Общие свойства и функции ферментов. Классификация.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 9Следующая ⇒

В основе всех Функций организма лежат химические реакции. В живой клетке их скорость регулируется ферментами — биологическими катализаторами. Принцип действия ферментов основан на их способности временно связываться с субстратами, участвующими в реакции. По окончании реакции фермент освобождается из комплекса с субстратом и может вновь взаимодействовать со следующей его молекулой. Энергией активации называют такое количество энергии, которое необходимо затратить на то, чтобы привести все молекулы 1 моль вещества в активированное состояние.. В комплексе с субстратом фермент как бы изменяет путь химической реакции, направляя ее по энергетически более выгодному руслу, тем самым снижая уровень энергии активации (рис. 9). Это достигается за счет поляризации связей, смещения электронной плотности в молекулах субстрата. Главные качества белков обеспечивают следующие основные свойства ферментов: чрезвычайно высокую активность по сравнению с катализаторами другой природы. очень высокую специфичность в отношении субстратов реакций. Специфичность ферментов может.проявляться на разных уровнях, начиная с абсолютной, когда фермент способен катализировать всего лишь одну-единственную реакцию, а иногда лишь реакцию только с одним стереоизомером. Причина столь тонкой специфичности заключается в строгой упорядоченности структуры белка, связывающего определенным своим участком лишь один конкретный ' субстрат. Специфичность ферментов лежит в основе их международной классификации. Самыми крупными группами ферментов являются классы. Оксидоредуктазы. Они осуществляют окисление и восстановление субстратов; принимают активнейшее участие в фотосинтезе, дыхании, энергетическом обмене. Трансферазы. Эти ферменты катализируют перенос отдельных групп между молекулами. Гидролазы. Участвуют в расщеплении сложных веществ (углеводов, жиров, белков) до простых с участием воды Л и а з ы. Отщепляют от субстратов определенные группы без участия воды с образованием двойной связи. Изомеразы. Осуществляют изомеризацию — перенос отдельных групп внутри одной молекулы. Синтетазы. Эти ферменты участвуют в синтезах, требующих затрат энергии. С их помощью образуются амиды

Использование энергии дыхания в раст. оргонизме.

В своей основе дыхание представляет собой окислительный распад органических веществ, в первую очередь углеводов, в результате которого освобождается энергия и образуются предельно окислительные вещества С02 и Н20: попытка регулировать дыхание поддержания может вызвать неизбежные осложнения, привести к замене одних растительных структур другими, поскольку величина дыхания активной биомассы положительно коррелирует с устойчивостью функционирования растительного организма. Если бы это даже удалось сделать, то потребовалось бы увеличение внешних энергетических затрат для создания дополнительных компенсирующих условий. Кроме того, из-за уменьшения скорости оборота белка в листьях может снизиться фотосинтез. Отсюда понятно, почему среди большого разнообразия сортов и гибридов пока не удалось найти формы, обладающие слабым дыханием поддержания, за исключением линий райграса.

Зимостойкость. Причины повреждения растений.

Помимо прямого действия мороза растения подвергаются еще ряду неблагоприятных факторов. Зимостойкость - устойчивость растений к комплексу неблагоприятных факторов перезимовки. Непосредственное действие мороза - не единственная опасность, угрожающая растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза растения повреждаются и гибнут от ряда других неблагоприятных факторов в зимнее время и ранней весной. Особенно многочисленные неблагоприятные воздействия испытывают травянистые многолетние и однолетние растения. На территории России в неблагоприятные годы гибель посевов озимых зерновых достигает 60%. В понятие зимостойкость входит устойчивость к выпреванию, вымоканию, ледяной корке, выпиранию, повреждению зимней засухой. Гибель растений от выпревания наблюдается преимущественно в теплые зимы с большим снежным покровом, особенно если снег выпадает на мокрую и талую землю. Причина гибели растений от выпревания - их истощение, снежная плесень. Устойчивость сортов озимых к выпреванию в районах с очень глубоким снежным покровом обусловливается прежде всего накоплением достаточного запаса растворимых углеводов, а также возможно меньшей интенсивностью дыхательного процесса при пониженных температурах. Вымокание проявляется преимущественно весной в пониженных местах в период таяния снега, реже во время длительных оттепелей, когда на поверхности почвы накапливается талая вода, которая не впитывается в замерзшую почву и может затопить растения. В этом случае причиной гибели растений является резкий недостаток кислорода (анаэробные условия - гипоксия), вызывающий нарушение многих метаболических процессов. Ледяная корка образуется на полях в районах, где частые оттепели сменяются сильными морозами. Причина гибели состоит в том, что они

Подвергаются сильному механическому давлению, утрачивают морозоустойчивость из-за прекращения аэрации, а также вследствие усиления влияния низких температур. Растения, как и в случае вымокания, переходят на анаэробное дыхание, при котором образуются спирт и другие токсичные вещества. Выпирание растений происходит, если осенью морозы наступают при отсутствии снежного покрова или если в поверхностном слое почвы мало воды (при осенней засухе), а также при оттепелях. Образующаяся на глубине прослойка льда приводит к разрыву корневой системы растений. Весной после оттаивания почвы растения остаются лежать на поверхности и погибают от иссушения. Основными способами повышения зимостойкости растений являются подбор и селекция видов и сортов сельскохозяйственных культур, наиболее приспособленных к комплексу неблагоприятных условий перезимовки конкретного региона. В селекционном процессе успешно используют оценку зимостойкости озимых зерновых культур по комплексу физиологических показателей

Аэробная фаза дыхания.

Анаэробный и аэробный пути превращения дыхательного субстрата являются двумя сторонами единого дыхательного процесса. В отсутствие кислорода основным источником энергии в клетке служат гликолиз и брожение, а в аэробных условиях — окислительное расщепление дыхательных субстратов. Аэробная стадия дыхания происходит в митохондриях и состоит из трех этапов: окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК), цикла Кребса и электронно-транспортной цепи, в которой происходит синтез АТФ. Продуктом окислительного декарбоксилирования ПВК является ацетильный остаток, соединенный макроэргической тиоловой связью с коферментом А -ацетил ЗКоА. Ацетильный остаток окисляется в цикле Кребса до С02, энергия окисления запасается в восстановленных коферментах (ЗНАДН и ФАДН2). Здесь же образуется одна молекула АТФ. Эти реакции локализованы в матриксе митохондрий. Образующиеся кетокислоты - а-кетоглютаровая и щавелевоуксусная - могут быть использованы для биосинтеза аминокислот В реакциях цикла Кребса кислород не участвует. Потребность в кислороде возникает для окисления восстановленных переносчиков водорода НАД и НАДФ Н, в которых заключена значительная энергия окисленных веществ Процесс освобождения энергии заключается в передаче электронов от НАДН и ФАДН2 по электронно - транспортной цепи (ЭТЦ) на активированный кислород. Участником этой ЭТЦ является цитохромная система

Водный баланс растений.

Водообмен растений включает три процесса: поглощение, передвижение и испарение воды листьями. Соотношение между поступлением и расходом воды представляет собой водный баланс растения. В жаркие летние дни усиление транспирации нарушает это относительное равновесие, что вызывает водный дефицит, достигающий даже при достаточной влажности почвы 5—10 %, а при недостатке влаги в почве — 25 %, что указывает на отрицательный характер водного баланса. Это объясняется тем, что корни не успевают покрывать расход воды на транспирацию, Полуденный водный дефицит представляет собой нормальное явление и не причиняет растению особого вреда. Его значительному увеличению препятствует способность растений снижать транспирацию под влиянием потери воды за счет возрастания водоудерживающей способности тканей и закрывания устьичных щелей. В жестких условиях жаркого летнего дня при недостатке воды в почве происходит значительное нарушение водного баланса, которое проявляется в потере тургора растением — завядший. чем оно было глубже и длительнее, тем серьезнее его последствия. Различают два типа завядания растений: временное и длительное. Первое наблюдается обычно в полуденные часы. Длительное завядание наступает, когда в почве почти не остается доступной для растения влаги. В этих условиях водный баланс растения за ночь не восстанавливается. Такой не покрываемый к утру водный дефицит получил название остаточного дефицита. Завядающие листья оттягивают воду из других частей растения: молодых растущих верхушек, корней, плодов. Происходит отмирание корневых волосков, поглотительная деятельность корней значительно снижается. Избегание высыхания достигается благодаря морфологической, анатомической приспособленности растений к сохранению оптимальной оводненности тканей при сухости воздуха и почвы. Здесь можно- выделить три основных направления: регулирование потери воды за счет ксероморфного строения листьев; усиление поглощения воды из почвы благодаря увеличению мощности корневой системы и снижению водного потенциала корней; накопление воды и активизация ее транспорта. При устойчивом завядании растений увеличивается скорость распада РНК, белков и одновременно возрастает количество небелковых азотсодержащих соединений. При длительном водном дефиците наблюдается уменьшение количества всех форм Сахаров Вред от заболачивания, а также от временного затопления заключается в ухудшении аэрации почвы, что приводит к серьезным неблагоприятным последствиям. Главный вред состоит в уменьшении или прекращении обеспечения корней кислородом. Неблагоприятное воздействие избыточного увлажнения почвы сказывается на протяжении всей жизни растений Непродолжительное застаивание воды вызывает повреждение и задержку роста растений и снижает эффективность борьбы с сорняками, обычно особенно буйно развивающимися на вымочках. Длительное же застаивание воды приводит к полной гибели культурных растений. Наиболее часто от вымокания страдают озимые культуры и земляника.

Анаэробное дыхание.

Анаэробный и аэробный пути превращения дыхательного субстрата являются двумя сторонами единого дыхательного процесса. В отсутствие кислорода основным источником энергии в клетке служат гликолиз и брожение, а в аэробных условиях — окислительное расщепление дыхательных субстратов. Анаэробная стадия дыхания - гликолиз (рис. 1) происходит в гиалоплазме, где предварительно активированная глюкоза расщепляется и частично окисляется до пировиноградной кислоты (ПВК). На активирование глюкозы затрачивается энергия двух молекул АТФ. Активированная глюкоза распадается на две молекулы фосфоглицеринового альдегида (ФГА), которые окисляются до фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Акцептором водорода и электронов в этой реакции служит НАД. Окисление сопровождается перераспределением внутримолекулярной энергии, возникновением макроэргической связи, и переносом ее на АДФ с образованием АТФ. Вторым пунктом образования АТФ является реакция дегидратации фосфоглицериновой кислоты до фосфоленолпировиноградной кислоты (ФЕП ).Таким образом, энергетический выход анаэробной стадии дыхания составляют 2НАДН и 2АТФ. Кроме того, здесь образуются промежуточные продукты, необходимые для биосинтеза глицерина -компонента жиров, лигнина, фенольных соединений.

Регулировка роста светом.

Свет действует на рост через фотосинтез, для которого требуются высокие уровни энергии. При слабой освещенности растения плохо растут По отношению к интенсивности освещения растения делятся на светолюбивые и теневыносливые. Свет определяет многие фотобиологические явления: фотопериодизм, фотоморфогенез, фототаксисы, фототропизмы, фото-настии и др. Наиболее активно регулируют рост красные и сине-фиолетовые лучи. В растениях обнаружены Две пигментные системы фоторецепторов — фитохром, поглощающий красный свет, и криптохром, поглощающий синий свет Фотоморфогенез — это зависимые от света процессы роста и дифференцировки растений, определяющие его форму и структуру. В ходе фотоморфогенеза растение приобретает оптимальную форму для поглощения света в конкретных условиях произрастания. Система красный/дальний красный свет. Фотоморфогенетическое воздействие красного света на растение осуществляется через фитохром. Фитохром — хромопротеид, имеющий сине-зеленую окраску. Его хромофор — это незамкнутый тетрапиррол. Фитохром участвует в регуляции многих сторон жизнедеятельности растений: прорастании светочувствительных семян, открытии крючка и удлинении гипокотиля проростков, развертывании семядолей, дифференциации эпидермиса и устьиц, дифференциации тканей и органов, ориентации в клетке хлоропластов, синтезе антоциана и хлорофилла. Красный свет тормозит деление и способствует удлинению клеток, растения вытягиваются, становятся тонкостебельными). Фитохром определяет фотопериодическую реакцию растений, регулирует начало цветения, опадение листьев, старение и переход в состояние покоя. В теплицах красный свет способствует образованию корнеплодов у репы, утолщению стеблеплодов кольраби. Фитохром участвует в регуляции метаболизма фитогормонов в различных органах растения.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒