фиксируется в почве и легко вымывается почвенными водами. Аммонийный - малоподвижен, хорошо фиксируется в почвее, менее вымывается осадками и хорошо адсорбируется отрицательно заряженными ионами почвы. В растениях азот входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, хлорофиллов, АТФ, фитогармонов и т.д. Азот относится к эелементам, которые способны реутилизироваться. Признаки азотного голодания проявляются на нижних (старых) листьях. При недостатке азотного голодания тормозится рост, ослабевает образование боковых побегов и кущение у злаков, проявляется мелколистность. Раннее проявление азотного голодания - бледно-зеленая окраска листьев, так как ослаблен синтез хлорофилла. Длительное азотное голодание ведет к гидролизу белков, на листьях появляются желтые пятна, сокращается период вегетации.

P - В растительных тканях концентрация фосфора от 0,2-1,34% от сухой массы. Поступает в растение в виде анионов H₂PO₄ и HPO₄ фходит в состав АТФ, нуклеотидов, витаминов и т.д. основная роль - энергетическая. Фосфор как и азот способен к реутилизации. Признаки фософрного голодания -сине-зеленая окраска листьев с пурпурным или бронзовым отливом. Листья становятся узкими и мелкими, приостанавливается рост, задержка урожая. Фосфор в отличие от азота ускоряет процесс созревания.

К - 0,05-1% от сухой массы. Поступает в растение в виде катиона K⁺ 70% находятся в свободном состоянии в клетке, а 30% адсорбируется коллоидами цитоплазмы. В растениях сосредоточен в основном в молодых тканях. Способен передвигаться из старых листьев в молодые. Функции: влияет на физико-химические свойства цитоплазмы, способствует гидратации коллоидов, тем самым увеличивает водоудерживающую способность цитоплазмы, увеличивает устойчивость растений к засухе и морозам. 80% калия сосредоточено в вакуоли, стабилизирует структуру хлоропластов и митохондрий, участвует в поглощении и транспортировке воды, работа нижнего концевого двигателя на 75% зависит от калия, регулирует устьичное движение, является активатором ферментов, способствует усвоению аммиачной формы азота. При недостатке снижается продуктивность фотосинтеза. Фосфорно-калийные вытяжки используют для ускорения созревания урожая. Критический период потребления калия - ранняя стадия роста (первые две недели после всходов). Из всех с-х культур больше всего выносит калий подсолнечник.

Голодание. Первые признаки проявляются на старых листьях, затем на молодых. При недостатке наблюдается калийный захват (начинается по краям). Листовая пластинка начинает подсыхать и сворачивается.

S - содержится в растениях в количестве 0,2-1% однако в растениях из семейства капустных ее содержание гораздо выше. S входит в состав чесночных и горчичных масел. С этим связан своеобразный вкус и запах растений семейства. Сера входит в состав аминокислот, цистина, цистеина, метионина. Входит в состав многих ферментов, витаминов органических кислот. Сера в большом количестве находится в фитонцидах, недостаток серы тормозит белковый синтез, снижается интенсивность фотосинтеза и скорость роста растений. Поступает в растения в виде сульфат-иона

Голодание. Потемнение и пожелтение листьев нижнего яруса.

Ca - входит в состав растений в количестве 0,2% от сухой массы, поступает в растения в виде иона Ca⁺⁺. Накапливается в старых органах и тканях. Са соединяясь с пектиновыми веществами дает пектаты кальция, которые являются важнейшей составной частью клеточных оболочек. Его содержание снижается по мере созревания плодов. При недостатке кальция клеточные стенки ослизняются. (...)

Участвует в организации структуры митохондрий и рибосом.

Дата добавления: 2015-05-06