Контрольная работа по "Биологии"

Недостаток  воды в тканях растений (водный дефицит) может возникнуть в жаркую солнечную  погоду к середине дня, при этом увеличивается  сосущая сила листьев, что активирует поступление воды из почвы. Растение регулирует уровень водного дефицита открытием или закрытием устьиц. В этот период происходит временное  завядание листьев. Обычно в вечерние и утренние часы это явление устраняется.

Отсутствие  в почве доступной для растения воды приводит к глубокому завяданию. Это завядание чаще всего приводит к гибели растения. Характерным признаком устойчивого водного дефицита является сохранение его в тканях утром, прекращение выделения пасоки из срезанного стебля. Действие засухи приводит в первую очередь к уменьшению в клетках свободной воды, что нарушает гидратные оболочки белков цитоплазмы и сказывается на функции белков-ферментов.

При длительном завядании снижается активность ферментов синтеза и активируются гидролитические процессы, что приводит к возрастанию содержания в клетках  низкомолекулярных белков. В результате гидролиза полисахаридов в тканях накапливаются растворимые углеводы. В листьях снижается количество РНК, наблюдается распад полирибосомных комплексов, возрастает концентрация вакуолярного сока, облегчается выход ионов из клеток.

Происходит  снижение скорости фотосинтеза из-за недостатка СО2, нарушения синтеза  хлорофилла и АТФ, изменения в течение фотохимических реакций.

При обезвоживании  у растений, не приспособленных к  засухе, значительно усиливается  интенсивность дыхания, а у засухоустойчивых растений такое явление не наблюдается.

В условиях водного дефицита тормозятся клеточное  деление и особенно растяжение, что  приводит к формированию мелких клеток. Вследствие этого задерживается  рост листьев, стебля растения в целом.

При водном дефиците происходит гидролиз полимеров, в том числе и белков. Распад белков идет с образованием аммиака, который может оказывать отравляющее действие на клетки.

Приспособление  растений к засухе. Известно, что  растения неодинаково реагируют  на перегрев и обезвоживание в  разные периоды онтогенеза. У каждого  вида в онтогенезе имеется такой  период, когда недостаток воды резко  сказывается на течении всех физиологических  процессов, этот период называется критическим  периодом. Из этого, однако, не следует, что остальные периоды своего развития растение не нуждается в  воде и не страдает от ее недостатка.

Установлено, что вязкость цитоплазмы, ее эластичность в критический период резко падают, что и является одним из условий  высокой чувствительности растений к перегреву и обезвоживанию  в этот период развития. В критический  период происходят интенсивные ростовые процессы и образование новых  органов — цветков.

 

 

 

 

 

 

5.Фотосинтез, его значение. Современные представления о сущности фотосинтеза. (Вопрос №65)        

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл у бактерий).

Фотосинтез у растений - процесс, при котором происходят поглощение электромагнитной энергии  солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами и превращение ее в  химическую энергию, поглощение углекислого  газа из атмосферы, восстановление его  в органические соединения и выделение  кислорода в атмосферу.

Фотосинтез – основной источник энергии, используемой человеком. Значительная её часть(96%) употребляется  с продуктами питания, в технике, быту, и лишь 4 % принадлежит энергии  рек, ветра.

Фотосинтезирующие автотрофы используют энергию для синтеза органических веществ из неорганических. Гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический  цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

По современным представлениям сущность фотосинтеза заключается  в превращении лучистой энергии  солнечного света в химическую энергию  в форме АТФ и восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ ∙ H). По мере появления новых  данных наши представления о фотосинтезе  многократно изменялись.

Начало изучению фотосинтеза было положено в 1630 году, когда Ван Гельмонт показал, что растения сами образуют органические вещества, а не получают их из почвы. Взвешивая горшок с землей, в котором росла ива, и само дерево, он показал, что в течение 5 лет масса дерева увеличилась на 74 кг, тогда как почва потеряла только 57 г. Ван Гельмонт пришел к заключению, что остальную часть пищи растение получило из воды, которой поливали дерево. Теперь мы знаем, что основным материалом для синтеза служит двуокись углерода, извлекаемая растением из воздуха.

В 1772 году Джозеф Пристли показал, что побег мяты «исправляет» воздух, «испорченный» горящей свечой. Семь лет спустя Ян Ингенхуз обнаружил, что  растения могут «исправлять» плохой воздух, только находясь на свету, причем способность растений «исправлять» воздух пропорциональна ясности дня и длительности пребывания растений на солнце. В темноте же растения выделяют воздух, «вредный для животных».

Следующей важной ступенью в развитии знаний о фотосинтезе были опыты  Соссюра, проведенные в 1804 году. Взвешивая  воздух и растения до фотосинтеза  и после, Соссюр установил, что увеличение сухой массы растения превышало  массу поглощенной им из воздуха  углекислоты. Соссюр пришел к выводу, что другим веществом, участвовавшим  в увеличении массы, была вода. Таким  образом, 160 лет назад процесс фотосинтеза представляли так:                                                                                 
 
Углекислота + Вода + Солнечная энергия --> Кислород + Органическое вещество. 
 

Ингенхуз предположил, что роль света в фотосинтезе заключается  в расщеплении углекислоты; при  этом происходит выделение кислорода, а освободившийся «углерод» используется для построения растительных тканей. На этом основании живые организмы  были разделены на зеленые растения, которые могут использовать солнечную  энергию для «ассимиляции» углекислоты, и остальные организмы, не содержащие хлорофилла, которые не могут использовать энергию света и не способны ассимилировать CO2.

Этот принцип разделения живого мира был нарушен, когда С. Н. Виноградский в 1887 году открыл хемосинтезирующие  бактерии — бесхлорофильные организмы, способные ассимилировать (т. е. превращать в органические соединения) углекислоту  в темноте. Он был нарушен также, когда в 1883 году Энгельман открыл пурпурные бактерии, осуществляющие своеобразный фотосинтез, не сопровождающийся выделением кислорода. В свое время  этот факт не был оценен в должной  мере; между тем открытие хемосинтезирующих  бактерий, ассимилирующих углекислоту  в темноте, показывает, что ассимиляцию  углекислоты нельзя считать специфической  особенностью одного лишь фотосинтеза. После 1940 года благодаря применению меченого углерода было установлено, что  все клетки — растительные, бактериальные  и животные — способны ассимилировать углекислоту, т. е. включать ее в состав молекул органических веществ; различны лишь источники, из которых они черпают  необходимую для этого энергию.

Другой крупный вклад в изучение процесса фотосинтеза внес в 1905 году Блэкман, который обнаружил, что  фотосинтез состоит из двух последовательных реакций: быстрой световой реакции  и ряда более медленных, не зависящих  от света этапов, названных им темповой реакцией. Используя свет высокой  интенсивности, Блэкман показал, что  фотосинтез протекает с одинаковой скоростью как при прерывистом  освещении с продолжительностью вспышек всего в долю секунды, так и при непрерывном освещении, несмотря на то что в первом случае фотосинтетическая система получает вдвое меньше энергии. Интенсивность  фотосинтеза снижалась только при  значительном увеличении темнового  периода. В дальнейших исследованиях  было установлено, что скорость темновой реакции значительно возрастает с повышением температуры.

В настоящее время можно считать  установленным, что все реакции  включения CO2 в органические вещества могут протекать в темноте («темновые  реакции»), т. е., строго говоря, они не относятся к процессу фотосинтеза. В сущности это реакции, обратные процессу распада углеводов. К реакциям, зависящим от света («световым реакциям»), относятся такие, в процессе которых  свет превращается в химическую энергию; первые стабильные, химически идентифицированные продукты этих реакций — АТФ и  НАДФ · H.

Таким образом, суммарный процесс  фотосинтеза, который приводит к  образованию органических молекул  согласно уравнению 
 
6С0₂ + 6Н₂O -> С₆Н₁₂O₆ + 6O₂, 
 
чрезвычайно сложен; он не менее сложен, чем процесс клеточного дыхания, в ходе которого эти органические молекулы впоследствии разрушаются. В результате световых реакций благодаря замечательным свойствам хлорофилла происходит высокоэффективное поглощение лучистой энергии Солнца и (при участии ферредоксина, цитохромов и других соединений, содержащихся в мембранах гран) образование НАДФ • Н, АТФ и молекулярного кислорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Каротиноиды, их физиологическая  роль. (Вопрос №71)         

Кроме хлорофиллов, в клетках листа в небольшом  количестве (0,07—0,2 % сухой массы) содержатся каротиноиды.

Это соединения, растворимые в жирах и органических растворителях, с длинной цепью  сопряженных двойных связей.

Поглощая  коротковолновые лучи, каротиноиды  исполняют роль экрана, защищающего  хлорофилл и клетку от их губительного воздействия. Это большая группа пигментов желтого, оранжевого и красного цвета. Каротиноиды широко распространены в природе: их обнаружено больше трехсот. Однако в фотосинтезе участвуют лишь некоторые из них.

Термин «каротиноиды»  ввел в науку М.С. Цвет для желтых спутников хлорофилла, т. е. веществ, сопровождающих хлорофилл в пластидах. В пыльце растений, околоцветников каротиноиды находятся во внепластидном  состоянии. Каротиноидов в хлоропластах обычно в три раза меньше, чем  хлорофиллов (отношение хлорофиллов  к каротиноидам равно 3).

Основная  часть молекул всех каротиноидов — восемь соединенных между собой остатков изопрена, образующих цепь. Каротиноиды делятся на соединения с открытой цепью — ациклические (например, ликопин) и содержащие в своей молекуле один или два цикла (α-, β-каротин). Кроме того, по химическому строению каротиноиды делятся на бескислородные, содержащие только углерод и водород, имеющие элементарную формулу С40Н56 каротины, а также окисленные, которые кроме углерода и водорода содержат еще кислород — ксантофиллы.

Каротиноиды растворимы в органических растворителях, такие, как сероуглерод и ацетон, но нерастворимы в воде (кроме кроцина). Многие каротиноиды растворимы в спирте, эфире, хлороформе, они хорошо растворяются в жирах.

В химическом отношении молекулы каротиноидов характеризуются  большим числом сопряженных двойных  связей, являющихся хромофорными группами. Каротиноиды поглощают свет в  сине-фиолетовой области спектра  и имеют три максимума, положение  которых определяется главным образом  количеством двойных связей. Флюоресцируют каротиноиды от слабо желтой до зеленой окраски. В месте нахождения двойных связей может легко происходить присоединение кислорода, в результате чего образуются перекиси и окраска исчезает. К группе бескислородных каротиноидов относятся каротины: ликопин, содержащийся в плодах томатов. К окисленным каротиноидам относятся ксантофиллы: лютеин, криптоксантин, содержащийся в желтых зернах кукурузы, кожуре мандаринов и др.

Каротиноиды имеют большое количество конъюгированных  двойных связей, поэтому они способны к окислительно-восстановительным  реакциям.

Поглощение  света каротиноидами, а, следовательно, их окраска обусловлены наличием конъюгированных двойных связей, β-каротин имеет два максимума поглощения, соответствующие длинам волн 482 и 452 нм. Красные лучи, поглощаемые хлорофиллами, каротиноидами не поглощаются. Каротиноиды в отличие их от хлорофилла не обладают способностью к флюоресценции. Подобно хлорофиллу, каротиноиды в хлоропластах вступают во взаимодействие с белками.

Уже сам  тот факт, что каротиноиды всегда присутствуют в хлоропластах, позволяет  считать, что они принимают участие  в процессе фотосинтеза, но их роль вспомогательная. Они поглощают  определенные участки спектра света  и передают энергию на хлорофилл, одновременно защищая молекулу хлорофилла от необратимого фотоокисления. Возможно, каротиноиды принимают участие  вкислородном обмене при фотосинтезе. У высших растений, мхов, зеленых и бурых водорослей осуществляется светозависимое взаимопревращение ксантофиллов.

 

 

 

 

 

 

 

7.Химизм аэробной фазы  дыхания. Заслуга Г. Кребса. (Вопрос  №84)

Суть аэробной фазы дыхания состоит в окислении  ПВК, которая образовалась в результате гликолиза, до СО₂ и воды. Аэробная фаза дыхания включает в себя 2 основных процесса; цикл Кребса и дыхательную цепь.

 I.Цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот

В составе ПВК (и  любого другого органического вещества) основную ценность для дыхания представляет водород, т.к. при окислении в 515c22gf водорода кислородом выделяется очень много энергии. Однако ПВК, кроме водорода, содержит еще кислород и углерод, от которых клетке необходимо избавиться и тем самым высвободить водород. Именно это является главной функцией цикла Кребса. В результате прохождения цикла Кребса весь водород из состава ПВК включается в состав НАД (НАДФ) и ФАД, а кислород и углерод удаляются в виде СО₂. Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий.