Распределение воды в клетке и в организме. Основные запасы воды в клетках растений
Содержание воды в клетках растений
Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях салата составляет 93-95%, кукурузы — 75-77%. Количество воды неодинаково в разных органах растений: в листьях подсолнечника воды содержится 80-83%, в стеблях — 87-89%, в корнях — 73-75%. Содержание воды, равное 6-11%, характерно главным образом для воздушно-сухих семян, в которых процессы жизнедеятельности заторможены.
Вода содержится в живых клетках, в мертвых элементах ксилемы и в межклетниках. В межклетниках вода находится в парообразном состоянии. Основными испаряющими органами растения являются листья. В связи с этим естественно, что наибольшее количество воды заполняет межклетники листьев. В жидком состоянии вода находится в различных частях клетки: клеточной оболочке, вакуоли, протоплазме. Вакуоли — наиболее богатая водой часть клетки, где содержание ее достигает 98%. При наибольшей оводненности содержание воды в протоплазме составляет 95%. Наименьшее содержание воды характерно для клеточных оболочек. Количественное определение содержания воды в клеточных оболочках затруднено; по-видимому, оно колеблется от 30 до 50%.
Формы воды в разных частях растительной клетки также различны. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями (осмотически-связанная) и свободная вода. В оболочке растительной клетки вода связана главным образом высокополимерными соединениями (целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами), т. е. коллоидно-связанная вода. В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Вода, находящаяся на расстоянии до 1 нм от поверхности белковой молекулы, связана прочно и не имеет правильной гексагональной структуры (коллоидно-связанная вода). Кроме того, в протоплазме имеется определенное количество ионов, а следовательно, часть воды осмотически связана.
Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Большинство исследователей полагает, что интенсивность физиологических процессов, в том числе и темпов роста, зависит в первую очередь от содержания свободной воды. Имеется прямая корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью растений против неблагоприятных внешних условий. Указанные физиологические корреляции наблюдаются не всегда.
Растительная клетка поглощает воду по законам осмоса. Осмос наблюдается при наличии двух систем с различной концентрацией веществ, когда они сообщаются с помощью полупроницаемой мембраны. В этом случае по законам термодинамики выравнивание концентраций происходит за счет вещества, для которого мембрана проницаема.
При рассмотрении двух систем с различной концентрацией осмотически активных веществ следует, что выравнивание концентраций в системе 1 и 2 возможно только за счет перемещение воды. В системе 1 концентрация воды выше, поэтому поток воды направлен от системы 1 к системе 2. По достижении равновесия реальный поток будет равен нулю.
Растительную клетку можно рассматривать как осмотическую систему. Клеточная стенка, окружающая клетку, обладает определенной эластичностью и может растягиваться. В вакуоли накапливаются растворимые в воде вещества (сахара, органические кислоты, соли), которые обладают осмотической активностью. Тонопласт и плазмалемма выполняют в данной системе функцию полупроницаемой мембраны, поскольку эти структуры избирательно проницаемы, и вода проходит через них значительно легче, чем вещества, растворенные в клеточном соке и цитоплазме. В связи с этим, если клетка попадает в окружающую среду, где концентрация осмотически активных веществ будет меньше по сравнению с концентрацией внутри клетки (или клетка помещена в воду), вода по законам осмоса должна поступать внутрь клетки.
Возможность молекул воды перемещаться из одного места в другое измеряется водным потенциалом (Ψв). По законам термодинамики вода всегда движется из области с более высоким водным потенциалом в область с более низким потенциалом.
Водный потенциал (Ψв) – показатель термодинамического состояния воды. Молекулы воды обладают кинетической энергией, в жидкости и водяном паре они беспорядочно движутся. Водный потенциал больше в той системе, где выше концентрация молекул и больше их общая кинетическая энергия. Максимальным водным потенциалом обладает чистая (дистиллированная) вода. Водный потенциал такой системы условно принят за нуль.
Единицей измерения водного потенциала являются единицы давления: атмосферы, паскали, бары:
1 Па = 1 Н/м2 (Н- ньютон); 1 бар=0,987 атм =105 Па=100 кПА;
1 атм =1,0132 бар; 1000 кПа = 1 МПа
При растворении в воде другого вещества, понижается концентрация воды, уменьшается кинетическая энергия молекул воды, снижается водный потенциал. Во всех растворах водный потенциал ниже, чем у чистый воды, т.е. в стандартных условиях он выражается отрицательной величиной. Количественно это понижение выражают величиной, которая называется осмотическим потенциалом (Ψосм.). Осмотический потенциал – это мера снижения водного потенциала за счет присутствия растворенных веществ. Чем больше в растворе молекул растворенного вещества, тем осмотический потенциал ниже.
При поступлении воды в клетку ее размеры увеличиваются, внутри клетки повышается гидростатическое давление, которое заставляет плазмалемму прижиматься к клеточной стенке. Клеточная оболочка, в свою очередь, оказывает противодавление, которое характеризуется потенциалом давления (Ψдавл.) или гидростатическим потенциалом, он обычно положителен и тем больше, чем больше воды в клетке.
Таким образом, водный потенциал клетки зависит от концентрации осмотически действующих веществ – осмотического потенциала (Ψосм.) и от потенциала давления (Ψдавл.).
При условии, когда вода не давит на клеточную оболочку (состояние плазмолиза или увядания), противодавление клеточной оболочки равно нулю, водный потенциал равен осмотическому:
Ψв. = Ψосм.
По мере поступления воды в клетку появляется противодавление клеточной оболочки, водный потенциал будет равен разности между осмотическим потенциалом и потенциалом давления:
Ψв.= Ψосм. + Ψдавл.
Разница между осмотическим потенциалом клеточного сока и противодавлением клеточной оболочки определяет поступление воды в каждый данный момент.
При условии, когда клеточная оболочка растягивается до предела, осмотический потенциал целиком уравновешивается противодавлением клеточной оболочки, водный потенциал становиться равным нулю, вода в клетку перестает поступать:
- Ψосм. = Ψдавл., Ψв.= 0
Вода всегда поступает в сторону более отрицательного водного потенциала: от той системы, где энергия больше, к той системе, где энергия меньше.
Вода в клетку может поступать также за счет сил набухания. Белки и другие вещества, входящие в состав клетки, имея положительно и отрицательно заряженные группы, притягивают диполи воды. К набуханию способны клеточная стенка, имеющая в своем составе гемицеллюлозы и пектиновые вещества, цитоплазма, в которой высокомолекулярные полярные соединения составляют около 80% сухой массы. Вода проникает в набухающую структуру путем диффузии, движение воды идет по градиенту концентрации. Силу набухания обозначают термином матричный потенциал (Ψматр.). Он зависит от наличия высокомолекулярных компонентов клетки. Матричный потенциал всегда отрицательный. Большое значение Ψматр. имеет при поглощении воды структурами, в которых отсутствуют вакуоли (семенами, клетками меристем).
biofile.ru
4.Химический состав клетки. Вода и минеральные вещества в клетке.
В растительной клетке содержится по массе 85% воды, 1,5% неорганических веществ, 10% белков, 1,1% нуклеиновых кислот, 2% липидов, 0,4% углеводов.
Однако вода в клетке в силу своих молекулярных особенностей находится на 95% в связанном состоянии (пояснить структуру диполя воды). Поэтому структура клетки представляет собой сложную коллоидную систему с особыми свойствами, содержащую разнообразные биологически активные молекулы.
Вода в клетке находится как в связанном состоянии, так и в свободном (в особой органелле - вакуоли). Как универсальный растворитель вода определяет образование биологических коллоидов, сложных молекул, растворяет простые углеводы, переносит минеральные и простые органические вещества от клетки к клетке.
Неорганические вещества, составляющие в клетке незначительную долю, представлены в основном ионами (катионами водорода, калия, натрия, кальция, аммония и анионами гидроксила, сульфата, карбоната, нитрата, хлора). Основная роль ионов - участие в биохимических процессов в качестве составных элементов ферментов, вхождение в структуру биологических молекул. Определенный запас неорганических ионов всегда находится в вакуоли в растворенном состоянии и используется клеткой по мере необходимости. Кроме того, неорганические ионы определяют электрический потенциал клетки и участвуют в передаче импульсов возбуждения от клетки к клетке.
Из неорганических веществ растительные клетки (а также, как известно из курса микробиологии, клетки микробов, ведущие фотосинтез и хемосинтез) способны синтезировать органические вещества, которые и определяют накопление биомассы в природы, являясь базовым звеном во всех биоценозах.
Органические вещества растительной клетки относятся к четырем основным группам:
углеводам,
липидам,
белкам,
нуклеиновым кислотам.
5. Строение, классификация и функции углеводов в клетке.
Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Обобщенная формула углеводов Сn(Н2О)n. Примером может служить один из самых распространенных углеводов — глюкоза, элементарный состав которой С6Н12О6. Глюкоза является простым сахаром — моносахаридом. Несколько простых Сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара — полисахариды. В составе молока, например, находится молочный сахар, который состоит из двух молекул простых Сахаров — это дисахарид. Молочный сахар — основной источник энергии для детенышей всех млекопитающих.
Тысячи молекул простых Сахаров, соединяясь между собой, образуют биополимеры полисахариды. В составе живых организмов имеется много разнообразных полисахаридов. У растений наиболее важен полисахарид крахмал, у животных — гликоген. Все они состоят из тысяч молекул глюкозы. Полисахариды — это вещества, в которых запасается используемая клетками энергия. Углеводы — основной источник энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.
Важной функцией углеводов, кроме энергетической, является также структурная. В растениях в результате полимеризации глюкозы образуется целлюлоза. Из целлюлозных волокон строится основа клеточных стенок растений. Некоторые сложные полисахариды входят в состав сухожилий и хрящей животных, придавая им прочность и эластичность
studfiles.net
| Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях салата составляет 93—95%, кукурузы — 75—77%. Количество воды неодинаково в разных органах растений: в листьях подсолнечника воды содержится 80—83%, в стеблях — 87—89%, в корнях — 73—75%. Содержание воды, равное 6—11%, характерно главным образом для воздушно-сухих семян, в которых процессы жизнедеятельности заторможены. Вода содержится в живых клетках, в мертвых элементах ксилемы и в межклетниках. В межклетниках вода находится в парообразном состоянии. Основными испаряющими органами растения являются листья. В связи с этим естественно, что наибольшее количество воды заполняет межклетники листьев. В жидком состоянии вода находится в различных частях клетки: клеточной оболочке, вакуоли, цитоплазме. Вакуоли — наиболее богатая водой часть клетки, где содержание ее достигает 98%. При наибольшей оводненности содержание воды в цитоплазме составляет 95%. Наименьшее содержание воды характерно для клеточных оболочек. Количественное определение содержания воды в клеточных оболочках затруднено; по-видимому, оно колеблется от 30 до 50%. Формы воды в разных частях растительной клетки также различны. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями (осмотически-связанная) и свободная вода. В оболочке растительной клетки вода связана, главным образом, высокополимерными соединениями (целлюлозой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами), т. е. коллоидно-связанная вода. В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Вода, находящаяся на расстоянии до 1 нм от поверхности белковой молекулы, связана прочно и не имеет правильной гексагональной структуры (коллоидно-связанная вода). Кроме того, в цитоплазме имеется определенное количество ионов, а, следовательно, часть воды осмотически связана. Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. Как считает большинство исследователей, интенсивность физиологических процессов, в том числе и темпов роста, зависит в первую очередь от содержания свободной воды. Имеется прямая корреляция между содержанием связанной воды и устойчивостью растений против неблагоприятных внешних условий. Указанные физиологические корреляции наблюдаются не всегда. |
fizrast.ru
С чего состоит клетка растений??
Клетка растений<img src="//otvet.imgsmail.ru/download/26742e135eadfef35c2a231ebbb96aa4_i-115.jpg" >
разные органеллы есть!!
Вещества, из которых состоит растение Чтобы понять строение и жизнь растений, их потребности, а также оценить пользу, которую приносят растения в хозяйстве человека, нужно узнать, из каких веществ они состоят. Простые опыты и наблюдения помогут нам выяснить это. Вода в растениях. Что будет со срезанной зеленой травой, если ее оставить на солнце или положить в сухое теплое место? Она высохнет станет сеном. Высушить можно и корни, и цветки, и плоды. Все знают сухой компот, который состоит из кусочков сухих яблок, груш, абрикосов, винограда. Что же происходит с частями растений, когда они высыхают? Они теряют воду, которая была в их составе и необходима им для жизни. Во всех частях растений содержится вода. После ее удаления остается сухое вещество. Проведем опыт для того, чтобы определить много ли воды содержится в растениях. Возьмем свежие листья салата, взвесим их, затем высушим и снова взвесим. Вычислим разницу между сухой и сырой массой и процент воды в листьях салата. Оказывается, что в них более 90% воды. Такие опыты ученые ставили с разными растениями. Вот такие были получены результаты: в стеблях и листьях клевера - 75-78% воды, в плодах дикой яблони - 70-85%, в побегах березы (с листьями) - 45-50%.Сухое вещество растений. В природе различают две группы веществ: органические и неорганические. Органические вещества образуются только в телах живых организмов - растений, животных, грибов. вещества; неживой природы - воду, газы, минералы называют неорганическими или минеральными веществами. Органические вещества легко обугливаются и сгорают, а природные неорганические в обычных условиях не горят. Сухие части растений горючи, поэтому их используют в качестве топлива. В сухом веществе растений больше органических веществ. После их сгорания остается зола - это минеральные вещества. По сравнению с массой сгоревших дров масса оставшейся золы невелика (не более 10-12%). Эта низгораемая часть остается; от любых частей растений. Значит, сухое вещество растений состоит из органических и минеральных веществ. Какие же органические вещества есть в теле растений? Это белки, жиры и углеводы. Белки. Название "белок" вызывает представление о яичном белке, и это правильно, только яичный белок животного происхождения. Растительные белки, играющие большую роль в питании животных и человека, есть во всех органах растения, но в наибольшем количестве заключены в семенах. Очень много их в семенах гороха, фасоли и сои. Здесь белки откладываются в запас. Жиры. Жиры в растениях - это разные растительные масла. Они, как и белки, необходимы растению для его жизни. В большом количестве жиры накапливаются главным образом в семенах, откуда их и получает человек для использования в пищу или для технических нужд. Всем известно подсолнечное масло, которое выжимают из семян подсолнечника. Маслянисты также семена льна (из них получают масло) , семена хлопчатника, сои и многих других растений. Углеводы. У растений углеводы представлены главным образом крахмалом, сахарами, клетчаткой. Эти вещества использует и человек. Крахмал - основная составная часть муки, получаемой из семян хлебных злаков. Но он есть не только в семенах. Крахмал откладывается в корнях, клубнях, стволах деревьев. Есть крахмал и в листьях. Крахмалисты некоторые плоды, например бананы. Обнаружить крахмал легко с помощью так называемой йодной пробы. От йода крахмал окрашивается в синий цвет. Нанесите каплю раствора йода на срезанный клубень картофеля, и он посинеет. Сахар в частях растений обнаружить еще проще. Какой вкус имеет корень моркови? свеклы? листья капусты? Какое качество мы больше всего ценим у плодов культурных растений - арбуза, дыни, винограда, яблони и многих других? Все эти части растений сладкие - они богаты сахарами. Больше всего сахара в корнеплодах сахарной свеклы и в стеблях тропического растения - сахарного тростника. Из тих растений и добывают сахар. Клетчатка (целлюлоза) - твердый углевод, придающий частям растений прочность, упругость.
touch.otvet.mail.ru
