Cum este absorbția activă a substanțelor în celulă. Absorbția și eliberarea de substanțe și energie de către celulă. Transport pasiv și activ
Absorbția nutrienților de către celulă poate fi pasivă sau activă. Absorbție pasivă este o absorbție care nu necesită cheltuiala de energie. Este asociat cu procesul de difuzie și urmărește gradientul de concentrație al unei substanțe date. După cum sa discutat deja mai sus (vezi p. 46), din punct de vedere termodinamic, direcția de difuzie este determinată de potențialul chimic al substanței. Cu cât concentrația unei substanțe este mai mare, cu atât potențialul său chimic este mai mare. Mișcarea merge în direcția potențialului chimic inferior. Trebuie remarcat faptul că direcția de mișcare a ionilor este determinată nu numai de potențialul chimic, ci și de potențialul electric. Ionii cu sarcini opuse pot difuza prin membrană la viteze diferite. Aceasta creează o diferență de potențial, care, la rândul său, poate servi ca forță motrice pentru intrarea unui ion încărcat opus.Un potențial electric poate apărea și ca urmare a unei distribuții neuniforme a sarcinilor în membrana însăși.Astfel, pasivul mișcarea ionilor poate urma un gradient chimicși Potential electric.
Alături de pasiv transport activ ioni în celulă, adică cu consumul de energie eliberat în timpul metabolismului. Există unele dovezi pentru existența transportului de ioni activi. În special, acestea sunt experimente privind influența condițiilor externe. Deci, s-a dovedit că fluxul de ioni depinde de temperatură. In anumite limite, odata cu cresterea temperaturii, rata de absorbtie a substantelor de catre celula creste. În absența oxigenului, în atmosferă de azot, intrarea ionilor este drastic inhibată și sărurile pot fi chiar eliberate din celulele rădăcinii în exterior. Sub influența otrăvurilor respiratorii, cum ar fi KCN, CO, fluxul de ioni este de asemenea inhibat. Pe de altă parte, o creștere a conținutului de ATP îmbunătățește procesul de absorbție. Toate acestea indică faptul că există o relație strânsă între absorbția sărurilor și respirație.
Peretele celular primar este o structură complexă. Substanțele pectice, celuloza, hemiceluloza și alți compuși care alcătuiesc membranele celulare conțin grupări carboxil, care îl încarcă negativ în timpul disocierii. Plicul conține și proteine, care, în funcție de pH, pot conferi o sarcină negativă sau pozitivă suprafeței celulei. Ca rezultat, membrana celulară poate acționa ca un schimbător de ioni, legând reversibil cationii și anionii. Pe suprafața peretelui celular sunt adsorbiți ionii H + și HC0 3 - care în cantități echivalente se transformă în ioni aflați în spațiul liber. Datorită faptului că învelișul are un număr semnificativ de spații (interfibrilare) neocupate de matrice, are un mare suprafata interioara, care este implicată în adsorbția ionilor din spațiul liber. Ionii se pot acumula astfel în membrana celulară și le servește drept rezervor.
Pentru a intra în citoplasmă și a fi implicați în metabolismul celular, ionii trebuie să treacă prin membrană - plasmalema. Există mai multe ipoteze care explică pătrunderea ionilor prin membrană. Cea mai comună părere este că ionii pătrund în membrană cu ajutorul transportatorii.
Transportul care implică transportatori poate urma direcția unui gradient chimic sau electric. În acest caz, furnizarea de ioni nu necesită cheltuieli de energie - este un proces pasiv. Cu toate acestea, merge cu o rată mai rapidă decât difuzia normală (difuzie facilitată). Procesul de concentrare selectivă a ionilor într-o celulă, mergând împotriva gradientului electrochimic, necesită energie. Acest transfer activ este de o importanță decisivă pentru activitatea vitală a celulei. Energia folosită pentru intrarea activă a ionilor este furnizată de procesul de respirație și este stocată în principal în ATP. După cum știți, pentru a utiliza energia conținută în ATP, acest compus trebuie hidrolizat conform ecuației ATP + HOH → ADP + F n. Acest proces este catalizat de enzima adenozin trifosfatază (ATPaza). ATPaza se găsește în membranele diferitelor celule. Pentru celulele animale, s-a demonstrat că ATPaza de transport este localizată în membrane. Această enzimă este activată în prezența cationilor monovalenți de potasiu și sodiu (K+, N+, ATPaza) și este inhibată de glicozidul ouabain. Transportul activ al ionilor prin membrane este asociat cu prezența unei ATPaze de transport. Activitatea ATPazei a fost găsită și în membranele plantelor. Energia eliberată în timpul descompunerii ATP este folosită pentru a schimba configurația ATPazei în sine, datorită căreia locul enzimei care leagă un anumit ion se întoarce și ajunge pe cealaltă parte a membranei. În acest fel, se poate realiza transferul activ de iod (folosind energie) împotriva unui gradient de concentrație. Calculul arată că, pentru ca 1 mol de sare să difuzeze împotriva gradientului de concentrație, este necesar să se cheltuiască aproximativ 4600 J. În același timp, se eliberează 30660 J/mol în timpul hidrolizei ATP. Prin urmare, această energie ATP ar trebui să fie suficientă pentru a transporta câțiva moli de sare. Există dovezi care arată o relație direct proporțională care există între activitatea enzimei ATPază și aportul de ioni.
Nevoie molecule de ATP pentru punerea în aplicare a transferului este confirmată și de faptul că inhibitorii care perturbă acumularea energiei respiratorii în ATP (încălcarea conjugării oxidării și fosforilării), în special dinitrofenolul, inhibă fluxul de ioni. Totodată, energia respirației poate fi folosită și direct, fără acumulare prealabilă în ATP, pentru transportul ionilor împotriva gradientului de concentrație. Mecanismul acestui fenomen este că, ca urmare a procesului de respirație, ionii de hidrogen se acumulează pe o parte a membranei (exterior), în timp ce partea interioară a membranei este încărcată negativ. Cationii intră în interior, fiind atrași de partea interioară încărcată negativ a membranei.
pinocitoza- aceasta este o invaginare a membranei de suprafață, datorită căreia sunt înghițite picături de lichid cu substanțe dizolvate. Fenomenul de pinocitoză este cunoscut pentru celulele organismelor animale. S-a dovedit acum că este caracteristică și celulelor vegetale. Acest proces poate fi împărțit în mai multe etape:
1) adsorbția ionilor într-o anumită zonă a plasmalemei;
2) invaginarea, care are loc sub influența ionilor încărcați;
3) formarea veziculelor cu lichid care pot migra prin citoplasmă;
4) distrugerea enzimatică a membranei din jurul veziculei pinocitare și includerea substanțelor în metabolism. Cu ajutorul pinocitozei, nu numai ionii, ci și diverse substanțe organice solubile pot pătrunde în celule.
Sistemul radicular al plantelor absoarbe atât apa, cât și substanțele nutritive din sol. Ambele procese sunt interconectate, dar sunt efectuate pe baza unor mecanisme diferite. Rădăcinile extrag minerale din soluția de sol și din complexul de absorbție a solului, cu particule din care zona de absorbție a rădăcinii (firele rădăcinii) se află în contact strâns.
Pereții celulari sunt implicați direct atât în absorbția substanțelor din sol, cât și în transportul elementelor minerale de nutriție prin țesuturi.
Principala forță motrice a activității de absorbție a rădăcinilor, precum și a fiecărei celule în general, este funcționarea pompelor ionice localizate în membrane. Transportul radial al substanțelor minerale de la suprafața rădăcinii la sistemul conducător se realizează ca urmare a interacțiunii tuturor țesuturilor principale din zona de absorbție, iar fiecare țesut îndeplinește anumite funcții. Transportul radial se termină cu încărcarea mineralelor și a derivaților lor organici în traheide și vasele de xilem. Seva de xilem este transportată în alte părți ale plantei prin transpirație și/sau presiunea rădăcinii. Celulele care alcătuiesc diverse țesuturi și organe, la rândul lor, absorb și metabolizează elementele de nutriție minerală livrate cu sucul de xilem. Mai mult, activitatea lor de absorbție depinde de vârstă și de starea funcțională.
În general, procesul de nutriție minerală a unei plante este un lanț complex de elemente biofizice, biochimice și procese fiziologice cu feedback-ul lor și conexiunile directe și sistemul de reglementare. În prezent, nu toate verigile acestui lanț au fost studiate suficient de detaliat.
Activitatea de absorbție a rădăcinii se bazează pe mecanismele activității de absorbție inerente oricărei celule vegetale. Prin urmare, întrebări generale precum intrarea selectivă a substanțelor în celulă, rolul fazei peretelui celular și transportul transmembranar al ionilor vor fi discutate în relație cu toate celulele vegetale.
În diferite organe ale plantelor se acumulează o cantitate inegală de elemente minerale, iar conținutul de substanțe minerale din celule nu corespunde concentrației acestor substanțe în mediul extern. Conținutul de azot și potasiu este de zece ori mai mare în celule. Acest lucru indică faptul că există mecanisme în celule nu numai pentru absorbția substanțelor împotriva unui gradient de concentrație, ci și pentru acumularea selectivă a acestora. Acest proces începe deja în peretele celular și apoi continuă cu participarea membranelor.
Rolul pereților celulari în procesele de adsorbție a substanțelor minerale. Spre deosebire de celulele animale, o celulă vegetală are un înveliș (perete) format din celuloză, hemiceluloză și substanțe pectinice. Substanțele pectinice (acizii poliuronici) conțin grupări carboxil în compoziția lor, în urma cărora membranele celulare capătă proprietățile schimbătorilor de cationi și pot concentra substanțe încărcate pozitiv.
Dacă rădăcinile (sau alt țesut vegetal) sunt scufundate într-un vas care conține o soluție de 86 RbCl sau un colorant cationic (de exemplu, albastru de metilen), atunci în primele 2 minute până la 50% rubidiu (sau colorant) din cantitate care este absorbit va dispărea din soluţie.pe o perioadă lungă de timp (Fig.).
Dinamica absorbției ionilor de către celulele vegetale și eliberarea acestora în timpul spălării cu apă sau soluție salină (faza I - pătrunderea substanțelor în spațiul liber aparent (CSP), faza II - acumularea de substanțe în celule; linia punctată indică extrapolarea curba de absorbție în faza II la axa y pentru a determina valoarea KSP)
În următoarele 10 - 30 de minute, 70% vor fi absorbite, iar legarea în continuare a substanței de către țesuturi va avea loc foarte lent (timp de ore). Care este motivul unei mișcări atât de rapide a materiei la început? Dacă un țesut care a fost într-o soluție experimentală timp de câteva ore este transferat în apă sau într-o soluție salină de aceeași compoziție, dar fără o etichetă radioactivă (sau fără colorant), atunci se observă imaginea opusă: o eliberare rapidă a substanță în primele minute și eliberarea ei lentă ulterioară din țesut. Astfel, se pot distinge două faze ale absorbției substanțelor, care se desfășoară cu viteze diferite - mare și lentă, iar substanța absorbită rapid de țesut o părăsește și ea rapid. Absorbția rapidă inițială a substanțelor se realizează în pereții celulari și este adsorbție prin schimb (iar pierderea rapidă este desorbție). Faza lentă este asociată cu activitatea funcțională a plasmalemei (penetrarea substanțelor în celulă sau ieșirea din aceasta). Spațiul molecular din peretele celular, unde au loc procesele de adsorbție prin schimb, se numește spațiu liber aparent (APS). Termenul „aparent” înseamnă că cantitatea acestui spațiu liber depinde de obiect și de natura substanței dizolvate. PCB include spațiul intermolecular în grosimea pereților celulari și pe suprafața plasmalemei și a pereților celulari. Conform calculelor, CSP ocupă 5-10% din volumul din țesuturile vegetale. Absorbția și eliberarea de substanțe în PCB este un proces pasiv fizico-chimic. Este determinată de proprietățile de adsorbție ale schimbătorului de ioni și potențialul electric Donnan la interfața dintre mediul apos și schimbătorul de cationi. Acești factori deja în prima etapă asigură selectivitatea absorbției substanțelor purtătoare de sarcină, deoarece schimbătorul de cationi (pereții celulari) leagă cationii (în special cei divalenți și trivalenti) mai activ decât anionii. Datorită densității mari a sarcinilor negative fixe în peretele celular (1,4-1,8 meq/mg greutate uscată), concentrația primară de cationi apare în spațiul imediat adiacent plasmei.
În condiții specifice de nutriție a solului, celulele radiculare (rizodermul) sunt în contact cu faza apoasă (soluția de sol) și cu particulele de sol, care sunt, de asemenea, predominant schimbătoare de cationi (complex absorbant al solului). În același timp, majoritatea nutrienților minerali nu sunt în soluție, ci sunt adsorbiți pe particulele de sol.
Cationii și anionii pătrund în pereții celulari ai rizodermului atât direct din soluția de sol, cât și prin schimbul de contact cu particulele complexului absorbant al solului. Ambele procese sunt asociate cu schimbul de ioni de H + cu cationi de mediu și de HCO 3 - (OH -) sau anioni de acid organic cu anioni minerali.
Schimbul de contact al ionilor peretelui celular al rizodermului (ioni H +) cu particulele de sol se realizează fără tranziția ionilor în soluția de sol. Contactul strâns este asigurat datorită secreției de mucus de către firele de păr radiculare și a absenței cuticulelor și a altor formațiuni tegumentare protectoare din rizoderm. Zona de absorbție a rădăcinii și particulele de sol formează un singur sistem coloid(orez).
Schimbul de ioni de contact între celulele rădăcinilor și particulele de sol
Întrucât ionii adsorbiți sunt în mișcare oscilatorie constantă și ocupă un anumit „volum oscilator” (sfera de oscilații), cu contactul strâns al suprafețelor, sferele de oscilații ale celor mai apropiați doi ioni adsorbiți se pot suprapune, rezultând un schimb de ioni.
Capacitatea de adsorbție de schimb în general și de schimb de contact în special este determinată de capacitatea de schimb a rădăcinii. Depinde de compoziție chimică secrețiile radiculare și membranele celulare și este susținută de sinteza continuă de noi substanțe asociate cu creșterea rădăcinii și cu procesele de reînnoire a structurilor acesteia, precum și cu absorbția substanțelor prin membrana citoplasmatică în celule și ulterior acestora. mișcare în rădăcină. Capacitatea de schimb a rădăcinii tipuri diferite plantele nu este aceeași și depinde de vârstă.
Modalitati de patrundere a ionilor prin membranele biologice. Problema transportului membranar include două întrebări principale: 1) modul în care diferite substanțe depășesc fizic membrana, care constă din componente hidrofobe; 2) ce forțe determină mișcarea substanțelor prin membrană la intrarea în celulă sau la ieșirea din ea.
Acum se știe că ionii și diverși compuși traversează faza lipidică a membranelor biologice în mai multe moduri. Principalele sunt:
Difuzie simplă prin faza lipidică dacă substanța este liposolubilă.
Difuziunea facilitată a substanțelor hidrofile de către purtătorii lipofili.
Difuzie simplă prin porii hidrofili (ex. prin canale ionice).
Transferul de substanțe cu participarea purtătorilor activi (pompe).
Transferul de substanțe prin exocitoză (secreție veziculoasă) și endocitoză (datorită invaginării membranei).
LA anul trecut au fost descoperite și studiate substanțe care pot accelera dramatic transportul substanțelor prin faza lipidică a membranelor. De exemplu, antibioticul gramicidin creează canale pentru ionii K + și H +. Molecule ale unui alt antibiotic lipofil, valinomicină, ale cărei proprietăți au fost studiate de Yu.A. Ovchinnikov și colab., grupându-se în jurul ionilor K +, formează purtători foarte specifici pentru acest cation. Astfel de substanțe active fiziologic membranotrope în biologia modernă au devenit un instrument puternic și subtil de influență experimentală asupra unei celule vii.
Transport membranar pasiv și activ. A doua problemă principală în problema transportului membranar este elucidarea forțelor motrice ale acestui proces. Transportul pasiv este mișcarea substanțelor prin difuzie de-a lungul electrochimice, adică. de-a lungul gradientului electric și de concentrare. Așa se mișcă, de exemplu, substanțele dacă concentrația lor în mediul extern este mai mare decât în celulă. Transportul activ este mișcarea transmembranară a substanțelor împotriva unui gradient electrochimic cu cheltuirea energiei metabolice, de obicei sub formă de ATP. Exemple de transport activ sunt pompele ionice: H + -ATPaza, Na + , K + -ATPaza, Ca2+ -ATPaza, ATPaza anionica.
Un rol special în plasmalema celulelor vegetale (și aparent și în tonoplast) îl joacă pompa H+, care creează gradienți electrici (Δψ) și chimici (ΔрН) de ioni H+ prin aceste membrane.
Pe fig. S-a demonstrat că potențialul electric al ionilor H+ (potențial de membrană) poate fi utilizat pentru transportul cationilor de-a lungul gradientului electric față de cel de concentrație. La rândul său, ΔрН servește ca bază energetică pentru transferul Cl -, SO 4 2- și a altora prin membrană către simport cu ioni H + (adică în aceeași direcție) sau pentru a pompa excesul de Na + în antiport cu H + (adică în direcții opuse). În acest caz, ionii H + se deplasează prin membrană de-a lungul unui gradient de concentrație, dar această mișcare cu ajutorul proteinelor purtătoare speciale este asociată cu transportul altor ioni (Cl - , Na +) împotriva gradienților lor de concentrație. Această metodă de mișcare a substanțelor prin membrană se numește transport activ secundar.
Apariția ΔpH pe membrană poate servi ca bază pentru transportul activ secundar și substanțele organice. În plasmalemă s-au găsit purtători proteici ai zaharurilor și aminoacizilor, care dobândesc o mare afinitate pentru substrat doar în condiții de protonare. Prin urmare, atunci când pompa H + începe să funcționeze și concentrația ionilor de H + crește pe suprafața exterioară a membranei plasmatice, aceste proteine purtătoare sunt protonate și leagă zaharurile (aminoacizi). Când moleculele de zahăr sunt transferate în partea interioară a membranei, unde există foarte puțini ioni H +, H + și zahăr sunt eliberați, iar zaharurile intră în citoplasmă, iar ionii H + sunt din nou pompați din celulă de H +. pompa. În esență, H + joacă rolul unui catalizator în acest proces. În mod similar, în cazul ionilor H+, anionii pot intra și anioni în celulă. În plus, anionii acizilor organici slabi cu o scădere a pH-ului pe suprafața plasmalemei pot pătrunde în membrană sub formă de molecule neîncărcate (dacă sunt solubili în faza lipidică), deoarece disocierea lor scade odată cu creșterea acidității.
Mecanisme de transport membranar în membrana plasmatică a celulelor vegetale: K n + - cationi, A - - anioni, Sax - zaharuri, AA - aminoacizi.
În mod similar, poate funcționa H + și HCO 3 - sau OH - , al căror exces apare în stratul aproape de membrană al citoplasmei în timpul funcționării intensive a pompei H +. Transportul OH - , HCO 3 - și (sau) anioni ai acizilor organici spre exterior de-a lungul gradientului electrochimic poate avea loc în antiport odată cu intrarea anionilor minerali în celulă.
Absorbția nutrienților de către celulă.
Pentru implementarea tuturor proceselor de viață, apa și nutrienții trebuie să intre în celulă din mediul extern. Citoplasma și membranele sale limită - plasmalema și tonoplastul - au proprietăți de permeabilitate selectivă. Sub permeabilitate selectivă ei înțeleg capacitatea de a regla activ procesul de intrare a substanțelor: lăsați unele substanțe să treacă într-un ritm mai mare, altele mai lent sau deloc.În acest fel, un sistem biologic poate menține stabilitatea - homeostazia și nu se amestecă cu mediul. .
Absorbția poate fi pasivși activ. Mișcarea se numește pasivă. substante prin difuzie de-a lungul gradientului electrochimic (concentrație și electric).
Difuzie - mișcarea moleculelor sau ionilor dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație mai mică. Ionii se deplasează prin membrane într-o direcție sau alta datorită propriei lor energii cinetice, fără a consuma nici ATP, nici alte surse de energie în acest proces. Unele molecule pătrund prin dizolvarea în lipidele membranei sau prin tubuli hidrofili speciali din membrane. Deoarece ionii sunt încărcați, viteza de difuzie a acestora este determinată nu numai de permeabilitatea membranei și de diferențele de concentrație a ionilor de pe ambele părți ale acesteia, ci și de potențialul electric - tensiunea care apare între interior și părți externe mem-branele. De obicei, celulele vegetale interior membranele lor au un potential negativ, ceea ce duce la absorbtia predominanta a ionilor incarcati pozitiv fata de cei negativi.
Transport activ - aceasta este absorbția substanțelor prin zone specifice ale membranei, numite pompe,împotriva gradientului electrochimic cu cheltuirea energiei respiratorii. De exemplu, o celulă vegetală absoarbe potasiul în cantități de sute și mii de ori mai mari decât este disponibil în mediu.
Apa poate pătrunde în celulele plantelor datorită umflării biocoloizilor și creșterii gradului de hidratare a acestora. Acest lucru este tipic pentru semințele uscate introduse în apă. Cu toate acestea, principala cale prin care apa pătrunde în celulele vii este absorbția sa osmotică.
Cea mai mare parte a apei prezente în celulă se află în vacuolă. De asemenea, conține un număr mare de alte substanțe - zaharuri, acizi organici, săruri. Pentru a pătrunde în vacuolă, apa trebuie să treacă prin peretele celular, precum și prin două membrane și citoplasma aflată între ele. De obicei, aceste trei structuri sunt considerate împreună ca o singură barieră de membrană care are proprietățile de semi-permeabilitate, adică permeabilitatea numai pentru apă. Conform teoriei cinetice moleculare, moleculele tuturor substanțelor se află într-o stare de mișcare haotică rapidă, a cărei viteză depinde de energia acestor molecule. Moleculele de apă sunt mici și se deplasează prin membranele celulare mult mai repede decât moleculele altor substanțe. Ele difuzează în toate direcțiile: în și în afara celulei, în și în afara diferitelor organite celulare. Mișcarea apei se realizează de-a lungul gradientului activității sale, care se caracterizează prin potenţial de apă. Moleculele de substanțe dizolvate conținute în vacuole reduc activitatea moleculelor de apă din celulă. Ca rezultat, energia cinetică a apei din vacuole este mai mică decât energia cinetică a apei relativ mai pure din afara celulei. Ca rezultat, mai multe molecule de apă intră în vacuola din interiorul celulei decât o părăsesc. Volumul vacuolei crește și se creează turgență,în urma căreia conţinutul celulei este presat pe peretele acesteia.
Difuzia apei printr-o membrană semi-permeabilă se numește osmoză. Dacă două soluții sunt separate printr-o membrană semipermeabilă, atunci apa dintr-o soluție cu o concentrație mai mică de substanțe (hipotonă) se va difuza într-o soluție cu o concentrație mai mare de substanțe (hipertonică). Difuzia va avea loc până când concentrațiile de substanțe din ambele soluții devin aceleași (izotonice).
Dacă în osmometru soluția de zaharoză este separată de apa pură printr-o membrană semipermeabilă (Fig. 8.2), atunci moleculele de apă, datorită difuziei, se vor deplasa din apă pură în soluția de zaharoză, unde concentrația de apă este mai mică, adică. de la potenţial mare de apă la mai scăzut. Aceasta duce la o creștere a volumului soluției de zaharoză și la creșterea lichidului în tubul osmometrului. Aceasta crește presiunea hidrostatică sub care se află soluția în osmometru. La o anumită înălțime a coloanei de soluție din tub, ratele de difuzie ale apei se vor egaliza și creșterea acesteia se va opri.
Cea mai mare presiune pe care o anumită soluție o poate depăși prin aspirarea apei printr-o membrană semipermeabilă este aceasta presiune osmotica. Potențialul osmotic al soluției depinde direct de concentrația solutului și este egal ca mărime cu potențialul de presiune hidrostatică, dar semn opus. Are întotdeauna o valoare negativă. Valoarea potențialului osmotic este ambiguă la diferite specii de plante și în diferite părți ale aceleiași plante. Pentru sucul vacuolar al celulelor radiculare, este de 12-13 at., Iar pentru celulele organelor supraterane, 10-26 at. Acest lucru determină un gradient vertical de potențial asmotic și forță de aspirare de la rădăcini la frunze. La plantele halofite care cresc în condiţii saline, potenţialul osmotic este foarte mare, ajungând la 150 at.
Forța cu care apa pătrunde într-o celulă se numește forta de aspirare(5), este identic cu potențialul de apă al celulei. Mărimea forței coexistente este determinată de presiunea osmotică a sevei celulei (z) și de presiunea turgenței (hidrostatică) din celulă.
Orez. 8.2. Schema celui mai simplu osmometru:
1 - un vas cu apă; B - vas cu 10%
soluție de zaharoză (cercuri - molecule de apă, ovale - molecule de zaharoză).
(P), care este egală cu contrapresiunea peretelui celular care apare atunci când este întins elastic: S \u003d k - P.
În condiții de conținut de apă diferit, raportul dintre toate componentele acestei ecuații se modifică. Când o celulă este complet saturată cu apă (complet turgescentă), forța sa de aspirare este zero, iar presiunea turgescentă este egală cu presiunea osmotică potențială: S= 0; P= j. Starea de turgescență completă se observă în celulele plantelor acvatice. Celulele plantelor terestre nu sunt aproape niciodată complet saturate cu apă din cauza transpirației. Dacă alimentarea cu apă a celulei scade (când crește vântul, când există o lipsă de umiditate în sol etc.), atunci la început există un deficit de apă în pereții celulei, al cărui potențial de apă devine mai mic decât în vacuole, iar apa începe să se schimbe -shchatsya în pereții celulelor. Ieșirea apei din vacuolă reduce presiunea turgenței în celule și, în consecință, crește puterea de aspirație a acestora. Cu o lipsă prelungită de umiditate, majoritatea celulelor își pierd turgul și planta se ofilește. In aceste conditii P = 0; S = k. Deshidratarea celulară se numește plasmoliza.
Fenomenul de plasmoliză poate fi observat prin plasarea bucăților de țesut într-o soluție hipertonică. Ieșirea apei din celule duce la scăderea volumului protoplastelor și separarea acestora de pereții celulari. Spațiul dintre peretele celular și protoplastul contractat este umplut cu o soluție externă, care trece ușor prin peretele celular, ceea ce practic nu împiedică mișcarea apei. O celulă în această stare este numită plasmolizat. Când celula este plasată în apă curată ea își poate restabili turgul. Deficiența excesivă duce la ruperea protoplastului și moartea celulelor.
În condițiile deficienței de apă în țesuturile tinere, o creștere bruscă a pierderii de apă, de exemplu, în timpul vântului uscat, duce la pierderea turgenței și a protoplastelor, micșorându-se în volum, nu se separă de pereții celulelor, ci le trag de-a lungul. Celulele și țesuturile se micșorează. Acest fenomen se numește citoriza.
celula vegetală cloroplast clorofilă flavonoid
Într-o celulă vie a unei plante, se menține întotdeauna un anumit raport de apă, săruri și substanțe organice, care este reglat de metabolismul cu mediul, fără de care viața este imposibilă. În celulă, straturile de suprafață ale protoplastei sunt o partiție semi-permeabilă, prin care apa și substanțele dizolvate în ea pătrund ușor. În seva celulară pătrund și diverse substanțe. Fără aceasta, ar fi imposibil ca nutrienții să pătrundă în celulă din exterior și să le mute de la o celulă la alta și, în consecință, existența plantei în sine. Se numește capacitatea citoplasmei de a trece anumite substanțe prin ea însăși permeabilitatea citoplasmei.
Fluxul de nutrienți în celule este rezultatul unui proces de absorbție activ, care este supus legilor difuziei. Dar nu totul poate fi explicat prin difuzie. Procesele de intrare a substanțelor dizolvate, permeabilitatea citoplasmei sunt afectate de alimentarea țesuturilor cu oxigen, temperatură, prezența substanțelor organice, conținutul de săruri în celule, precum și proprietățile și concentrația substanțelor dizolvate în substratul înconjurător.
Menținerea permeabilității citoplasmei la un anumit nivel este asociată cu menținerea unui echilibru între ionii conținuți în soluțiile din jurul celulei și în citoplasma în sine; raportul lor determină gradul de vâscozitate. În consecință, permeabilitatea citoplasmei depinde de o serie de condiții, și anume: natura substanțelor în sine care sunt conținute în celulă, raportul dintre diverși ioni minerali, temperatura și alte condiții externe.
Toate substanțele organice pot fi împărțite în două grupe: nepolar, la ale căror centre de sarcină electrică coincid și polar, ale căror centri de sarcină electrică nu coincid. Compușii nepolari sunt dominați de grupări --CH3, --C2H5, --C4H9, --C6H6, în timp ce compușii polari au OH, --COOH, --NH2, - -CH --CN, --CONH 2 , --SH, --NCS, precum și grupuri care au legături duble și triple. Există, de asemenea, compuși de tip mixt care sunt atât polari, cât și nepolari. Astfel de compuși sunt ușor adsorbiți, de exemplu medicamente. Compușii nepolari sunt lipide, care, împreună cu alte substanțe, fac parte din citoplasmă. Substanțele polare includ glucoza, ureea, glicerolul, care nu se dizolvă în lipide, dar pătrund ușor în celulă. Pătrunderea ionilor în celulă are loc prin absorbție pasivă nemetabolică ca urmare a difuziei de-a lungul gradientului de concentrație, respectiv, a curbei de saturație și, respectiv, prin absorbție metabolică (activă). Membranele plasmatice sunt bine permeabile la apă și ușor permeabile la ionii care sunt absorbiți împotriva gradientului de concentrație. Astfel, concentrația de K + în vacuolă este de 100 de ori sau mai mare decât în sol.
Absorbția nemetabolică este un proces reversibil. Astfel, atunci când sistemul radicular al unei plante este transferat dintr-o soluție nutritivă în apă, este posibil să se detecteze unele dintre elementele care s-au difuzat în pereții celulari și în spațiile intercelulare.
Absorbția metabolică (activă), spre deosebire de cea nemetabolică, are loc lent, ionii absorbiți sunt implicați rapid în metabolism și suferă transformări:
NH4+, NO3- și SO42-> aminoacizi,
PO43->ATP, Ca şi Mg> fitină, Fe > porfirine.
Absorbția metabolică este selectivă pentru diverși ioni. În plus, procesul de absorbție a ionilor necesită energie și este însoțit de o creștere a intensității respirației.
Astfel, absorbția substanțelor, nutrienților este un proces complex și se realizează cu participarea forțelor fizico-chimice și metabolice. Numeroase studii indică faptul că un singur mecanism de absorbție a substanțelor, evident, nu există. Este posibilă existența unui număr de mecanisme de absorbție a substanțelor care funcționează simultan.
Intrarea substantelor in celula, in citoplasma are loc prin procese de adsorbtie la suprafata, difuzie, transfer activ si pinocitoza. În termeni generali, adsorbția este exprimată prin concentrația de molecule de dizolvat pe interfață, care au activitate de suprafață. Distinge fizic, sau nepolar adsorbție (acțiunea forțelor van der Waals), polar(adsorbția electroliților sau ionilor) și chimisorbtie(din cauza reacțiilor chimice).
Se numește mișcarea substanțelor dispersate dintr-o parte a sistemului în alta difuziune(din lat. diffusio - distribuire, răspândire). Substanțele dizolvate în apă sunt dispersate printre moleculele de solvent, își pierd forțele de coeziune între ele și se află în mișcare continuă, similară mișcării particulelor de gaz. Particulele de solut sunt distribuite uniform în spațiul disponibil. Cu cât particulele unei molecule a unei substanțe sunt mai mici, cu atât se răspândesc mai repede în masa solventului; particulele mari de substanțe coloidale se mișcă de zeci de ori mai încet decât moleculele cristaloide. De aici legea de bază: viteza de difuzie este invers proporțională cu dimensiunea particulei.
Gazele, lichidele și solidele sunt capabile de difuzie. Proteinele și polizaharidele se caracterizează printr-o capacitate redusă de difuzare.
Transferul activ al moleculelor se realizează datorită energiei metabolismului, care este furnizată sub formă de legături macroergice (ATP) cu participarea ATPazei, care desparte și eliberează energie.
Teoria purtătorilor celulari este în curs de dezvoltare experimental (P. Bennett-Clark, A.L. Kursanov, W. Stein și alții). Esența acestei teorii constă în faptul că ionii care vin din mediul înconjurător în zona semipermeabilă a citoplasmei sunt legați de substanțe speciale - purtători de celule care acționează ca conductori de ioni la straturile interioare ale protoplastei. Substanțele purtătoare includ acidul b-cetoglutaric (HOOS - COCH 2 - CH 2 - COOH) și alți cetoacizi din ciclul Krebs, lecitina fosfolipidă.
Substanța „capturată” de purtătorul celular pătrunde în straturile mai profunde ale citoplasmei și este reținută acolo de substanțele care o acceptă.
Substanțele purtătoare pot funcționa și în direcția opusă - pentru a transporta compuși organici și anorganici din celulă, ceea ce duce, de exemplu, la eliberarea de compuși organici de către sistemul radicular în mediu inconjurator.
Absorbția de către celulă a substanțelor din mediul extern poate fi realizată (după ipoteza lui G. Holter) și prin pinocitoză. Ca rezultat al mișcării active a suprafeței citoplasmatice, celula, așa cum ar fi, înghite picături de lichid din soluție. Pentru o lungă perioadă de timp, pinocitoza a fost considerată a fi unică pentru celulele animale. Cu toate acestea, s-au găsit faptele pătrunderii substanțelor macromoleculare, în special ribonucleazelor (RNazele - greutate moleculară 137683), în celula vegetală. Astfel, este posibil să se transfere molecule mari în celulă fără scindarea acestora, prin intermediul invaginărilor pinocitotice pe membranele de suprafață ale celulei vegetale.
Moleculele neutre din punct de vedere electric (acizi nucleici, carbohidrați) nu provoacă pinocitoză. Când li se adaugă un inductor - molecule polare de ioni metalici - apar invaginări pinocitotice. Dintre substanțele organice, proteinele sunt un inductor puternic al pinocitozei. Substanțele adsorbite de membranele de suprafață ale citoplasmei sunt atrase în straturile interioare, unde interacționează cu substanța citoplasmei.
Absorbția substanțelor, transportul și transformările acestora, mișcarea protoplastei sunt asociate cu consumul de energie, care este eliberată în timpul respirației și se acumulează în substanțe bogate în legături macroergice. În plus, ionii acizi H + , HCO 3 - formați în timpul respirației intră continuu în membrana plasmatică în loc de cationi și anioni, care trec în straturile mai profunde ale citoplasmei. Astfel, procesele de adsorbție, desorbție și respirație sunt strâns legate.
Absorbția de substanțe de către celule este relativ selectivă; doar anumite substanțe suferă desorbție din citoplasmă și sunt eliberate din celulă în mediu. Această selectivitate este una dintre cele mai importante proprietăți materie vie, care a apărut și s-a fixat în procesul de dezvoltare a vieții.
A1. Cum se numește știința celulei? 1) citA1. Cum se numește știința celulei? 1) citologie 2) histologie 3) genetică 4) biologie molecularăA2. Care om de știință a descoperit celula? 1) A. Leeuwenhoek 2) T. Schwann 3) R. Hooke 4) R. Virkhov
A3. Ce continut element chimic predomină în materia uscată a celulei? 1) azot 2) carbon 3) hidrogen 4) oxigen
A4. Ce fază a meiozei este prezentată în figură? 1) Anafaza I 2) Metafaza I 3) Metafaza II 4) Anafaza II
A5. Ce organisme sunt chimiotrofe? 1) animale 2) plante 3) bacterii nitrificatoare 4) ciuperci A6. Formarea unui embrion cu două straturi are loc în perioada 1) strivire 2) gastrulare 3) organogeneză 4) perioada postembrionară
A7. Totalitatea tuturor genelor unui organism se numește 1) genetică 2) grup de gene 3) genocid 4) genotip A8. În a doua generație, cu încrucișare monohibridă și cu dominație completă, se observă divizarea caracterelor în raportul 1) 3:1 2) 1:2:1 3) 9:3:3:1 4) 1:1
A9. Factorii mutageni fizici includ 1) radiații ultraviolete 2) acid azot 3) viruși 4) benzpiren
A10. Unde într-o celulă eucariotă este sintetizat ARN-ul ribozomal? 1) ribozom 2) ER rugos 3) nucleolul nucleului 4) aparatul Golgi
A11. Care este termenul pentru o secțiune de ADN care codifică o proteină? 1) codon 2) anticodon 3) triplet 4) genă
A12. Denumiți organismul autotrof 1) ciuperca boletus 2) amiba 3) bacilul tuberculilor 4) pinul
A13. Ce este cromatina nucleară? 1) carioplasmă 2) catene de ARN 3) proteine fibroase 4) ADN și proteine
A14. În ce stadiu al meiozei are loc trecerea? 1) profaza I 2) interfaza 3) profaza II 4) anafaza I
A15. Ce se formează în timpul organogenezei din ectoderm? 1) acord 2) tub neural 3) mezoderm 4) endoderm
A16. O formă necelulară de viață este 1) euglena 2) bacteriofag 3) streptococ 4) ciliat
A17. Sinteza unei proteine pe i-ARN se numește 1) translație 2) transcripție 3) reduplicare 4) disimilare
A18. În faza ușoară a fotosintezei, 1) sinteza carbohidraților 2) sinteza clorofilei 3) absorbția dioxidului de carbon 4) are loc fotoliza apei
A19. Diviziunea celulară cu păstrarea setului de cromozomi se numește 1) amitoză 2) meioză 3) gametogeneză 4) mitoză
A20. Metabolismul plastic include 1) glicoliza 2) respirația aerobă 3) asamblarea lanțului de ARNm pe ADN 4) descompunerea amidonului în glucoză
A21. Alegeți afirmația greșită La procariote, molecula de ADN 1) este închisă într-un inel 2) nu este asociată cu proteine 3) conține uracil în loc de timină 4) este la singular
A22. Unde are loc a treia etapă a catabolismului - oxidarea completă sau respirația? 1) în stomac 2) în mitocondrii 3) în lizozomi 4) în citoplasmă
A23. Reproducerea asexuată include 1) formarea fructelor partenocarpice la castraveți 2) partenogeneza la albine 3) reproducerea bulbilor de lalele 4) autopolenizarea la plantele cu flori
A24. Ce organism în perioada postembrionară se dezvoltă fără metamorfoză? 1) șopârlă 2) broască 3) gândacul cartofului de Colorado 4) muscă
A25. Virusul imunodeficienței umane infectează 1) gonadele 2) limfocitele T 3) eritrocitele 4) pielea și plămânii
A26. Diferențierea celulară începe în stadiul de 1) blastula 2) neurula 3) zigot 4) gastrula
A27. Ce sunt monomerii proteici? 1) monozaharide 2) nucleotide 3) aminoacizi 4) enzime
A28. În ce organelă are loc acumularea de substanțe și formarea veziculelor secretoare? 1) Aparatul Golgi 2) ER rugoasă 3) plastidă 4) lizozom
A29. Ce boală este legată de sex? 1) surditate 2) Diabet 3) hemofilie 4) hipertensiune arterială
A30. Indicați afirmația incorectă Semnificația biologică a meiozei este următoarea: 1) diversitatea genetică a organismelor crește 2) stabilitatea speciei crește atunci când condițiile de mediu se schimbă 3) devine posibilă recombinarea trăsăturilor ca urmare a încrucișării 4) probabilitatea de variabilitate combinativă a organismelor scade.
Cea mai mare unitate sistematică A) Regatul B) Departamentul C) Clasa D) Familia 3. Eucariotele includ o celulă A) Ciupercile B) Bacteriile C) Cianobacterii D) Virușii 4. Baza azotată adenina, riboza și trei reziduuri de acid fosforic fac parte din A ) ADN B) ARN C) ATP D) proteină 5. Ribozomii sunt A) Un complex de microtubuli B) Un complex de două corpuri membranare rotunjite C) Doi cilindri membranari D) Două subunități nemembranare în formă de ciupercă 6. O bacterie celula, ca o celulă vegetală, are A) Nucleu B) Complex Golgi C) Reticulul endoplasmatic D) Citoplasmă 7. Organoid în care substanțele organice sunt oxidate în dioxid de carbon și apă A) Mitocondrii B) Cloroplastă C) Ribozom D) Complex Golgi. 8. Cloroplastele din celulă nu îndeplinesc funcția A) Sinteza carbohidraților B) Sinteza ATP C) Absorbția energiei solare D) Glicoliza 9. Legăturile de hidrogen dintre grupările CO și NH din molecula proteică îi conferă o formă spiralată, care este caracteristică structurii A) Primar ) Secundar C) Terțiar D) Cuaternar 10. Spre deosebire de ARNt, moleculele de ARNm A) Furnizează aminoacizi la locul de sinteză a proteinei B) Servește ca șablon pentru sinteza ARNt C) Furnizează informații ereditare despre structura primară a proteinei de la nucleu la ribozom D) Transferul enzimelor la ansamblul situs al moleculelor proteice. 11. Principala sursă de energie din celulă A) Vitamine B) Enzime C) Grăsimi D) Glucide 12. Procesul de sinteză primară a glucozei are loc A) În nucleu B) În cloroplaste C) Ribozomi D) Lizozomi , este A) Apă B) Glucoză C) Riboză D) Amidon 14. Câte celule și cu ce set de cromozomi se formează după meioză? 15. Divergența cromatidelor către polii celulei are loc în A) Anafaza B) Telofază C) Profaza D) Metafaza 16. Semnificația biologică a mitozei. 17. Avantajele reproducerii asexuate.
8. Ce nivel de organizare a vieții sălbatice este totalitatea tuturor ecosistemelor de pe glob în interconectarea lor9. Care dintre următoarele organe sunt omologi
10. Apariția semnului la o persoană este denumită atavisme
11. Ce pereche de vertebrate acvatice confirmă posibilitatea evoluției pe baza similitudinii convergente
12. Asemănarea funcțiilor cloroplastelor și mitocondriilor constă în ceea ce se întâmplă în ele
13. Denumiți forma selecție naturală, datorită căruia numărul de ochi și numărul de degete de pe membrele vertebratelor rămâne constant pentru o lungă perioadă de timp
14. Natura creatoare a selecției naturale în evoluție se manifestă în
15. Numiți forma selecției naturale, care are ca rezultat pierderea aripilor la unele păsări și insecte.
16. Ce molecule conțin fosfor, care este necesar pentru toate organismele vii
17 Dovezile paleontologice pentru evoluție includ
18. Se observă cea mai mare concentrație de materie vie
19. Ce structuri lipsesc în celulele pielii solzilor de ceapă
20. Fondatorul sistematicii științifice (clasificare)
21. Într-o moleculă de ADN, numărul de nucleotide cu timină este ...% din total. Care este procentul de nucleotide cu citozină din această moleculă
22. În timpul fotosintezei plantelor
23. Rămășița celei de-a treia pleoape din colțul ochiului uman este un exemplu
24. În ce organele celulare este concentrată o mare varietate de enzime implicate în descompunerea biopolimerilor în monomeri?
25. Aria de distribuție a renului în zona tundrei este un criteriu
26. Micul melc de baltă este o gazdă intermediară
27. Cea mai mare concentrație de substanțe toxice într-un mediu sol-aer poluat poate fi găsită în
28. Care organite asigură transportul substanţelor în celulă
29. Formele de viață necelulare includ
30. Natura intermediară a moştenirii unei trăsături se manifestă atunci când
31 Efectul de seră pe Pământ este o consecință a creșterii concentrației de
32. Cea mai acută formă a luptei pentru existență
33. Eterogenitatea genetică a indivizilor dintr-o populație este sporită
34. Dezvoltarea organismelor pluricelulare din zigot este o dovadă
35. Atavismele unei persoane includ aspectul
36. Identificați organisme care intră în relații competitive
37. Ce se întâmplă în timpul fotosintezei
38. Asemănarea structurii și activității vitale a celulelor organismelor din diferite regate ale vieții sălbatice este una dintre prevederile
39. Structura și funcțiile membranei plasmatice sunt determinate de moleculele sale constitutive
40. Stabiliți o corespondență între forma selecției naturale și trăsăturile acesteia
1)02iH2O 3)C02iH20
2) CO2 și H2 4) CO2 și H2CO3
2. Consumatorul de dioxid de carbon din biosferă este:
1) stejar 3) râme
2) vultur 4) bacteria solului
3. În care caz este scrisă corect formula glucozei:
1) CH10 O5 3) CH12 Despre
2) C5H220 4) C3H603
4. Sursa de energie pentru sinteza ATP în cloroplaste este:
1) dioxid de carbon și apă 3) NADP H2
2) aminoacizi 4) glucoză
5. În procesul de fotosinteză la plante, dioxidul de carbon se reduce la:
1) glicogen 3) lactoză
2) celuloza 4) glucoza
6. Substantele organice din anorganice pot crea:
1) Escherichia coli 3) grebe palid
2) pui 4) floarea de colt
7. În stadiul de lumină al fotosintezei, moleculele sunt excitate de cuante de lumină:
1) clorofilă 3) ATP
2) glucoză 4) apă
8. Autotrofele nu includ:
1) chlorella și spirogyra
2) mesteacăn și pin
3) champignon și grebe palid 4) alge albastre-verzi
9.. Principalii furnizori de oxigen pentru atmosfera Pământului sunt:
1) plante 2) bacterii
3) animale 4) oameni
10. Următoarele au capacitatea de a fotosinteză:
1) protozoare 2) virusuri
3) plante 4) ciuperci
11. Chimiosinteticele includ:
1) bacterii de fier 2) virusuri gripale și rujeolei
3) vibrioni holeric 4) alge brune
12. Planta absoarbe atunci când respiră:
1) dioxid de carbon și eliberează oxigen
2) oxigen și eliberează dioxid de carbon
3) energie luminoasă și eliberează dioxid de carbon
4) energie luminoasă și eliberează oxigen
13. Fotoliza apei are loc în timpul fotosintezei:
1) pe parcursul întregului proces de fotosinteză
2) în faza întunecată
3) în faza de lumină
4) nu există sinteză de carbohidrați
14. Are loc faza luminoasă a fotosintezei:
1) pe membrana interioară a cloroplastelor
2) pe membrana exterioară a cloroplastelor
3) în stroma cloroplastelor
4) în matricea mitocondrială
15. În faza întunecată a fotosintezei, se întâmplă următoarele:
1) eliberarea de oxigen
2) sinteza ATP
3) sinteza carbohidraților din dioxid de carbon și apă
4) excitarea clorofilei de către un foton de lumină
16. După tipul de nutriție, majoritatea plantelor aparțin:
17. În celulele vegetale, spre deosebire de celulele umane, animale, fungice,
1) metabolism 2) respirație aerobă
3) sinteza glucozei 4) sinteza proteinelor
18. Sursa de hidrogen pentru reducerea dioxidului de carbon în procesul de fotosinteză este
1) apă 2) glucoză
3) amidon 4) săruri minerale
19. În cloroplaste apare:
1) transcrierea ARNm 2) formarea ribozomilor
3) formarea lizozomilor 4) fotosinteza
20. Sinteza ATP în celulă are loc în procesul:
1) glicoliză; 2) fotosinteza;
3) respirația celulară; 4) toate listate
