Шпаргалка по "Биологии"

25.Искусственные  источники света.

Фотосинтез может протекать  на солнечном свете и при освещении  искусствен.  Источниками света. Светокультура растений изучает  теоретические основы  и методы выращивания растений с помощью  искусствен. Источников света. Источниками  излучения в светокультуре служат электрич. Лампы разных типов. Растения должны получать свет достаточной интенсивности  с подходящим спектральным составом. Минимальная сила освещения различна для разных культур и составляет от 1,1 до 3,5 тыс люксов. Лампы кака источники излучения должны удовлетворять  ряду требований:

1)в спектре излучения  должны присутствовать все участки  спектра поглощаемые фотосинтетическими  пигментами. Основное значение имеют  красные и сине-фиолетовые лучи. Ультрафиолетовые лучи(лямбда меньше 90 нм) присутствовать в спектре не должны.2) лампы не должны излучать большое количество тепла, т.к. перегрев нарушает обмен веществ, ускоряет прохождение этапов онтогенез, сокращает период вегетации, снижает урожайность.3) лампы должны быть экологически выгодными , должны давать высокую освещенность при небольшом потреблении электроэнергии. Должны выдерживать продолжительную эксплуатацию. Наиболее широко используют газоразрядные лампы, меньше- лампы накаливания. Источником излучения в лампах накаливания явл. Раскаленная вольфрамовая нить, в них преобладает желто- красные лучи, но они бедны сине-фиолетовыми лучами. В газоразрядных лампах источником излучения явл. Газы или пары металлов, которые возникают при газовом разряде. К спектральному составу солнечного света наиболее близки ксеноновые разноразрядные лампы, дуговые ртутно-люминисцентные бедны лучами красной части спектра, поэтому при их использовании добавляют другие лампы богатые красными лучами перспективными по спектрал. Составу и по кпд использования. Спектрал характеристики влияют на развитие растений. В условиях преобладания красных лучей наблюдается вытягивание стебля, при преоблавдании сине-фиолетового наоборот, сокращаются междоузлия, усиливается ракзвитие механических тканей,  сокращается длина стебля.

26.Дыхание.

Современные представления  о дыхании сложились в результате работ ПЕалладина, Костычева, Баха(Россия)Варбурга(германия)Кребса(США). Дыхание- физиологический процесс  постепенного окисления органического  вещества с выделением энергии, которая  запасается в молекуле АТ,Ф. органические вещества разрушающиеся во время  дыхания наз. Дыхательным субстратом. Главным дыхат. Субстратом явл. Углеводы, но могут окисляться  и белки, липиды, орган. Кислоты. Окисление дыхательного субстрата осуществляется с участием фермента. Они наз. Окислит.-вос.(оксидоредуктазами). Сущ. 3 типа оксидоредуктаз:1)анаэробные дегидрогеназы передают электроны  и протоны различным промежуточным  соединениям, но не кислороду. Это 2-х  компонентные ферменты, т.е. кроме белковой группы они содержат небелковую часть, которая наз. Коферментом. В качестве кофермента присутствуют нуклеотиды НАД+, НАДФ+.

НАД+ + Н+---НАДН;НАДФ+ +Н+---НАДФН. 2)аэробные дегидрогеназы  передают протоны и электроны  и промежуточным акцепторам и  кислороду. В качестве кофермента присутствуют производные витамина В2(рибофлоин) к ним относятся нуклеотмды ФАД, ФМН. 3)оксидазы способны передавать электроны и протоны только кислороду. Большая часть реакций окисления в ходе дыхания происходит в результате отдачи протонов от окисляемого субстрата. Способы окисления веществ: 1)отдача электронов

2)Отнятие водорода

3)присоединение  кислорода

4)образование промежуточного  соединения с участием воды  с последующей отдачей протонов  водорода и электронов

 

Суммарное уравнение  дыхания

 

Дыхание-это сложный  многоступенчатый процесс. В ходе его  образуются различные метоболиты, которые  используются в процессах обмена веществ в растениях главными промежуточными метоболитами явл. Орган. Кислоты и сахара, а так же вода. В крайних условиях обезвоживания  это вода может предохранять растения от гибели. Первостепенное значение дыхания в жизни растений заключается  в том, что в ходе этого процесса выделяется энергия. Она используется на процессы роста(дыхание роста) и на поддержание в активном состоянии органов уже закончивших рост(дыхание поддерживания). На эти процессы используется не вся вычвобождаемая энергия, а только та, что запасается в молекулах АТФ. Это около 50% от всей высвобождаемой энергии. Остальные 50% высвобождается как тепловая и теряется. АТФ явл. Универсальным источником энергии в клетке и наз. Макроэргическим соединением. Молекула АТФ построена из азотистого основания аденина, углевода рибозы и 3-х остатков фосфорной кислоты. Особые свойства  АТФ определяются тем, что конечная фосфатная группа легко переносится на др. соединения вместе с запасом энергию АТФ так же может распадаться по уравнению:

 

Существует 2 основных пути окисления углевода в дыхании: 1)гликолитический 2)пентозофасфатный. Наиболее часто окисление идет первым путем. Он состоит из 2 фаз:1)анаэробная(гликолиз 2)аэробная(цикл Кребса) в ходе гликолиза  происходит распад молекулы глюкозы  до 2 молекул пировиноградной кислоты(ПВК) суммарное уравнение гликолиза:

 

 

В ходе гликолиза  образуется молекулы АТФ и 2 нуклеотида НАД+ восстанавливаются до НАДН. В дальнейшем НАДН окисляется в митохондриях до НАД+, приэтом при окислении одной НАДН образуется 3 молекулы АТФ. Чистым энергетическим выходом распада глюкозы до ПВК явл. 8 молекул АТФ. Дальнейшее окисление ПВК может протекать 2 путями: аэробным дыханием до со2 и н2о и анаэробным по типу брожения до спиртов и орган. Кислот.

 

 

 

Т.е. как при  брожении так и при аэробном дыхании  в начале происходит гликолиз и образуется ПВК. Таким образом через это  соединение устанавливается генетическая связь между дыханием и брожением. Учение об этой связи разработано  Костычевым. В ходе брожения высвобождается гораздо меньше энергии, чем при  аэробном дыхании, т.к. продукты брожения –вещества неполного окисления ПВК и обладают большим запасом нереализованной хим. Энергии, так 1 моль глюкозы высвобождает при спиртовом брожении 118кДЖ, при молчно-кислом 42кДЖ, а при полном окислении глюкозы при аэробном дыхании 2875кДЖ,

 

 

28. Взаимосвязь дыхания с другими процессами обмена.

Дыхание тесно связано  с другими процессами метаболизма. Необходимо подчеркнуть, что, несмотря на противоположную направленность двух центральных процессов растительного организма —.фотосинтеза и дыхания и на их рассредо- точенность в разных органеллах клетки, между ними существует тесная взаимосвязь. Прежде всего для протекания процесса дыхания органические вещества (субстраты).Таким субстратами в первую очередь являются углеводы, которые у зеленых растений образуются в процессе фотосинтеза. Вместе с тем превращение веществ в процессе фотосинтеза и дыхания идет через ряд сходных промежуточных продуктов. Особенно много сходного в превращениях между фотосинтетическим циклом Кальвина и реакциями пентозофосфатного пути дыхательного обмена. Как в том, так и в другом случае происходят взаимны превращения Сахаров с разной длиной углеродной цепочки (3, 4, 5, 6 и 7 углеродных атомов). По-видимому, несмотря на различное распределение (компартментацию) этих метаболитов в клетке, между ними существует обмен. Иначе го вор я, промежуточные. продукты дыхания могут быть использованы в процессе фотосинтеза. Одновременно возможен и обратный процесс. Много общего в энергетике фотосинтеза и дыхания в процессах фотосинтетического и окислительного фосфорилирования. Между этими двумя процессами возможен обмен энергетическими эквивалентами. АТФ, образовавшаяся на свету при фотосинтетическом фосфорилировании, может служить основным источником энергии для различных биосинтетических процессов, заменяя АТФ, образовавшуюся в процессе дыхания. С другой стороны, АТФ и НАДФ-Н, образовавшиеся в процессе дыхания, могут быть использованы для реакций цикла Кальвина. Имеются наблюдения, что на свету основными органеллами, поставляющими АТФ, являются хлоропласты.

Многие промежуточные  продукты процесса дыхания являются основой биосинтеза важнейших соединений. Уже на протяжении первой, анаэробной фазы дыхания (гликолиз) триозофосфат, преобразуясь в глицерин, может служить  источником для синтеза жиров. Пировиноградная  кислота путем аминирования может  дать аланин. Не менее важное значение имеют и промежуточные продукты цикла Кребса. Например, а-кетоглютаровая и щавелевоуксусная кислоты в  процессе аминирования дают аминокислоты — глутаминовую и аспарагиновую. Благодаря реакции переаминиро- вания эти кислоты могут быть источником аминогруппы для других аминокислот и, таким образом, являться важнейшими промежуточными продуктами для синтеза как белка, так  и пуриновых и пиримидиновых  азотистых оснований. Янтарная кислота, образовавшаяся в цикле Кребса, дает основу для образования порфиринового  ядра хлорофилла. Ацетил-КоА служит основой для образования жирных кислот. Поскольку имеется ряд  реакций и процессов, благодаря  которым отдельные компоненты извлекаются  из цикла Кребса, должны быть и обратные процессы, поставляющие их в цикл. Если бы этого не было, скорость превращения  в аэробной фазе дыхания заметно  бы снизилось. Такими реакциями является окислительное дезаминирование аминокислот, приводящее к образованию органических кислот. Имеет значение также реакция карбоксилирования пировиноградной кислоты или ее фосфорилированой формы, в результате чего образуется щавелевоуксусная кислота. Основной процесс, при котором образуются пентозы в растении,— то пентозофосфатный путь дыхательного обмена. Пентозы входят в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот и ряда коферментов, в том числе таких важных, как никотинамидные (НАД и НАДФ), флавиновые (ФМН, ФАД). Пентозофосфатный путь дыхания является также источником образования эритрозо-4-фосфата. Эритрозофосфат, взаимодействуя с фосфоенолпируватом, образует шикимовую кислоту. Шикимовая кислота — материал для образования ряда ароматических аминокислот, например триптофана, а из трипсина образуется один из главных гормонов роста растений — ауксин (Р-индолилуксусная кислота).

Рассмотренные связи дыхания  и других процессов метаболизма  растения не являются постоянными, раз  навсегда данными. Они возникают  и нарушаются под влиянием как  внутренних особенностей растения, так  и внешних условий. При неблагоприятных  условиях эти нарушения могут  быть значительными и даже летальными.

29. В качестве основного субстрата дыхания растения используют углеводы - наиболее распространенные важные в энергетическом отношении соединения, причем в первую очередь окисляются свободные сахара. Если растения испытывают в них недостаток, субстратами окисления могут быть запасные полимерные вещества – полисахариды и белки, а также жиры, но лишь после их гидролиза. Поли- и дисахариды гидролизуются до моносахаридов, жиры до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот. 
Функцию запасных углеводов у растений выполняют крахмал (картофель, кукуруза), инулин (георгины, топинамбур), гемицеллюлозы. Микроорганизмы и некоторые высшие растения окисляют многоатомные спиты , образующиеся при восстановлении гексоз. Например, сорбит служит субстратом дыхания хранящихся плодов груш. 
Запасные жиры расходуются на дыхание проростков, развивающихся из семян, богатых жирами (подсолнечник, лен, конопля и др.) Жиры гидролизуются липазой до глицерина и жирных кислот. Глицерин фосфорилируется и затем окисляется до 3-фосфоглицеринового альдегида, который включается в обмен углеводов. Жирные кислоты окисляются с образованием ацетил-СоА. 
Запасные белки используются для дыхания в результате гидролиза до аминокислот и последующей их окислительной деградации до ацетил-СоА или кетокислот, которые участвуют в цикле Кребса. 
Полное окисление всех рассмотренных субстратов осуществляется до СО и воды с освобождением энергии окисляемых веществ. 
Дыхательный коэффициент (ДК)– это объемное или молярное отношение СО₂, выделившегося в процессе дыхания, к поглощенному за это же время О₂. При нормальном доступе кислорода величина коэффициента зависит от субстрата дыхания. Если используются углеводы, то коэффициент равен 1: Количество кислорода, необходимое для окисления субстрата в процессе дыхания, находится в обратной зависимости от содержания его в молекуле субстрата: чем меньше атомов кислорода в молекуле субстрата, тем больше его тратиться на окисление. Поэтому если субстратом дыхания являются более бедные кислородом (по сравнению с углеводами) жирные кислоты, то ДК будет меньше единицы. Примером может служить окисление стеариновой кислоты: На окисление более окисленных, чем углеводы, органических кислот требуется меньше кислорода, что увеличивает дыхательный коэффициент, как видно из реакции окисления щавелевой кислоты: Однако величина дыхательного коэффициента определяется не только свойствами окисляемого субстрата. Она также зависит от снабжения тканей кислородом. При его недостатке (например, в маристеме кончиков корней и т. д.) усиливается брожение и ДК возрастает. Если в результате недоокисления продуктов в тканях накапливаются органические кислоты, а количество выделяемого СО снижается, ДК падает. 
Таким образом, хотя степень окисленности дыхательного субстрата и может влиять на ДК, величина его скорее отражает особенности процесса дыхания данной ткани, органа, находящихся на определенной стадии онтогенеза при действии конкретных внешних условий.

глеводы являются основным веществом, потребляемым при дыхании (субстратом). В выяснении данного вопроса  большое значение имеет определение  дыхательного коэффициента. Дыхательный коэффициент (ДК) — это объемное или молярное отношение С02, выделившегося в процессе дыхания, к поглощенному за этот же промежуток времени 02. При нормальном доступе кислорода величина ДК зависит от субстрата дыхания. Если в процессе дыхания используются углеводы, то процесс идет согласно уравнению С6Н1206 +602 —> 6С02 + 6Н20. В этом случае ДК равен единице: 6С02/602 = 1. Однако если разложению в процессе дыхания подвергаются более окисленные соединения, например органические кислоты, поглощение кислорода уменьшается, ДК становится больше единицы. Так, если в качестве субстрата дыхания используется яблочная кислота, то ДК = 1,33. При окислении в процессе дыхания более восстановленных соединений, таких, как жиры или белки, требуется больше кислорода и ДК становится меньше единицы. Так, при использовании жиров ДК = 0,7. Определение дыхательных коэффициентов разных тканей растений показывает, что в нормальных условиях он близок к единице. Это дает основание считать, что в первую очередь растение использует в качестве дыхательного материала углеводы. При недостатке углеводов могут быть использованы и другие субстраты. Особенно это проявляется на проростках, развивающихся из семян, в которых в качестве запасного питательного вещества содержатся жиры или белки. В этом случае дыхательный коэффициент становится меньше единицы. При использовании в качестве дыхательного материала жиров происходит их расщепление до глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты могут быть превращены в углеводы через глиоксилатный цикл. Использованию белков в качестве субстрата дыхания предшествует их расщепление до аминокислот.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30. Зависимость процесса дыхания от факторов внешней среды

Температура. Дыхание у некоторых растений идет и при температуре ниже 0^оС. Так, хвоя ели дышит при -25^оС. Интенсивность дыхания, как всякой ферментативной реакции, возрастает при повышении температуры до определенного предела (35-40^оС).

Кислород необходим для осуществления дыхания, так как он является конечным акцептором электронов в дыхательной электронтранспортной цепи. Увеличение содержания кислорода в воздухе до 8-10 % сопровождается повышением интенсивности дыхания. Дальнейшее увеличение концентрации кислорода существенно не влияет на дыхание. Однако в атмосфере чистого кислорода дыхание растений снижается, а при длительном его действии растение погибает. Гибель растения обусловлена усилением в клетках свободнорадикальных реакций и повреждением мембран вследствие окисления их липидов.