Поглощение и выделение веществ и энергии клеткой
В живой растительной клетке всегда поддерживается определенное соотношение воды, солей и органических соединений регулирующееся обменом веществ с окружающей средой, без; которого жизнь невозможна. Через полупроницаемые поверхностные слои протопласта в клетку легко проникают вода и растворенные в ней вещества, в том числе в клеточный сок. Без этого невозможны поступление в клетку питательных веществ извне и передвижение их из одной клетки в другую, а следовательно, существование и самого растения. Способность цитоплазмы пропускать сквозь себя определенные вещества получила название проницаемости цитоплазмы.
Поступление питательных веществ в клетки — результат активного процесса поглощения, который подчинен законам диффузии. Но не все можно объяснить диффузией. На поступление растворенных веществ в клетку, проницаемость цитоплазмы влияют снабжение тканей кислородом, температура, наличие органических веществ, содержание солей в клетках, а также свойства и концентрация растворенных веществ в окружающем субстрате. Особенно хорошо это наблюдается на проницаемости слоев цитоплазмы — плазмалеммы и тонопласта. Полная потеря цитоплазмой способности регулировать передвижение растворенных веществ служит показателем ее гибели.
Рассмотренные ранее свойства живой цитоплазмы свидетельствуют о том, что проницаемость ее и поступление ионов и молекул в клетку — это активный процесс обмена веществ. Под влиянием растворов солей одновалентных металлов (Na, К) проницаемость цитоплазмы значительно увеличивается, а под влиянием растворов солей двухвалентных металлов (Са), наоборот, уменьшается. Изменения проницаемости цитоплазмы можно избежать введением в раствор иной соли. Это так называемый антагонизм одно- и двухвалентных ионов.
Таким образом, поддержание проницаемости цитоплазмы на определенном уровне связано с сохранением баланса между ионами, содержащимися в окружающих клетку растворах и в самой цитоплазме, их соотношение определяет степень ее вязкости. Следовательно, проницаемость цитоплазмы зависит от ряда условий, а именно: характера самих веществ, которые содержатся в клетке, соотношения различных ионов минеральных соединений, температуры и других внешних факторов.
Советские ученые (Д. Н. Насонов, В. Я. Александров, И. Е. Камнев и др.) разработали фазовую теорию распределения веществ между клетками и средой. Согласно этой теории, цитоплазма является системой коацерватов, содержащих связанную воду. Последняя отличается меньшей растворяющей способностью и обеспечивает несмешиваемость цитоплазмы с обычной водной средой, поэтому цитоплазма по отношению к среде является особой фазой. Согласно теории, распределение веществ между клеткой и средой определяется растворимостью веществ в цитоплазме, адсорбцией их на цитоплазматических структурах и изменениями, происходящими в процессе жизнедеятельности клетки. Физиологические изменения в клетках (возбуждение, торможение) изменяют адсорбционную способность цитоплазмы и количество связанной воды в ней, а это, в свою очередь, влияет на проницаемость цитоплазмы.
Поступление отдельных веществ в клетку также обусловливается их свойствами. Чем больше гидроксильных групп имеет вещество, тем медленнее оно проникает в цитоплазму. Так, слабее этилового спирта С2Н5ОН поступает этиленгликоль С2Н4(ОН)2, хуже — глицерин С3Н5(ОН)3, еще хуже — маннит С2Н8(ОН)6. Карбоксильные группы и аминогруппы также задерживают проникновение веществ, метиловые и этиловые радикалы, наоборот, способствуют поступлению их в цитоплазму. Следовательно, поступление веществ обусловливается строением молекулы, а не ее размером и молекулярной массой, как это считали раньше. Важен также тот факт, что диссоциированные ионы, которые имеют отрицательный или положительный заряд, хуже проникают в цитоплазму, чем недиссоциированные молекулы, которые преимущественно бывают нейтральными.
Все органические вещества можно разделить на две группы: неполярные, у которых совпадают центры электрических зарядов, и полярные, у которых центры электрических зарядов не совпадают. У неполярных соединений преобладают группы — СН3, —С2Н5, —С4Н9, —С6Н6, у полярных —ОН, —СООН, —NH2, -СОН, -CN, —CONH2, —SH, —NCS, а также группы, имеющие двойные и тройные связи. Известны и соединения смешанного типа, которые одновременно полярны и неполярны. Такие соединения легко адсорбируются, например наркотики. Неполярными соединениями являются липиды, которые вместе с другими веществами входят в состав цитоплазмы. К полярным веществам относятся глюкоза, мочевина, глицерин, не растворяющиеся в липидах, но легко проникающие в клетку. Поступают ионы в клетку путем пассивного неметаболического поглощения в результате диффузии по градиенту концентрации соответственно кривой насыщения и путем метаболической (активной) абсорбции. Плазматические мембраны хорошо пропускают воду и малопроницаемы для ионов, которые поглощаются и против градиента концентрации. Так, концентрация К + в вакуоли бывает в 100 и более раз выше, чем в почве.
Пассивное передвижение ионов, которое возникает на мембранах клетки в результате разности электрохимических потенциалов, определяется уравнением $$\large \overline <\mu>= \mu + nFe,$$
Неметаболическое поглощение — обратимый процесс. Так, при переносе корневой системы растения из питательного раствора в воду в ней можно обнаружить часть элементов, диффундировавших в клеточные стенки и межклетники.
Метаболическое (активное) поглощение в отличие от неметаболического происходит медленно, поглощенные ионы быстро вовлекаются в обмен веществ и подвергаются превращениям:
Метаболическое поглощение избирательно по отношению к различным ионам. Кроме того, процесс поглощения ионов требует затраты энергии и сопровождается повышением интенсивности дыхания.
Таким образом, поглощение веществ, элементов питания — сложный процесс, и осуществляется он при участии физико-химических и метаболических сил. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что единого механизма поглощения веществ, очевидно, нет. Возможно существование ряда одновременно функционирующих механизмов поглощения веществ.
Поступление веществ в клетку, в цитоплазму происходит путем поверхностных адсорбционных процессов, диффузии, активного переноса и пиноцитоза. В общем виде адсорбция определяется концентрацией молекул растворенного вещества на поверхности раздела фаз, которые имеют поверхностную активность. Различают физическую, или неполярную, адсорбцию (действуют силы Ван дер Ваальса), полярную (адсорбция электролитов или ионов) и хемосорбцию (вследствие химических реакций).
Передвижение диспергированных веществ из одной части системы в другую называется диффузией (от лат. diffusio — распространение, растекание). Растворенные в воде вещества рассеяны среди молекул растворителя, теряют силы сцепления друг с другом и находятся в непрерывном движении подобно движению частиц газа. Частицы растворенного вещества равномерно распределяются в доступном для них пространстве. Чем меньше частицы молекулы вещества, тем быстрее они распространяются в массе растворителя; крупные частицы веществ коллоидного характера передвигаются в десятки раз медленнее, чем молекулы кристаллоидов. Отсюда вытекает и основной закон: скорость диффузии обратно пропорциональна размеру частиц.
Диффузия — не хаотическое, а направленное движение молекул, которое обусловлено влиянием ряда факторов: активностью диффундирующих молекул, градиентом концентрации растворов. Скорость диффузии определяется величиной (массой), химической природой и вязкостью среды.
Различная скорость диффузии ионов через клеточные мембраны один из физических факторов, влияющих на избирательное проникновение и накопление элементов в растительных клетках. Диффузионное движение отдельных частиц из мест с высокой концентрацией в места с меньшей концентрацией образует диффузионный поток j (в м 2 /с), который пропорционален градиенту концентрации ΔС (уменьшению концентрации на единицу длины Δх). Эта зависимость подчиняется закону Фика и выражается уравнением $$j = — D\Delta C/\Delta x,$$
где D — коэффициент диффузии, м 2 /с.
К диффузии способны газы, жидкости и твердые тела. На скорость движения частиц влияют концентрация, вязкость среды, температура и ряд других факторов. Среди электролитов наивысшую способность к диффузии имеют кислоты и щелочи — ионы Н и ОН; соли кислот, диффундирующих с меньшей скоростью, менее подвижны. Сахароза диффундирует медленнее глюкозы, глюкоза медленнее, чем триоза и глицерин. Таким образом, скорость диффузии неэлектролитов обратно пропорциональна массе их молекул. Белки и полисахариды отличаются пониженной способностью к диффузии.
Скорость диффузии любого вещества зависит также от состава и особенностей сопутствующих веществ, содержащихся в растворе. Так, в присутствии электролитов диффузия органических веществ из водных растворов ускоряется, и, наоборот, в присутствии коллоидов скорость диффузии электролитов значительно уменьшается.
Таким образом, диффузия диспергированных веществ зависит от многих факторов, и прежде всего от активности диффундирующих молекул и градиента концентрации раствора.
Как показали исследования, на небольших участках жидкости молекулы расположены в определенном порядке, обусловленном взаимодействием молекул между собой. Если одна из молекул меняет место, то происходит перегруппировка соседних молекул до тех пор, пока каждая молекула не займет энергетически наиболее выгодное положение. При этом образуются пустоты, и соседние молекулы могут переходить в них.
Активный перенос молекул осуществляется за счёт энергии обмена веществ, которая поставляется в виде макроэргических связей (АТФ) при участии АТФ-азы, расщепляющей и освобож-дающей энергию.
Экспериментально разрабатывается теория клеточных переносчиков (П. Беннет-Кларк, А. Л. Курсанов, У. Стейн и др.). Суть этой теории заключается в том, что ионы, которые поступают из окружающей среды в полупроницаемую зону цитоплазмы, связываются специальными веществами — клеточными переносчиками, выполняющими роль проводников ионов во внутренние слои протопласта. К веществам-переносчикам относятся акетоглутаровая кислота (НООС—СОСН2-—СН2—СООН) и другие кетокислоты из цикла Кребса, фосфолипид лецитин. При активном переносе достигаются две цели: 1) вещество может транспортироваться через мембрану, которая для него непроницаема или малопроницаема; 2) вещество может аккумулироваться, т. е. транспортироваться против градиента химического потенциала или градиента концентрации. При этом молекулы-переносчики относятся к транспортируемому веществу так же, как фермент к своему субстрату.
Выдающийся вклад в становление и развитие науки о биологических мембранах внесли советские ученые Ю. А. Овчинников и В. Т. Иванов. Им удалось расшифровать строение и способ действия нового класса природных соединений, так называемых ионофоров — веществ, способных переносить ионы через биологические мембраны. Ионофоры вырабатываются определенными видами микроорганизмов. Известны, например, ионофоры-антибиотики: грамицидин (А, В, С), выделенный из бактерии Bacillus brewis,— линейный полипептид, в его состав входят остатки аминокислот валина, орнитина, лейцина, фенилаланина, пролина, для него характерна резко выраженная катионная избирательность; валиномицин — циклический полипептид, подавляет дыхание, обладает высокой избирательностью к ионам К + и Н + . Ионофоры-антибиотики действуют при самых низких кон-центрациях (10 -11 -10 -6 М) на липидный комплекс мембраны.
Кроме ионофоров-антибиотиков, в клетках высших растений имеются собственные ионофоры, компоненты мембран, — пермеазы (от лат. permeo — прохожу, проникаю). Каждая пермеаза участвует в переносе ограниченной группы химически сходных веществ. Биосинтез пермеаз детерминирован определенными генами. Пермеазы называют также транспортными белками, или трансфорами. «Захваченное» клеточным переносчиком вещество попадает в более глубокие слои цитоплазмы и удерживается там веществами, которые акцептируют его.
Гипотезу мембранных переносчиков можно выразить уравнением
где М — транспортируемый ион; R — переносчик; MR — лабильный комплекс переносчиков с ионом.
Вещества-переносчики могут функционировать и в обратном направлении — выносить органические и неорганические соединения из клетки наружу, что приводит, например, к выделению корневой системой органических соединений в окружающую среду.
Клеточные переносчики различны по своей природе. Это определяет их специфическое сродство с той или иной группой соединений, конкурирующих между собой за данный переносчик.
Образованный лабильный комплекс (ух) проходит через мембрану к ее поверхности (рис. 9), распадается на свободный ион, взаимодействующий с компонентами мезоплазмы, и свободный переносчик (х). Последний снова может образовывать комплекс с соответствующим ионом и т. д. Функции переносчиков могут выполнять и митохондрии.
Аминогруппы органические кислоты переносят в виде аминокислот, ион РО4 включается в фосфолипиды, нуклеопротеиды переносятся на сахар. Функционирование переносчиков требует дополнительной энергии, которая генерируется в клетках в процессе дыхания.
Реальной считают гипотезу мембранного переноса веществ в клетке при конформационных перестройках структурных компонентов мембран. Сократительные белки мембран (миозин, актин и актомиозин) также играют определенную роль в процессах переноса веществ в клетках.
Рис. 9. Схема механизма действия переносчиков.
В растительных мембранах найдены белки, сходные с актомиозином мышц, которым свойственны АТФ-азная активность и способность к сокращению. Перенос осуществляется по схеме:
- АТФ+белок+Na (активатор) ⇄ Na-белок~Р+АДФ;
- Na-белок~Р+К → К-белок~Р+Nа;
- К-белок~Р → белок+К+Рнеорг.
Поглощение веществ из внешней среды клеткой может осуществляться также (по гипотезе Г. Холтера) путем пиноцитоза. Клетка в результате активного движения цитоплазматической поверхности как бы заглатывает капельки жидкости из раствора. Длительное время пиноцитоз считался присущим только животным клеткам. Однако обнаружены факты проникновения макромолекулярных веществ, в частности рибонуклеаз (РНК-азы — молекулярная масса 137 683), в растительную клетку. Таким образом, возможен перенос в клетку больших молекул без их расщепления путем пиноцитозных инвагинаций на поверхностных мембранах растительной клетки. Электрически нейтральные молекулы (нуклеиновые кислоты, углеводы) не вызывают пиноцитоза. При добавлении к ним индуктораполярных молекул ионов металла — появляются пииоцитозные инвагинации. Из органических веществ сильным индуктором пиноцитоза являются белки. Адсорбированные поверхностными мембранами цитоплазмы вещества втягиваются во внутренние слои, где и происходит их взаимодействие с веществом цитоплазмы. Электронейтральиые небольшие молекулы (О2 и СО2) свободно диффундируют сквозь всю толщу ткани со скоростью, равной скорости диффузии через эквивалентный слой воды. Было сделано предположение, что в растительной ткани имеется свободное водное пространство, в которое могут диффундировать ионы и молекулы. Они поступают пассивно и достигают концентрации внешнего раствора, 8-10% свободного пространства в корневой системе составляют межклетники клеточной оболочки. Это свободное пространство создает единую гидростатическую систему растений, которая связывает в единое целое все части растения и в значительной мере обусловливает осмотические свойства клетки. Обычно считают, что клеточная оболочка не мешает взаимодействию цитоплазмы с компонентами внешней среды. Многочисленные исследования показали, что катионы и анионы могут быстро проникать внутрь клетки, не взаимодействуя с клеточной оболочкой. Однако существует и другое бесспорное положение — клеточная оболочка является прекрасным адсорбентом веществ, которые поступают из внешней среды. Клеточная оболочка в значительной мере пронизана протопластом, содержимое которого изменяется с возрастом клетки.
Рис. 10. Соотношение между внешней концентрацией растворенного вещества и скоростью его притока внутрь клетки (по П. Нобелу). При этом изменяются структура и химический состав клеточной оболочки. Не вызывает сомнения и то, что в поры оболочки, которые заполнены раствором, вещества из внешней среды проникают вследствие диффузии. Таким образом, в клеточной оболочке минеральные вещества, поступающие из внешней среды, могут связываться и удерживаться ее структурными элементами, живой цитоплазмой и раствором, имеющимся в порах. Скорость связывания различных изотопов структурными элементами живой цитоплазмы показывает, что этот процесс осуществляется или на поверхности в плазмодесмах, или в порах, которые содержат цитоплазму. Н. Г. Потапов, используя метод дифференциального центрифугирования и радиоактивные изотопы 35 S, 32 Р, 131 I, выяснил их распределение по структурным элементам клетки. Установлено, что в клеточных оболочках связывается не более 20% серы и фосфора, а йода — 50% всего поглощенного за определенное время вещества. Скорость активного поглощения вещества клеткой в интервалах низких концентраций пропорциональна внешней его концентрации, затем уменьшается с увеличением концентрации вещества внутри клетки, приближаясь к максимальной или к насыщающей концентрации данного вещества. Соотношение между внешней концентрацией растворенного вещества и скоростью его притока внутрь клетки при активном переносе через мембрану выражают уравнением (по П. Нобелу): $$\large J^_j = \frac
Ребят,помогите!! БИОЛОГИЯ 9кл.
Вот нужно заполнить таблицу
ПОМОГИТЕ ПОЖАЙЛУСТА БУДУ ОЧЕНЬ БЛАГОДАРЕН!
там я сделал эту таблицу,чтоб легче ,заполнить и кинуть мне)
ЗАРАНЕЕ СПАСИБО ДРУЗЬЯ!
или если кто знает обращайтесь в личку кину файл word(там я сделал эту таблицу,чтоб легче ,заполнить и кинуть мне)
Лучший ответ
1. Ядро:
прокариоты: отсутствует, ДНК свободно находится в цитоплазме
эукариоты: имеется, окружено оболочкой, состоящей из 2-х мембран
2. Рибосомы
прокариоты: более мелкие, чем эукариотические (70S), свободно расположены в цитоплазме
эукариоты: более крупные, чем эукариотические (80S), свободные, связанные с гранулярной ЭПС, кроме того есть рибосомы в митохондриях и пластидах
3. Генетический материал
прокариоты: кольцевая молекула ДНК, не связана с белками-гистонами, хроматина нет
эукариоты: несколько линейных молекул ДНК, связаны с белками-гистонами, образуют хроматин
4. Клеточная стенка
прокариоты: состоит из муреина
эукариоты: у растений состоит из целлюлозы, у грибов из хитина, у животных отсутсвует
5. Мезосомы
прокариоты: имеются
эукариоты: отсутствуют
6. Мембранные органоиды
прокариоты: отсутствуют
эукариоты: имеются — митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли
7. Цитоскелет
прокариоты: отсутствет
эукариоты: имеется, представлен микротрубочками, микрофиламентами, промежуточными филаментами
8. Пищеварительные вакуоли
прокариоты: отсутсвует
эукариоты: имеются у животных, у растений и грибов — отсутствуют
9. Органоиды движения
прокариоты: жгутики (соответствуют одной микротрубочки)
эукариоты: реснички и жгутики (9 пар микротрубочек по периферии, 2 свободные в центре)
10. Способ поглощения веществ (проникновения в клетки)
прокариоты: осмотическим путем
эукариоты: растения и грибы — осмотическим путем, клетки животных — фагоцитоз и пиноцитоз, активный и пассивный транспорт
11. Гаметы
прокариоты: отсутствуют
эукариоты: имеются
Остальные ответы
блин напишу что помню, ядро эукариот, рибосомы прокариот, генетический материал прокариот, смотри 4 ко всем двум относиться, и не знаю можно ли так, 5 прокариот, 6 не знаю точно но кажется прокариот, 7 прокариот, 8 эукариот, 9 эукариот, 10 тоже и там и там, 11 эукариот, над проверить, точно не знаю
Полосы поглощения веществ
Любая молекула имеет свой, только ей присущий колебательный спектр, состоящий из набора полос разной частоты и интенсивности. Помимо полос поглощения, связанных с фундаментальными (основными) колебаниями, в спектрах могут наблюдаться обертоны, а также комбинационные (составные) полосы. Интенсивность основных полос, как правило, в 10- 100 раз выше, чем обертонов и комбинационных полос. В связи с этим для задач анализа средний ИК диапазон наиболее интересен, поскольку в нем находятся основные полосы поглощения большого количества веществ. Детектирование многих из них может быть реализовано с помощью сенсоров на базе оптопары светодиод-фотодиод. Здесь представлены наиболее важные из них:
Поглощение растением питательных веществ
Поглощение из воздуха. Почти все основные питательные вещества и микроэлементы поглощаются из почвы корнями. Углерод, составляющий до 44,5% сухого вещества куста винограда и одновременно являющийся главным компонентом органического вещества, виноград получает через устьица листьев из воздуха в форме двуокиси углерода (CO2). Все зеленые ассимилирующие части растения способны поглощать CO2. Таким образом, небольшое обогащение воздуха виноградника углекислым газом влияет положительно на образование растительных веществ. Кислород и водород преимущественно извлекаются корнями из почвы в виде воды (H2O), но могут поглощаться также и листьями. Точно так же кислород из воздуха, необходимый кусту для дыхания, может поглощаться всеми частями растения, включая корни.
Поглощение листьями. Наряду с поглощением углекислоты из воздуха листья через устьица могут поглощать также и другие основные питательные вещества и микроэлементы, однако только в том случае, если эти питательные вещества поступают на листья в форме растворов солей. Виноград не может поглощать через листья и использовать азот воздуха.
Если желательно обеспечение питательными веществами через листья, то это возможно только при опрыскивании их растворами питательных веществ через короткие промежутки времени, что нерационально в отношении затрат труда. Такой способ обеспечения питательными веществами не соответствует физиологическому строению виноградного куста и физиологическим закономерностям. Кроме того, распределение питательных веществ, поглощаемых листьями, происходит весьма различно в зависимости от элемента. Однако такие элементы, как, например, азот и сера, содержащиеся в дождевой воде в виде соединений, могут частично использоваться этим путем. Таким же образом эти возможности используются для внекорневой подкормки растений.
Поглощение корнями из почвы. Все питательные вещества, которые не могут быть поглощены через листья, должны извлекаться корнями из почвы. По проводящим путям они перемещаются от корней к местам, где происходит образование веществ и рост. Таким образом, почву виноградника можно считать основным носителем и хранилищем почти всех элементов питания куста. Чем сильнее и интенсивнее почва будет пронизана корнями, тем больше корни соприкасаются с носителем питательных веществ — почвой и тем более возрастает возможность обмена (отдачи и поглощения) питательных веществ. При хорошем увлажнении почвы эти процессы обмена протекают значительно интенсивнее, тем более, что многие питательные вещества сначала должны быть растворены в почвенной воде и только тогда могут поглощаться корнями из этого почвенного раствора. Поэтому при снижении содержания воды в почве или иссушении почвы уменьшается и возможность поглощения виноградом питательных веществ.
Основная масса корней винограда находится на глубине 0-50 см. Кроме того, если почва того или иного местообитания позволяет, корни пронизывают еще более глубокие слои, что как раз имеет большое значение для обеспечения кустов водой в засушливое время. Однако поглощение питательных веществ происходит преимущественно в горизонтах почвы от 0 до 50 см; здесь находится большинство всасывающих корней и их окончаний, большей частью способных образовывать корневые волоски, через которые и происходит поглощение питательных веществ. По этой причине следует особое внимание уделять созданию запаса питательных веществ в самом верхнем слое почвы. Чтобы обеспечить хорошее пронизывание почвы корнями и перемешать богатый питательными веществами верхний слой почвы с бедной ими подпочвой, вспашку перед посадкой кустов винограда производят на глубину 50-60 см, а при необходимости рыхлят ее на глубину 1,0-1,5 м чизельным плугом.
Создание запаса питательных веществ в почве крайне неодинаково в разных местообитаниях. Оно, в частности, зависит от того, из каких горных пород или геологических формаций образовалась почва; например, если из ракушечного известняка образовались очень богатые известью почвы, то почвы из первичных пород большей частью бедны известью и, таким образом, нуждаются в известковании. Подобные же закономерности наблюдаются в отношении естественного создания запасов магния и отчасти также калия. Почти все минеральные почвы вне зависимости от того, из каких горных пород они образовались, бедны фосфором и азотом. Далее, созданием запаса питательных веществ в почве должен заниматься виноградарь. Так, почвы, долгие годы используемые под виноградники, в результате регулярного удобрения, как правило, богаче питательными веществами, чем почвы, впервые отводимые под эту культуру. Знание доз или количеств питательных веществ, заранее вносимых в почву, имеет решающее значение для оптимального, желательного питания кустов; только оно обеспечивает эффективное удобрение. Под удобрением понимают внесение тех питательных веществ растений, которых почва по природе содержит в недостаточном количестве, чтобы обеспечить оптимальный рост и желательный урожай гроздей с ягодами высшего качества. При этом влияние питательного вещества, вносимого при удобрении, тем больше, чем меньше его содержится в почве и чем больше в нем нуждается виноград.
Литература:
Ein Lehr- und Handbuch fur Praxis und Schule
Begrundet von E. VOGT, Herausgegeben von B. GOTZ