Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений (стр. 1 из 4). Роль углеводов в растениях

Что такое углеводы, роль углеводов в организме человека

Химические свойства клеток, входящих в состав живых организмов, зависят прежде всего от количества атомов углерода, составляющих до 50% сухой массы. Атомы карбона находятся в главных органических веществах: белках, нуклеиновых кислотах, липидах и углеводах. К последней группе относятся соединения карбона и воды, соответствующие формуле (Ch3O)n , где n равно или больше трех. Кроме углерода, гидрогена и оксигена, в состав молекул могут входить атомы фосфора, азота, серы. В данной статье мы изучим роль углеводов в организме человека, а также особенности их строения, свойств и функций.

Классификация

Данную группу соединений в биохимии разделяют на три класса: простые сахара (моносахариды), полимерные соединения с гликозидной связью – олигосахариды и биополимеры с большой молекулярной массой – полисахариды. Вещества вышеназванных классов встречаются в различных видах клеток. Например, крахмал и глюкоза имеются в растительных структурах, гликоген – в гепатоцитах человека и клеточных стенках грибов, хитин – в наружном скелете членистоногих. Все вышеперечисленные вещества – это углеводы. Роль углеводов в организме универсальна. Они - основной поставщик энергии для жизненных проявлений клеток растений, бактерий, животных и человека.

Моносахариды

Имеют общую формулу Cnh3nOn и делятся на группы в зависимости от количества атомов карбона в молекуле: триозы, тетрозы, пентозы и так далее. В составе клеточных органелл и цитоплазме простые сахара имеют две пространственные конфигурации: циклическую и линейную. В первом случае атомы углерода соединяются друг с другом ковалентными сигма-связями и образуют замкнутые циклы, во втором случае углеродный скелет не замкнут и может иметь разветвления. Чтобы определить, какова роль углеводов в организме, рассмотрим наиболее распространенные из них – пентозы и гексозы.

Изомеры: глюкоза и фруктоза

Они имеют одинаковую молекулярную формулу C6h22O6, но различные структурные виды молекул. Ранее мы уже называли главную роль углеводов в живом организме – энергетическую. Вышеназванные вещества расщепляются клеткой. В результате происходит выделение энергии (17,6 кДж из одного грамма глюкозы). Кроме этого, синтезируется 36 молекул АТФ. Распад глюкозы происходит на мембранах (кристах) митохондрий и представляет собой цепь ферментативных реакций – Цикл Кребса. Он является важнейшим звеном диссимиляции, протекающей во всех без исключения клетках гетеротрофных эукариотических организмов.

Глюкоза образуется также в миоцитах млекопитающих вследствие расщепления в мышечной ткани запаса гликогена. В дальнейшем она используется как легко распадающееся вещество, так как обеспечение клеток энергией – это основная роль углеводов в организме. Растения являются фототрофами и самостоятельно образуют глюкозу в процессе фотосинтеза. Эти реакции называются циклом Кальвина. Исходным веществом служит углекислый газ, а акцептором – риболёзодифосфат. Синтез глюкозы происходит в матриксе хлоропластов. Фруктоза, имея такую же молекулярную формулу, как и глюкоза, содержит в молекуле функциональную группу кетонов. Она более сладкая, чем глюкоза, и находится в меде, а также соке ягод и фруктов. Таким образом, биологическая роль углеводов в организме заключается прежде всего в использовании их в качестве быстрого источника получения энергии.

Роль пентоз в наследственности

Остановимся еще на одной группе моносахаридов – рибозе и дезоксирибозе. Их уникальность заключается в том, что они входят в состав полимеров – нуклеиновых кислот. Для всех организмов, включая неклеточные формы жизни, ДНК и РНК являются главными носителями наследственной информации. Рибоза входит в молекулы РНК, а дезоксирибоза содержится в нуклеотидах ДНК. Следовательно, биологическая роль углеводов в организме человека состоит в том, что они участвуют в образовании единиц наследственности – генов и хромосом.

Примерами пентоз, содержащих альдегидную группу и распространенных в растительном мире, являются ксилоза (содержится в стеблях и семенах), альфа-арабиноза (находится в камеди косточковых плодовых деревьев). Таким образом, распространение и биологическая роль углеводов в организме высших растений достаточно велики.

Что такое олигосахариды

Если остатки молекул моносахаридов, например, таких как глюкоза или фруктоза, связаны ковалентными связями, то образуются олигосахариды – полимерные углеводы. Роль углеводов в организме как растений, так и животных разнообразна. Особенно это касается дисахаридов. Наиболее распространены среди них сахароза, лактоза, мальтоза и трегалоза. Так, сахароза, иначе называемая тростниковым или свекловичным сахаром, содержится в растениях в виде раствора и запасается в их корнеплодах или стеблях. В результате гидролиза образуются молекулы глюкозы и фруктозы. Молочный сахар, лактоза, имеет животное происхождение. У некоторых людей наблюдается непереносимость этого вещества, связанная с гипосекрецией фермента лактазы, который расщепляет молочный сахар на галактозу и глюкозу. Роль углеводов жизнедеятельности организма разнообразна. Например, дисахарид трегалоза, состоящий из двух остатков глюкозы, входит в состав гемолимфы ракообразных, пауков, насекомых. Также он встречается в клетках грибов и некоторых водорослей.

Еще один дисахарид – мальтоза, или солодовый сахар, содержится в зерновках ржи или ячменя при их прорастании, представляет собой молекулу, состоящую из двух остатков глюкозы. Она образуется в результате распада растительного или животного крахмала. В тонком кишечнике человека и млекопитающих мальтоза расщепляется под действием фермента – мальтазы. При его отсутствии в панкреатическом соке возникает патология, обусловленная непереносимостью в продуктах питания гликогена или растительного крахмала. В этом случае используют специальную диету и добавляют в рацион питания сам фермент.

Сложные углеводы в природе

Они распространены очень широко, особенно в растительном мире, являются биополимерами и имеют большую молекулярную массу. Например, в крахмале она равна 800 000, а в целлюлозе – 1 600 000. Полисахариды отличаются между собой составом мономеров, степенью полимеризации, а также длиной цепей. В отличие от простых сахаров и олигосахаридов, которые хорошо растворяются в воде и имеют сладковатый вкус, полисахариды гидрофобны и безвкусны. Рассмотрим роль углеводов в организме человека на примере гликогена – животного крахмала. Он синтезируется из глюкозы и резервируется в гепатоцитах и клетках скелетных мышц, где его содержание в два раза выше, чем в печени. К образованию гликогена способны также подкожная жировая клетчатка, нейроциты и макрофаги. Другой полисахарид – растительный крахмал, является продуктом фотосинтеза и образуется в зеленых пластидах.

С самого начала человеческой цивилизации главными поставщиками крахмала были ценные сельскохозяйственные культуры: рис, картофель, кукуруза. Они до сих пор являются основой пищевого рациона подавляющего большинства жителей Земли. Именно поэтому так ценны углеводы. Роль углеводов в организме состоит, как мы видим, в их применении в качестве энергоемких и быстро усваиваемых органических веществ.

Существует группа полисахаридов, мономерами которых являются остатки гиалуроновой кислоты. Они называются пектинами и являются структурными веществами клеток растений. Особенно богаты ими кожура яблок, жом свеклы. Клеточные вещества пектины регулируют внутриклеточное давление – тургор. В кондитерской промышленности они используются как желеобразующие вещества и загустители при производстве высококачественных сортов зефира и мармелада. В диетическом питании применяются как биологически активные вещества, хорошо выводящие токсины из толстого кишечника.

Что такое гликолипиды

Это интересная группа комплексных соединений углеводов и жиров, находящихся в нервной ткани. Из неё состоит головной и спинной мозг млекопитающих. Гликолипиды встречаются также в составе клеточных мембран. Например, у бактерий они участвуют в межклеточных контактах. Часть этих соединений является антигенами (вещества, выявляющие группы крови системы Ландштейнера АБ0). В клетках животных, растений и человека, кроме гликолипидов, присутствуют и самостоятельные молекулы жиров. Они выполняют прежде всего энергетическую функцию. При расщеплении одного грамма жира выделяется 38,9 кДж энергии. Для липидов характерна также структурная функция (входят в состав клеточных мембран). Таким образом, эти функции выполняют углеводы и жиры. Их роль в организме исключительно велика.

Роль углеводов и липидов в организме

Значение гликопротеидов

Соединения этой группы веществ представлены комплексом углевод + белок. Их еще называют гликоконъюгатами. Это антитела, гормоны, мембранные структуры. Новейшими биохимическими исследованиями установлено: если гликопротеиды начинают изменять свою нативную (природную) структуру, это приводит к развитию таких сложнейших заболеваний, как астма, ревматоидный артрит, рак. Роль гликоконъюгатов в метаболизме клетки велика. Так, интерфероны подавляют размножение вирусов, иммуноглобулины защищают организм от патогенных агентов. Белки крови также относятся к этой группе веществ. Они обеспечивают защитные и буферные свойства. Все вышеперечисленные функции подтверждает тот факт, что физиологическая роль углеводов в организме разнообразна и чрезвычайно важна.

Где и как образуются углеводы

Основные поставщики простых и сложных сахаров – это зеленые растения: водоросли, высшие споровые, голосеменные и цветковые. Все они содержат в клетках пигмент хлорофилл. Он входит в состав тилакоидов – структур хлоропластов. Российский ученый К. А Тимирязев изучил процесс фотосинтеза, в результате которого образуются углеводы. Роль углеводов в организме растения заключается в накоплении крахмала в плодах, семенах и луковицах, то есть в вегетативных органах. Механизм фотосинтеза достаточно сложен и состоит из серии ферментативных реакций, протекающих как на свету, так и в темноте. Глюкоза синтезируется из углекислого газа под действием ферментов. Гетеротрофные организмы используют зеленые растения в качестве источника пищи и энергии. Таким образом, именно растения являются первым звеном во всех трофических цепях и называются продуцентами.

В клетках гетеротрофных организмов углеводы синтезируются на каналах гладкой (агранулярной) эндоплазматической сети. Затем они используются как энергетический и строительный материал. В растительных клетках углеводы дополнительно образуются в комплексе Гольджи, а затем идут на формирование целлюлозной клеточной стенки. В процессе пищеварения позвоночных животных соединения, богатые углеводами, частично расщепляются в ротовой полости и желудке. Основные же реакции диссимиляции происходят в двенадцатиперстной кишке. В неё выделяется поджелудочный сок, содержащий фермент амилазу, расщепляющий крахмал до глюкозы. Как уже было ранее сказано, глюкоза всасывается в кровь в тонком кишечнике и разносится по всем клеткам. Здесь она используется как источник энергии и структурное вещество. Это объясняет, какую роль в организме играют углеводы.

Надмембранные комплексы гетеротрофных клеток

Они характерны для животных и грибов. Химический состав и молекулярная организация этих структур представлены такими соединениями, как липиды, белки и углеводы. Роль углеводов в организме – это участие в энергетическом обмене и построении мембран. В клетках человека и животных есть особый структурный компонент, называемый гликокаликсом. Этот тонкий поверхностный слой состоит из гликолипидов и гликопротеидов, связанных с цитоплазматической мембраной. Он обеспечивает непосредственную связь клеток с внешней средой. Здесь же происходит восприятие раздражений и внеклеточное пищеварение. Благодаря своей углеводной оболочке клетки слипаются друг с другом, образуя ткани. Это явление называется адгезией. Добавим также, что «хвосты» углеводных молекул находятся над поверхностью клетки и направлены в межтканевую жидкость.

Другая группа гетеротрофных организмов – грибы, также имеет поверхностный аппарат, называемый клеточной стенкой. В неё входят сложные сахара – хитин, гликоген. Некоторые виды грибов содержат также растворимые углеводы, например трегалозу, называемую грибным сахаром.

У одноклеточных животных, таких как инфузории, поверхностный слой – пелликула, также содержит комплексы олигосахаридов с белками и липидами. У некоторых простейших пелликула достаточно тонкая и не мешает изменению формы тела. А у других она утолщается и становится прочной, как панцирь, выполняя защитную функцию.

Клеточная стенка растений

Она также содержит большое количество углеводов, особенно целлюлозы, собранной в виде пучков волокон. Эти структуры формируют каркас, погруженный в коллоидный матрикс. Он состоит в основном из олиго- и полисахаридов. Клеточные стенки растительных клеток могут одревесневать. В этом случае промежутки между пучками целлюлозы заполняются другим углеводом – лигнином. Он усиливает опорные функции клеточной оболочки. Часто, особенно у многолетних древесных растений, наружный слой, состоящий из целлюлозы, покрывается жироподобным веществом – суберином. Он препятствует попаданию внутрь растительных тканей воды, поэтому нижележащие клетки быстро отмирают и покрываются слоем пробки.

Суммируя вышесказанное, мы видим, что в клеточной стенке растений тесно взаимосвязаны углеводы и жиры. Их роль в организме фототрофов трудно недооценить, так как гликолипидные комплексы обеспечивают опорную и защитную функции. Изучим разнообразие углеводов, характерных для организмов царства Дробянки. К нему относятся прокариоты, в частности бактерии. Их клеточная стенка содержит углевод – муреин. В зависимости от строения поверхностного аппарата бактерии разделяют на грамположительные и грамотрицательные.

Строение второй группы более сложное. Эти бактерии имеют два слоя: пластичный и ригидный. Первый содержит мукополисахариды, например муреин. Его молекулы имеют вид крупных сетчатых структур, образующих капсулу вокруг бактериальной клетки. Второй слой состоит из пептидогликана – соединения полисахаридов и белков.

Липополисахариды клеточной стенки позволяют бактериям прочно прикрепляться к различным субстратам, например, к зубной эмали или к мембране эукариотических клеток. Кроме этого, гликолипиды способствуют слипанию бактериальных клеток между собой. Таким путем образуются, например, цепочки стрептококков, грозди стафилококков, более того, некоторые виды прокариот имеют дополнительную слизистую оболочку – пеплос. Она содержит в своем составе полисахариды и легко разрушается под действием жесткого радиационного излучения или при контакте с некоторыми химическими веществами, например антибиотиками.

fb.ru

Углеводы. Обмен углеводов в растениях

    Важнейшее значение для питания растений имеют азот, фосфор и калий, от которых зависят обмен веществ в растении и его рост. Азот входит в состав белков и хлорофилла, принимает участие в фотосинтезе. Соединения фосфора играют важную роль в дыхании и размножении растений, участвуя в процессах превращения углеводов и азотсодержащих веществ. Калий регулирует жизненные процессы, происходящие в растении, улучшает водный режим, способствует обмену веществ и образованию углеводов в тканях растений. [c.240]

    Действие далапона в растениях связывают с нарушением синтеза пантотеновой кислоты, входящей в состав кофермента А — одного из ферментов, ответственных за перенос ацетильных групп в обмене углеводов, жиров, азота. Далапон нарушает синтез ауксинов, угнетает синтез пировиноградной кислоты, денатурирует белки имеются сведения, что далапон затрудняет образование воскового покрова листьев. Столь разносторонние нарушения биохимических процессов [c.290]

    В частности, в растительном организме в зависимости от его потребностей реакция под действием одного и того же фермента сдвигается в ту или другую сторону. Указанные ферменты локализованы в--определенных морфологических образованиях растений. Нарушение-или разрушение этих клеток ведет к нарушению синтеза и распада гликозидов, чем нарушается нормальный обмен углеводов в растениях. [c.95]

    В книге детально рассмотрены физиолого-биохимические свойства фитопатогенных микроорганизмов. Особое внимание уделено описанию природы синтезируемых последними физиологически активных соединений, включая такие, как различные активаторы (гормоны) и ингибиторы, продукты промежуточного обмена, ферменты и т. п. Эти материалы создают основу знаний, необходимых для рассмотрения природы механизмов, ответственных за сложную цепь нарушений в обмене веществ, возникающих в тканях растения-хозяина под воздействием инфекции. Рассматриваются вопросы влияния инфекции на физико-химические свойства протопласта, на обмен углеводов и азотистых веществ, а также на ряд физиологических отправлений больного растения (водообмен, фотосинтез, дыхание и т. п.). Особое внимание в данном случае отведено описанию сдвигов в деятельности каталитически активных систем инфицированной клетки. [c.2]

    Авторы приносят благодарность ассистенту кафедры кандидату фармацевтических наук А. С. Булатовой за участие в составлении некоторых глав IV раздела Обмен углеводов , Обмен жиров и Обмен азотистых веществ в растениях . [c.4]

    Книга представляет собой учебное пособие по биохимии растений для студентов старших курсов и аспирантов. В ней изложены основные проблемы как общей биохимии, так и биохимии растений (биоэнергетика, ферментативный катализ, взаимосвязи обмена веществ и т. д.) с учетом новейших достижений науки. Хорошо и достаточно подробно написаны специальные главы биохимии растений (дыхание, фотосинтез, обмен углеводов, белков, жиров, алкалоидов и т. д.). [c.4]

    Таким образом, пировиноградная кислота занимает главное положение в обмене углеводов и одно из важных мест в обмене веществ растения. [c.160]

    Глутаминовая и аспарагиновая кислоты, как увидим в дальнейшем, занимают главное место в аминокислотном обмене. Подвергаясь различным превращениям и прежде всего участвуя в реакциях переаминирования, они приводят к образованию многих других аминокислот. Следовательно, можно считать, что в цикле ди- и трикарбоновых кислот осуществляется взаимосвязь между обменом углеводов, органических кислот, жиров, аминокислот и белков в растениях. [c.171]

    Существенное влияние на азотный обмен больного растения могут оказывать возникающие в результате заболевания изменения в обмене углеводов. Так, углеводное голодание клеток, обусловленное нарушениями фотосинтеза и использованием содержащихся в них углеводов гифами паразита, неизбежно должно привести к так называемому белковому дыханию, т. е. расщеплению белка (Pae h, 1934). [c.125]

    УГЛЕВОДЫ И УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН У РАСТЕНИЙ [c.219]

    Главная составная часть каждого организма — белки, или протеины, которые представляют собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из аминокислот, В организмах имеются различные неорганические вещества и многие другие органические соединения. Количество этих соединений в растениях (например, углеводов или жиров) часто может превышать содержание белков, но именно белки играют решающую роль в обмене веществ. Белки являются незаменимой основой живого вещества, поэтому они имеют исключительное значение в жизни. Процессы роста и развития связаны с белковыми веществами. Это верно как для простейших вирусов, так и для высокоорганизованных высших растений и животных. Поэтому исследование явлений роста и развития нельзя отрывать от изучения белковых веществ, без которых невозможны жизненные процессы. [c.183]

    Если при относительном недостатке влаги, при повышенных температурах и осмотическом давлении почвенного раствора и т. д. обмен веществ растений смещается в сторону усиления синтеза белковых веществ, то при обратной направленности этих внешних факторов в растениях будут преобладать процессы синтеза углеводов, а в семенах злаков — крахмала. [c.377]

    Кальций усиливает обмен веществ в растениях, играет важную роль в передвижении углеводов, оказывает влияние на превращение азотистых веществ, ускоряет распад запасных белков семени при прорастании. Кроме того, он имеет существенное значение для построения нормальных клеточных оболочек и для установления благоприятного кислотно-щелочного равновесия в растениях. [c.147]

    Принцип метода. С физиолого-биохимической точки зрения все углеводы можно подразделить на несколько групп 1) углеводы подвижные, легко мобилизуемые и легко подвергающиеся взаимным превращениям в растениях 2) углеводы малоподвижные, мобилизуемые и используемые в обмене веществ лишь при отсутствии других углеводов 3) углеводы неподвижные, которые в обычных условиях не используются. [c.89]

    Под влиянием облучения семян, а также растений в последних нарушается углеводный обмен. В растениях сдвигается соотношение между разными формами растворимых углеводов. Анализ растений, выросших из облученных зерновок и обработанных растворами кининов, показал, что сдвиг в содержании сахаров, обусловленный облучением, под действием кининов восстанавливается (табл.4). [c.27]

    Полегание растений приводит к значительным потерям урожая, так как в результате изменений в обмене углеводов и бел- [c.520]

    Калий не входит в состав белков, нуклеиновых кислот, ферментов и других сложных органических соединений он содержится в растениях почти целиком в виде ионов К+, преимущественно в клеточном соке. Роль этих ионов сводится к регулированию важнейших биохимических процессов. Так, они способствуют фотосинтезу, усиливая отток углеводов из листьев, что непосредственно сказывается на повышении в плодах и овощах содержания крахмала и сахара. Ионы калия влияют на азотный обмен в растениях, способствуя лучшему усвоению азота. Они активизируют синтез многих ферментов и витаминов. Коллоиды растительных клеток при достаточном калийном питании лучше удерживают воду. [c.165]

    Микроэлементы цинк, марганец, бор, алюминий и др. также играют важную роль в жизни растений. Установ.лено, что они спосо бствуют синтезу витаминов и пигментов в растениях и влияют на обмен углеводов и белков. Для нормальной жизнедеятельности растения нужно правильное соотношение одно- и двухвалентных катионов. Так, например, в растворе хлористого натрия растение живет 15 минут, в растворе хлори- [c.295]

    Цинк крайне необходим для жизнедеятельности растений. При недостатке цинка в растениях нарушаются функции окислительных ферментов, обмен углеводов и белков, уменьшается образование хлорофилла, растения заболевают. Применение цинковых микроудобрений в виде подкормки устраняет эти нарушения, благоприятно действуя на рост и развитие растений (рис. 100). [c.384]

    Медь участвует в углеводном и белковом обмене в растениях. Под влиянием меди повышается как активность пероксидазы, так и синтез белков, углеводов и жиров. Недостаток меди вызывает у растений понижение активности синтетических процессов и ведет к накоплению растворимых углеводов, аминокислот и других продуктов распада сложных органических веществ. [c.21]

    Особенно большую роль играет бор в углеводном обмене в растениях. При недостатке бора в питательной среде происходит накопление сахаров в листьях растений. Это явление общее для всех растений, но особенно рельефно оно выражено у свеклы, брюквы и других корнеплодов. Недостаток бора приводит к нарушению транспортировки углеводов, и образующиеся сахара накапливаются в листьях в значительно ббльших количествах, чем у нормально питающихся растений. В табл. 17 показано изменение содержания сахаров в растениях томатов в зависимости от условий борного питания. [c.33]

    Влияние магния на образование и накопление органических кислот. Органические кислоты могут накапливаться в растениях в больших количествах и играют важную роль в обмене веществ растений. Они образуются в процессе дыхания растений и представляют собой продукты неполного окисления сахаров. Кроме того, органические кислоты, как промежуточные продукты, участвуют в синтезе углеводов, аминокислот и жиров. [c.9]

    Приведенные выше данные о различных путях окисления глюкозы в растительной клетке служат вместе с тем яркой иллюстрацией важной роли дыхания в общем обмене веществ растения. Дыхание является центром, в котором скрещиваются и увязываются в единое целое различные звенья и направления обмена. Важная роль принадлежит, например, дыханию в связывании процессов обмена углеводов и азотистых веществ клетки. Особое место принадлежит в этом случае кетокислотам, образующимся в ходе гликолитического распада сахара, а затем в цикле Кребса (пировиноградная, а-кетоглутаровая, щавелевоуксусная), которые, аминируясь, превращаются в соответствующие аминокислоты (аланин, глутаминовую, аспарагиновую), играющие центральную роль в синтезе и обмене аминокислот и белковых веществ в целом. [c.268]

    Несвязанная в органических соединениях сера присутствует в растениях в форме сульфата, и в зависимости от поглощения из почвы и воздуха ее количество в растении может значительно превышать количество органической серы. Поэтому общее содержание серы в растениях подвержено более сильным колебаниям, чем содержание нейтральной серы (Guderian, 1970). В обмене веществ растения сульфаты активируют процессы брожения, способствуют поддержанию коллоидной структуры протоплазмы, увеличивают интенсивность ассимиляции и влияют на синтез углеводов сильнее, чем хлориды (Burghardt, 1962). Передвижение ассимилятов не тормозится соединениями серы, а активность гидролитических ферментов, уменьшающаяся под влиянием избытка хлоридов, может стимулироваться добавлением серы (Latzko, [c.109]

    Витамин В1 играет очень важную роль в обмене веществ у растений и животных. В виде фосфорного эфира он входит в фермент пируватдекарбоксилазу, катализирующую декарбо-ксилирование пировиноградной кислоты, а также в состав других декарбоксилаз, участвующих, например, в декарбоксилиро-вании аминокислот. Кроме того, соединяясь с липоевой кислотой и двумя остатками фосфорной кислоты, витамин В1 превращается в линотиаминдифосфат (стр. 166), который входит в активную группу пируватдегкдрогеназы, катализирующей окислительное декарбоксилирование пировиноградной и а-кетоглу-таровой кислот. Очевидно, при недостатке или отсутствии витамина В1 реакции декарбоксилирования пировиноградной и некоторых других кислот в организмах подавляются, и происходит накопление этих кислот в тканях. Так как пировиноградная кислота занимает центральное положение в обмене углеводов (стр. 160), недостаток тиамина приводит прежде всего к нарушениям углеводного обмена. Такие нарушения вызывают поражения в первую очередь нервных тканей, и поэтому при недостатке витамина В] наблюдаются воспаление нервных стволов, потеря чувствительности кожи, параличи и другие характерные признаки полиневрита. [c.88]

    Превращения углеводов, жиров и белков, их распад и синтез в организме теснейшим образом связаны друг с другом. Нельзя представить себе изолированно превращение отдельных органических, а также и неорганических веществ в организме. Только как исключение можно наблюдать преимущественный синтез углеводов (у зеленых растений на свету), распад углеводов с образованием этилового спирта и углекислого газа (в дрожжевых клетках при спиртовом брожении) и молочной кислоты (при работе мышц), синтез жиров (при откорме животных), синтез белков (при усиленном росте). Но даже и в этих случаях обмен веществ не сводится к превра[це-пиям т0JПзK0 одной какой-либо группы веществ. Обмен веществ между любым живым организмом п окружающей его средой является чрезвычайно слюж-ным процессом, в который вовлекаются химические составные части организма и вещества, поступающие в пего извне (пищевые вещества, включая кпс лород и воду). Обмен веществ у человека и животных регулируется централыюй нервной системой. При изучении превращений углеводов, жиров и белков приводились данные о регуляторной деятельности центральной нервной системы. Было бы ошибочным полагать суп.1,ествование в центральной нервной системе отдельных механизмов, регулирующих превращения отдельных групп веществ. Процесс обмена веществ между организмом и внешней средой, лежащей в основе проявления жизни,— единый биологический процесс и если его расчленяют на процессы превращения отдельных веществ, то это делают только с целью более глубокого его познания и изучения. [c.459]

    Кортизон, один из 20 гормонов, вырабатываемых корой надпочечников. Регулирует обмен углеводов, применяется при лечении многих тяжелых болезней (ревматизм, бронхиальная астма, воспалительные процессы, аллергические заболевания). Кортизон получают синтетически, исходя из более доступных стероидных соединений, например, холестерина или соласодина (последний выделяют из растения палсен птичий ). Получают синтетически и аналоги кортизона, например, преднизалон. [c.450]

    Т. получают обычными методами удлинения углеродной цепп нз D- и Ь-гл1щеринового альдегида илп укорачиванием цепи из соответствующих пентоз или гексоз. В природе свободные Т. не обнаружены. В виде фосфатов встречается D-эрнтроза, которая является важным промежуточным продуктом в обмене углеводов, животных, растений, н D-эритрулоза. [c.63]

    КАЛЬЦИЙ. Са. Химический элемент П группы периодической системы элементов. Двувалентный щелочноземельный металл. Атомный вес 40,08. В почвах К. содержится в форме карбонатов, силикатов, гипса, поглощенного К. и бикарбоната К., в количествах, обеспечивающих питание растений. Наименее богаты К. подзолистые почвы (5—8 мэкв поглощенного К. на 100 г почвы) и наиболее богаты им черноземные почвы (около 40 мэкв). Недостаток К. в почвах обусловливает их кислотность, для нейтрализации которой производится известкование. Для ул чшения физических свойств засоленных почв применяется гипсование — внесение сульфата К. К. необходим для нормального произрастания растений и особенно для хорошего развития их корневой системы. Он оказывает большое влияние на обмен углеводов и азотистых веществ в растениях, нейтрализует кислоты, в стареющих листьях замещает калий и другие элементы. К. вносится в почвы с рядом удобрений— фосфоритной мукой, суперфосфатом, преципитатом, кальциевой селитрой, цианамидом кальция и др. Для защиты растений применяется в форме извести хлорной и ряда ядохимикатов. В организме животных входит в состав костей его недостаток может вызывать рахит и размягчение костей — остеомаляцию. Имеет большое значение в обмене веществ. Животные получают К. с растительной пищей. При недостатке его в рационе применяются различные кальциевые подкормки ракушечник, костяная мука, обес-фторенный фосфат, мел и др. [c.122]

    О влиянии дихлордифеиилтрихлорэтана на обмен веществ растений имеются различные данные. Опрыскивание листьев пшеницы дихлордифенилтрихлорэтаном вызывало повышение содержания растворимых углеводов и азота [310]. Увеличение урожаев (например, картофеля [917, 568]) после проведения обработок дихлордифенилтрихлорэтаном должно быть отнесено к положительному влиянию его на усвояемость растениями фосфора [121]. [c.209]

    Цинк принимает непосредственное участие в синтезе хлорофилла и оказывает влияние на фотосинтез и углеводный обмен в растениях. При улучшении условий питания растений этим элементом интенсивность фотосинтеза увеличивается , при недостатке же цинка — падает и уменьшается содержание хлорофилла. В опытах В. П. Боженко цинк наряду с. молибденом и бором значительно повышал синтез сахарозы и крахмала, а также общее содержание углеводов в наздемной массе и корнях красного клевера одновременно повышалось также содержание белковых веществ в растениях. В опытах М. Г. Абуталыбова внесение цинка также увеличивало содержание редуцирующих сахаров, сахарозы и общее количество сахаров в листьях пшеницы. [c.240]

    Влияние форм азотных удобрений на углеводно-белковый обмен характеризуется данными таблиц 5 и 6, Для одределенпя белков и углеводов растения убирали в 8 часов утра. После уборки листья отделяли от стеблей, измельчали и фиксировали паром в течение 15 минут, после чего высушивали до постоянного веса при температуре 60 . [c.150]

    Единство и теснейшая связь процессов брожения и дыхания растений, микроорганизмов и животных вытекают из того факта, что почти у всех живых организмов имеются одинаковые ферменты и те же основные промежуточные продукты, которые образуются в процессе их жизнедеятельности. Начальные этапы распада углеводов при анаэробном и аэробно.м дыхании одинаковы и начинаются с образования фосфорных эфиров глюкозы, именно глюкозо-1-фосфата, глюкозо-6-фосфата и фруктозо-1,6-дифосфата. Фосфорилирование глюкозы является необходимым условием как при аэробном распаде углеводов до углекислого газа и воды во время дыхания, так и при распаде углеводов в анаэробных условиях с образованием молочной кислоты и спирта. Пути аэробного и анаэробного распада углеводов расходятся на стадии образования пировиноградной кислоты в животные тканях или соответственно уксусного альдегида в дрожжевых клетках. Пировиноградная кислота занимает центральное положение в обмене углеводов. Она образуется из глюкозы (после фосфорилирования) или из гликогена (после фосфоролиза) путем нормального гликолиза. В анаэробных условиях пировиноградная кислота либо распадается в результате прямого декарбоксилирования, как это наблюдается в дрожжах, либо восстанавливается водородом до молочной кислоты, как это имеет место в мышцах. Спирт и молочная кислота являются конечными продуктами анаэробного обмена. В аэробных условиях пи-роаиноградная кислота полностью окисляется до углекислого газа и воды, [c.339]

    Аневрин в животном организме принимает участие в синтезе жирных кислот из углеводов. Вероятно, в растении этот процесс протекает также при участии аневрина, причем кокарбоксилазное действие аневрина в обмене углеводов катализируется солями марганца. [c.74]

chem21.info

Доклад - Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений

Олимпиадная работа

по биологии

на тему: "Роль углеводов и жиров

в повышении морозоустойчивости

клеток и тканей растений "

Выполнил:

ученик 11 класса

Галанов Николай

2000 год

Содержание

I. Цель работы… стр 3

II. Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений… стр 4

III. Биосинтез углеводов в зелёных растениях… стр 7

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений… стр 9

IV. Биосинтез липидов… стр10

Механизм защитного действия жиров… стр11

V. Опыты и наблюдения:… стр12

1. Опыт № 1 «Много ли питательных веществ

в опавших листьях?»… стр12

2. Опыт № 2 «Судьба запасённого крахмала»… стр12

3. Опыт № 3 «Повышение морозоустойчивости растений»… стр14

4. Пояснение к опыту № 3… стр15

VI.Общий вывод по проделанной работе… стр16

VII. Список использованной литературы… стр18

VIII. Приложение:

Рис. 1. Последовательное «разъедание»

крахмального зерна ферментом амилазой… стр19

Цель работы.

1. Подобрать и изучить материал в научной литературе по проблеме биосинтеза углеводов, липидов, их роли жизни растений.

2. Изучить материал по роли углеводов, липидов в повышении морозоустойчивости растений.

3. Изучить материал о возможностях перехода углеводов в энергию, механизме защитного действия жиров клеток и тканей растений от низких температур.

4. Провести наблюдения и опыты, подтверждающие переход крахмала в растворимые сахара, оттекающие из листьев в запасающие органы растений.

5. На опыте проследить колебание содержания крахмала в древесине за период осень-зима-весна у некоторых лиственных и хвойных пород деревьев.

6. Провести опыт по искусственному увеличению морозостойкости клеток и тканей корнеплода свёклы столовой, используя растворы сахарозы разной концентрации.

7. На основе материалов и фактических данных сформулировать общий вывод по данной теме.

Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений.

По отношению к температуре как к экологическому фактору различают 2 группы растений: теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (психрофилы). Теплолюбивыми называются растения, которые хорошо растут и развиваются в условиях высоких температур, холодолюбивые — растения, способные расти в условиях довольно низких температур.

Настоящими термофилами являются растения — выходцы из тропических районов. Они совсем не переносят низких температур и гибнут уже при 0ºС. П ри наступлении холодов термофилы начинают болеть, а если охлаждение продолжительно, то могут погибнуть даже без физического замораживания. Причиной гибели в этих случаях обычно являются нарушения в обмене веществ. Оказывается, что при действии холода на теплолюбивые растения физиологические процессы в них подавляются неодинаково. В результате образуются несвойственные растениям продукты, в том числе и вредные для организма вещества, которые постепенно отравляют растение и приводят его к гибели. Эта точка зрения на «простуду» теплолюбивых растений и их гибель, установившаяся давно, широко принята и в настоящее время.

Однако у большинства термофилов уже при температуре +40ºС наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50ºС многие погибают. Гибель растений при высоких температурах во многом объясняется отравляющим действием аммиака, который накапливается в тканях растений при распаде белков и аминокислот, а также действием других веществ типа токсинов, отравляющих цитоплазму. При температуре от +50ºС и выше к этому отравляющему действию присоединяется свёртывание цитоплазмы, что ускоряет процесс отмирания. У жаростойких же растений лучше проявляется способность накапливать органические кислоты, которые связывают аммиак, делая его неопасным для растений.

Морозостойкость — это свойство организмов, тесно связанное с их физиологическим состоянием, которое, в свою очередь, обусловлено условиями жизни, особенно сезонным ритмом температурного режима.

Морозоустойчивость растений объясняется рядом особенностей. По мнению большинства ученых, она связана, во-первых, с происхождением вида. Например, выходцы с Востока обычно более морозостойки, чем западные виды. Особенно чувствительны к морозы виды южного происхождения. При этом следует учитывать характер местообитаний, выходцами из которых растения являются. Известно, что растения равнинных мест зоны тропических лесов и жарких пустынь совершенно неморозостойки, а растения высокогорной той же тропической зоны проявляют высокую способность к холодостойкости.

Другой очень важной особенностью, обеспечивающей морозостойкость растений, является их способность проходить закаливание. Под закаливаением понимают приобретение растениями свойств зимостойкости[1] под влиянием комплекса внешних условий. При этом происходят изменения физиологического состояния растений.

Закалка озимых и древесных пород проходит в два этапа. На первом этапе в зимующих органах идёт накопление сахаров, обусловленное дневными (+10...+15ºС) и ночными (около 0ºС) температурами. В этих условиях идущий днём процесс фотосинтеза даёт большое количество сахаров, при низких ночных температурах они не успевают тратиться на дыхание и рост, а откладываются про запас. Второй этап закаливания протекает в растениях при слабых морозах (-2...-5ºС), во время которых организм приобретает полную морозостойкость. К этому моменту фотосинтез уже прекращается, а в клетках и тканях растений завершается целый ряд своеобразных биохимических и биофизических процессов. В итоге заметно повышается осмотическое давление, усиливается вязкость цитоплазмы, в клеточном соке увеличивается количество дубильных веществ и антоциана. Большая часть запасного крахмала превращается вновь в сахара. Интересно, что с наступлением зимы в клетках тканей коры у многих хвойных растений наряду с сахарозой, глюкозой и фруктозой в значительном количестве имеются и такие сахара, как стахиоза и рафиноза, которые летом там практически отсутствуют.

Как показали исследования, закаливание растений во многом зависит от накопления запасных питательных веществ. Причем в надземных органах растений обычно откладываются сахара и масла, а в подземных органах — крахмал. Накопленные вещества растение использует в течение зимы на дыхание. За счет этих же веществ осуществляется рост растений в начале весны.

Большой запас сахара, главным образом глюкозы, содержащейся в зимующих органах растений, привёл учёных к выводу о его защитной роли, проявляющейся не только в увеличении осмотического давления в клетках, но и в специфическом химическом действии его на цитоплазму, благодаря чему под влиянием мороза не происходит коагуляции. Кроме того, у растений наблюдается большое накопление масла во внутренних слоях древесины, оно повышает устойчивость организмов к сильным морозам. Масло прежде всего вытесняет воду из вакуолей и этим предохраняет её от замерзания. Далее, откладываясь в самой цитоплазме, делает её несравненно более стойкой к морозу и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода. Такую же роль играют и другие откладываемые в вакуоли и протоплазме вещества — крахмал и белки. Все они непосредственно защищают цитоплазму от мороза.

Однако морозостойкость растений нельзя объяснить только накоплением в их клетках запасных питательных веществ. Исследования показали, что осенью в процессе закаливания растения претерпевают и другие изменения. Особенно большое значение имеет повышение водоудерживающей способности цитоплазмы. Вода в ней становится как бы связанной. В таком состоянии она трудно испаряется и замерзает, трудно отжимается под давлением, отличается большой плотностью и утрачивает в значительной мере свойство растворителя. Вода становится кристаллической по структуре, хотя и сохраняет жидкое состояние. Между частичками цитоплазмы и водой устанавливается единство структуры. В известной мере вода входит в состав макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Заморозить её в таком состоянии, то есть перевести в твёрдое тело, практически невозможно. Такого рода изменения водных свойств цитоплазмы особенно важны, именно они во многом определяют морозостойкость растений.

Морозостойкость зависит и от того, как растения провели вегетационный период. Например, плодовые деревья, перенёсшие летом засуху, будут менее морозостойки, чем деревья, выросшие в условиях обильного полива. Позднелетняя подкормка также снижает морозостойкость.

Одна только способность переносить большие морозы ещё не позволяет растениям существовать в условиях умеренного холодного пояса и в приполярных районах. Значительно важнее зимостойкая способность видов, то есть способность переживать в течение длительного времени ( иногда 8-9 месяцев в году) не только действие низких температур, но и выпревание, вымокание, действие ледяной корки, а также частые смены температуры воздуха — то оттепель, то замораживание и многое другое.

Растения по-разному приспосабливаются к переживанию этого периода. Одни переносят зиму в состоянии органического и вынужденного покоя. У других, помимо физиологических, появляется целый ряд анатомо-морфологических особенностей: распластанные по земле стебли и листья, горизонтальное нарастание побегов, подземное расположение узлов кущения и корневых шеек, листопадность ( а у вечнозелёных — способность листьев скручиваться и целый ряд других изменений, благодаря которым уменьшается испаряющая поверхность), развитие мощного слоя пробки, белоствольность и другие признаки, позволяющие избегать ожогов коры, почечные чешуи, их тёмная окраска, кожистость — всё это прямо или косвенно помогает растениям выжить зимой.

Биосинтез углеводов в зелёных растениях.

Физиологические и биохимические процессы в зелёном растении тесно связаны с углеводами. Они составляют 75-80% сухого вещества тела растительного организма и служат основным питательным и скелетным материалами клеток и тканей растения.

Основной орган биосинтеза в растении — лист. Характерная его особенность — сочетание фото- и биосинтезов. В листе происходит трансформация энергии, обмен углеводов, аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов.

В прорастающих семенах и пробуждающихся почках происходят процессы мобилизации запасных веществ. Наиболее характерная черта этих процессов — распад сложных запасных веществ на более простые. Полисахариды распадаются на моносахариды. Эти реакции происходят с присоединением воды и относятся к типу гидролитических.

Крахмал состоит на 96,1-97,6 % из полисахаридов двух типов — амилозы и аминопектина, различающихся своими физическими и химическими свойствами. В крахмале содержится фосфорная кислота (до 0,7%) и некоторые высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и другие).

Крахмал — основное запасное вещество большинства растений. У прорастающих семян под микроскопом можно наблюдать «разъедание» крахмальных зёрен (см. рис. 1). Это процесс гидролитического распада полисахаридов на моносахариды.

В быту известно явление, когда охлаждённый при 1-2 ºС картофель приобретает сладковатый вкус. У картофеля гидролиз крахмала происходит при пониженной температуре, процесс дыхания при этом угнетается, вследствие чего использование сахаров уменьшается. Таким образом, в клубнях происходит односторонний процесс — гидролиз крахмала до гексоз и их накопление.

Мучнистый вкус семян благодаря наличию большого количества крахмала сменяется при прорастании сладковатым вследствие накопления в них глюкозы.

Превращение крахмала в сахар происходит под влиянием фермента амилазы. Более обстоятельное изучение фермента амилазы показало, что это смесь двух ферментов — α- и β-амилазы, которые действуют параллельно и расщепляют гигантскую молекулу крахмала на более мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами, и дисахаридов, назвываемых мальтозы.

Количество амилазы в семени, находящемся в состоянии покоя, незначительно, но с прорастанием с семени оно возрастает. Центром образования амилазы, например, в зёрнах пшеницы или кукурузы является зародыш, в частности его щиток, а также алейроновый слой, окружающий эндосперм. Образующиеся ферменты α- и β-амилаза диффундируют в ткани эндосперма и вызывают расщепление крахмала. Осахаривание крахмала в эндосперме идут до конца только в том случае, когда он находится в тесном контакте с молодым побегом, который непрерывно поглощает и использует сахар, образующийся при гидролизе.

Гликозиды — сложные вещества, образующиеся из сахаров (в основном из глюкозы) и одного или нескольких компонентов «несахаров» — агликонов.

К цианогенным гликозидам, содержащим синильную кислоту, относится вицин семян с некоторых видов вики и фасоли. У белого клевера, сорго содержится ряд цианогенных гликозидов, токсичных для животных. В растении картофеля образуются ядовитые для человека и животных гликоалкалоиды — гликозиды, у которых в качестве агликона входит алкалоидсоланидин. Эти вещества, обладающие горьким вкусом, называются соланинами и чаконинами. В картофельном растении клубни, а также стебли содержат меньше гликоалкалоидов по сравнению с другими органами (молодыми листьями, цветками, ягодами). Наибольшее количество гликоалкалоидов содержат ростки (4-5 мг % массы сухого вещества). Молодые клубни картофеля содержат около 10 мг % гликоалкалоидов, а зрелые 2-4 мг %. При хранении клубней на свету количество гликоалкалоидов значительно возрастает, особенно в позеленевших участках, примыкающих к эпидермису. Установлено, что картофель с содержанием гликоалкалоидов в количестве 20 мг % и более опасен для потребления, особенно если клубни варились в кожуре.

Большинство красных, голубых и пурпурных пигментов клеточного сока листьев лепестков цветков, плодов, корней, стеблей многих растений ( васильков, столовой свёклы, вишни, сливы, смородины, малины и других), относится к группе веществ — антоцианам. Антоцианы — это гетерогликозиды, образующиеся в растениях в результате взаимодействия между сахарами и комплексными соединениями антоцианидинами ( агликоны). Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях; гликозиды считаются также запасным материалом для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений.

Морозоустойчивость — способность растений переносить температуру ниже 0ºС. Разные растения переносят зимние условия, находясь в различном состоянии. У одноклеточных растений зимуют семена, нечувствительные к морозам, у много летних — защищённые слоем земли и снега клубни, луковицы и корневища, а также надземные древесные стебли. У озимых растений и древесных пород ткани под воздействием морозов могут промёрзнуть насквозь, однако растения не погибают. У них достаточно высокая морозоустойчивость.

Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках. В зимующих листьях и других частях растения накапливается много сахара. Сахар является веществом, защищающим белковые соединения от коагуляции при вымораживании, и поэтому его можно назвать защитным. При наличии достаточного количества сахара в клетках повышаются водоудерживающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество прочно связанной и уменьшается содержание свободной воды. Связанная с коллоидами вода при действии низких температур не превращается в лёд. У ряда древесных пород в результате превращения углеводов в древесине накапливаются жиры, которые не замерзают и проявляют защитные действия в зимний период.

Биосинтез липидов.

Липазы — ферменты из класса гидролаз, широко распространены в растениях. Под их воздействием происходит гидролиз жиров до глицерина и жирных кислот.

Схема превращения жиров в запасающих органах растения :

ГЛИЦЕРИН ТРИОЗОФОСФАТЫ

ЖИРЫ УГЛЕВОДЫ

ЖИРНЫЕ

КИСЛОТЫ АЦЕТИЛКОФЕРМЕНТ А

ЦИКЛ ДИ- И ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

CO2 и h3 0

Фермент липаза катализирует гидролиз жиров с присоединением воды до свободных жирных кислот:

Ch3 — O — OC — R1 Ch3 — OH R1 COOH

CH — O — OC — R2 + 3h3 O ЛИПАЗА CH — OH + R2 COOH

Ch3 — O — OC — R3 Ch3 — OH R3 COOH

ЖИР ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ

КИСЛОТЫ,

где R1, R2, R3 — радикалы высокомолекулярных жирных кислот.

Жирные кислоты подвергаются активации и окислению. В качестве продукта реакции образуются молекулы ацетилкофермента-А, которые вовлекаются в цмкл трикарбоновых кислот.

При созревании семян из сахаров, альдегидов, глицерина и жирных кислот синтезируются жиры. Липазы также катализируют превращения липидов, входящих в систему клеточных мембран, состоящих их двух слоёв липидов и двух нелипидных слоёв.

Липоиды — это химически близкие к жирам вещества. У них обычно один жирнокислотный остаток заменён другим веществом, например, гликолипиды, у которых один остаток жирной кислоты замещён сахаром. Гликолипиды содержатся в листьях. К липоидам относятся и фосфолипиды.

Липоиды входят в состав клеточных органоидов — митохондрий и пластид; принимают участие в регуляции проницаемости клетки для поступающих в неё веществ. Воска предохраняют листья, стебли и плоды от высыхания, предупреждают смачивание водой, предохраняют от повреждения инфекционными болезнями.

Учёные разработали теорию транспорта органических веществ, по которой процесс передвижения органических веществ по ситовидным трубкам связан с обменом веществ и использованием энергии дыхания (АТФ). Доказано, что быстрое движение органических веществ сопровождается интенсивным дыханием. У древесных растений важной потребляющей зоной является камбиальный слой ствола ветвей, корней. Ежегодное утолщение стволов деревьев, образовывание колец наглядно свидетельствует об этом. В годы обильного плодоношения древесных пород в силу большого притока «органики» наблюдается ограничение питания и уменьшение годичного прироста древесины.

Средняя скорость движения для различных веществ в растении может быть такой (см в час): аминокислоты — 90, сахароза 70-80, неорганические соли 20-40.

Таким образом, перемещение и транспортировка органических веществ в растении — сложный физиологический процесс.

Механизм защитного действия липидов.

Он связан с регуляцией содержания воды в клетках. У морозоустойчивых видов подготовка к зиме начинается заранее. Один из её этапов — обезвоживание клеток. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду. Оставшаяся вода прочно связана с молекулами белков, углеводов и теряет способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда в клетках кристаллы льда не образуются. При значительном понижении температуры кристаллы льда начинают образовываться в межклетниках. Кристаллы растут, оттягивая воду из клеток. Сильное обезвоживание тоже вредно: оно приводит к разрушению структуры мембран, белков, нуклеиновых кислот. Увеличение содержания жиров на поверхности протоплазмы препятствует дальнейшему выходу воды из клеток и тем самым повышает устойчивость растений к морозам. Морозостойкость связана с накопление в клетках не только жиров: но и растворимых сахаров.

Опыты и наблюдения.

Опыт № 1 «Много ли питательных веществ в опавших листьях ? »

Цель: убедиться в способности растений экономить питательные вещества с помощью метода крахмальной пробы.

Оборудование и объекты: раствор Люголя, 50 мл 96 % этилового спирта, 30 зелёных листьев с верхушки побега и 30 жёлтых листьев с основания побега тополя обыкновенного.

Ход опыта :

1. Дата проведения опыта 13.09.00. Сорвал с тополя обыкновенного по 30 листьев- зелёных с верхушки побега и жёлтых — с основания побега.

2. Прокипятил отдельно жёлтые и зелёные листья в воде до полного отмирания клеток. Затем поместил в горячий спирт (на водяной бане) для удаления пигментов.

3. Обесцвеченные листья обработал раствором Люголя.

4. Результаты опыта: зелёные листья под действием йода окрасились в синий цвет, а жёлтые не изменили окраски.

Вывод: посинение листьев происходит в результате взаимодействия йода с крахмалом, следовательно, жёлтые листья крахмала не содержат. Перед листопадом крахмал превращается в растворимые сахара, которые по проводящим пучкам перемещаются в запасающие органы: стебель и корень (древесные растения), семена (травянистые одно- двухлетние). В клетках стебля и корня из растворимых сахаров снова синтезируется крахмал.

Опыт № 2: «Судьба» запасного крахмала".

Цель: проследить за превращениями запасного крахмала в стеблях хвойных и лиственных пород деревьев.

Оборудование и объекты: раствор Люголя, кусочки побегов ивы козьей, сирени обыкновенной, лиственницы европейской, сосны обыкновенной.

Ход опыта :

1. Опыт начат 30.10.99 года, после окончания листопада.

2. Один раз в месяц срезал по 2 небольших побега ивы козьей, сирени обыкновенной, лиственницы обыкновенной, сосны обыкновенной. Делал продольный расщеп и с помощью раствора Люголя определял наличие крахмала.

3. Содержание крахмала выражал в баллах:

4 балла — иссиня-чёрный цвет (содержание крахмала высокое)

3 балла — тёмно-синий цвет (содержание крахмала среднее)

2 балла — светло-синий цвет (содержание крахмала низкое)

1 балл — голубой цвет (следы крахмала)

0 баллов — жёлтый цвет (крахмал отсутствует).

4. Результаты опытов занёс в таблицу:

Таблица № 1 «Изменение содержания крахмала в стеблях древесных пород»

Опыт проведён в трёх повторностях для получения более достоверного результата.

Вывод: наблюдал колебание содержания крахмала, к середине зимы у сосны и лиственницы крахмал почти исчез. Такие колебания связаны с распадом крахмала и накоплением жиров в вакуолях клеток и в цитоплазме. Накопление жиров в клетках позволяет растениям перезимовать. Эти процессы усиливаются при наступлении сильных холодов. Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокоотделения и распускания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров

У ивы и сирени пробы немного отличаются от проб на крахмал у хвойных. Не наблюдается полного исчезновения крахмала к середине зимы, так как он служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к морозам. Поэтому в зависимости от характера превращения крахмала древесные растения делят на две группы: крахмалистые (куда вошли ива и сирень) маслянистые (хвойные).

Опыт № 3 «Повышение морозоустойчивости растений»

Цель: выяснить роль сахара в повышении морозоустойчивости тканей корнеплода свёклы столовой.

Оборудование и объекты: корнеплод свёклы столовой, 3 пробирки, штатив, термометр (на 25ºС), лёд, поваренная соль, пробочное сверло, растворы сахарозы.

Ход опыта:

1. Пробочным сверлом из корнеплода вырезал 6 небольших одинаковых пластинок (2х0,5 см) пластинок.

2. Тщательно промыл их водой, чтобы удалить антоциан (содержится в вакуолях клеток, растворимый в воде — бетацианин) из разрезанных клеток.

3. Поместил пластинки свёклы в пробирки.

В первую налили на 1/4 объёма воду.

Во вторую пробирку — столько же 0.5 М раствора сахарозы.

В третью — столько 1,0 М раствора сахарозы.

Количество раствора в пробирках и количество пластинок свёклы одинаково.

4. Пробирки поместил в охлаждающую смесь: к 3 частям измельчённого льда добавил 1 часть поваренной слои, перемещал.

5. Измерил температуру смеси, когда она опустилась до 20ºС, содержимое пробирки замёрзло.

6. Через 20 минут достал пробирки и поставил в стакан с водой комнатной температуры для оттаивания. После этого сравнил окраску раствора в пробирках.

Таблица № 2 «Влияние сахарозы на морозоустойчивость тканей корнеплода свёклы столовой»

Вывод: выход антоцианов из вакуолей в раствор означает, что клетки погибли, мембраны их разрушены и уже не могут удержать содержимое клетки. В пробирках с 0,5 М и 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от контроля. Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окрашен раствор. Уменьшение выхода антоциана из тканей корнеплода свёклы, находившихся в растворах сахарозы, свидетельствует о том, что сахарозы оказала защитное действие на цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от концентрации сахарозы: в более концентрированном растворе (1,0 М растворе) повреждение тканей оказалось минимальным.

Пояснение к опыту №3.

Внезапное, в течение 15-20 минут, понижение температуры от+20 до -20ºС вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру клеток, они погибают. Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано с поступление сахарозы из раствора в клетки и с выходом воды из клеток в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, так как сахарозы, связывая внутриклеточную воду, уменьшает её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в клетках 10% сахаров, у озимых злаков — до 50%.

Результаты опытов позволяют понять, почему для успешной зимовки, как озимых травянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень.

При пониженных ночных температурах, замедляющий отток сахаров в другие части растения, в зелёных листьях накапливаются углеводы. Самая низкая температура, которую выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой ржи — около -30ºС на уровне почвы.

Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки древесных пород в Сибири выдерживают до -70ºС. Такая температура наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, берёзы пушистая, осина. Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придаёт состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, изменение состава белков.

Общий вывод по проделанной работе.

По ходу выполнения работы я подбирал и изучал специальный литературу по данной теме, провёл опыты и наблюдения.

1. Физиологические и биохимические процессы в зелёных растениях тесно связаны с углеводами, которые вырабатываются в клетках самого растения. Углеводы — основные питательные и скелетные материалы клеток и тканей растения. Крахмал является основным углеводом, состоит из амилозы и амилопектина и некоторого количества других веществ. Крахмал подвергается реакциям гидролиза, с образованием моносахаридов, реакции катализируются ферментами α- и β-амилазами.

К группе Углеводов гликозидов относятся антоцианы — основные пигменты клеточного сока окрашенных частей растений (лепестков цветков, плодов, корней, стеблей).

Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях, также гликозиды — запасной материал для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

2. Большая роль принадлежит углеводам в повышении морозоустойчивости тканей и клеток растений, позволяя им переносить температуру ниже 0ºС. Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках.

Проведя опыты, я убедился, что перед листопадом крахмал превращается в растворимые сахара и оттекает в запасающие органы: стебли, корни, семена. В последних происходит обратные реакции — превращение сахаров в крахмал. То есть, растения способны «экономить» углеводы, так как их роль в жизни растения очень значима.

3. В ходе проведения длительного наблюдения за «судьбой» запасного крахмала выяснил, что к середине зимы крахмал из древесины сосны и лиственницы «исчезает». Происходит химическая перестройка углеводов, они превращаются в жиры, что помогает клеткам этих растений перезимовать. Эти процессы усиливаются с наступлением сильных холодов. Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокодвижения и распускания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров. Такие процессы происходят в древесине маслянистых пород деревьев (хвойных). В древесине «крахмалистых» пород (иве и сирени) не происходит полного перехода крахмала в жиры, часть его остаётся, так как крахмал также служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут зимой. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду. Остальная вода прочно связана с молекулами белков и углеводов, теряет способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда в клетках не образуются.

4. Выяснил на опыте, как углевод сахароза повышает морозоустойчивость такого запасающего органа как корнеплод свёклы столовой. Внезапное понижение температуры вызвало в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру клеток и они погибают. Наблюдал защитное действие сахарозы на клетки корнеплода, так как из раствора сахароза поступает в клетки, а вода из клеток — в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, так как сахароза связывает внутриклеточную воду, уменьшает её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному. Степень окрашивания определял по выходу из вакуолей разрушенных клеток антоциана — бетациана.

В результат выполнения этой работы я расширил свой кругозор в области физиологии растений, узнал много новых и интересных фактов из жизни растений.

Список использованной литературы.

1. Гусева М.В. «Малый практикум по физиологии растений» Москва, 1997 год.

2. Крамер П.Д., Козловский Г.Г. " Физиология древесных растений", Москва, 1998 год.

3. Кретович В.Л. " Биохимия растений", Москва, 1990 года

4. Кудряшов К.В., Родионова Г.Б., Гуленкова Б.А., Козлова В.Н. " Ботаника с основами экологии" Москва, «Мир», 1996 год.

5. Пономарёва И.Н. «Экология растений с основами биогеоценологии» Москва, «Просвещение», 1978 год

6. Туманов И.И. «Физиология закаливания и морозостойкости растений» Москва, «Наука», 1998 года.

7. К. Вилли, «Биология», Москва, «Мир», 1997 год.

8. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор «Биология», Москва «Мир», 1996.

[1] Зимостойкость — способность растений переносить различные неблагоприятные условия в течение холодного времени года.

Холодостойкость — способность растений переносить низкие положительные температуры.

www.ronl.ru

Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений

Олимпиадная работа

по биологии

на тему: "Роль углеводов и жиров

в повышении морозоустойчивости

клеток и тканей растений "

Выполнил:

ученик 11 класса

Галанов Николай

2000 год

Содержание

I. Цель работы................................................................................................... стр 3

II. Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений...................... стр 4

III. Биосинтез углеводов в зелёных растениях.............................................. стр 7

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений............... стр 9

IV. Биосинтез липидов..................................................................................... стр10

Механизм защитного действия жиров..................................................... стр11

V. Опыты и наблюдения: ............................................................................ стр12

1. Опыт № 1 "Много ли питательных веществ

в опавших листьях?" ..................................................... стр12

2. Опыт № 2 "Судьба запасённого крахмала"..................................... стр12

3. Опыт № 3 "Повышение морозоустойчивости растений"............... стр14

4. Пояснение к опыту № 3..................................................................... стр15

VI.Общий вывод по проделанной работе.................................................... стр16

VII. Список использованной литературы.....................................................стр18

VIII. Приложение:

Рис. 1. Последовательное "разъедание"

крахмального зерна ферментом амилазой...................................... стр19

Цель работы.

1. Подобрать и изучить материал в научной литературе по проблеме биосинтеза углеводов, липидов, их роли жизни растений.

2. Изучить материал по роли углеводов, липидов в повышении морозоустойчивости растений.

3. Изучить материал о возможностях перехода углеводов в энергию, механизме защитного действия жиров клеток и тканей растений от низких температур.

4. Провести наблюдения и опыты, подтверждающие переход крахмала в растворимые сахара, оттекающие из листьев в запасающие органы растений.

5. На опыте проследить колебание содержания крахмала в древесине за период осень-зима-весна у некоторых лиственных и хвойных пород деревьев.

6. Провести опыт по искусственному увеличению морозостойкости клеток и тканей корнеплода свёклы столовой, используя растворы сахарозы разной концентрации.

7. На основе материалов и фактических данных сформулировать общий вывод по данной теме.

Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений.

По отношению к температуре как к экологическому фактору различают 2 группы растений: теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (психрофилы). Теплолюбивыми называются растения, которые хорошо растут и развиваются в условиях высоких температур, холодолюбивые - растения, способные расти в условиях довольно низких температур.

Настоящими термофилами являются растения - выходцы из тропических районов. Они совсем не переносят низких температур и гибнут уже при 0ºС. П ри наступлении холодов термофилы начинают болеть, а если охлаждение продолжительно, то могут погибнуть даже без физического замораживания. Причиной гибели в этих случаях обычно являются нарушения в обмене веществ. Оказывается, что при действии холода на теплолюбивые растения физиологические процессы в них подавляются неодинаково. В результате образуются несвойственные растениям продукты, в том числе и вредные для организма вещества, которые постепенно отравляют растение и приводят его к гибели. Эта точка зрения на "простуду" теплолюбивых растений и их гибель, установившаяся давно, широко принята и в настоящее время.

Однако у большинства термофилов уже при температуре +40ºС наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50ºС многие погибают. Гибель растений при высоких температурах во многом объясняется отравляющим действием аммиака, который накапливается в тканях растений при распаде белков и аминокислот, а также действием других веществ типа токсинов, отравляющих цитоплазму. При температуре от +50ºС и выше к этому отравляющему действию присоединяется свёртывание цитоплазмы, что ускоряет процесс отмирания. У жаростойких же растений лучше проявляется способность накапливать органические кислоты, которые связывают аммиак, делая его неопасным для растений.

Морозостойкость - это свойство организмов, тесно связанное с их физиологическим состоянием, которое, в свою очередь, обусловлено условиями жизни, особенно сезонным ритмом температурного режима.

Морозоустойчивость растений объясняется рядом особенностей. По мнению большинства ученых, она связана, во-первых, с происхождением вида. Например, выходцы с Востока обычно более морозостойки, чем западные виды. Особенно чувствительны к морозы виды южного происхождения. При этом следует учитывать характер местообитаний, выходцами из которых растения являются. Известно, что растения равнинных мест зоны тропических лесов и жарких пустынь совершенно неморозостойки, а растения высокогорной той же тропической зоны проявляют высокую способность к холодостойкости.

Другой очень важной особенностью, обеспечивающей морозостойкость растений, является их способность проходить закаливание. Под закаливаением понимают приобретение растениями свойств зимостойкости[1] под влиянием комплекса внешних условий. При этом происходят изменения физиологического состояния растений.

Закалка озимых и древесных пород проходит в два этапа. На первом этапе в зимующих органах идёт накопление сахаров, обусловленное дневными (+10...+15ºС) и ночными (около 0ºС) температурами. В этих условиях идущий днём процесс фотосинтеза даёт большое количество сахаров, при низких ночных температурах они не успевают тратиться на дыхание и рост, а откладываются про запас. Второй этап закаливания протекает в растениях при слабых морозах (-2...-5ºС), во время которых организм приобретает полную морозостойкость. К этому моменту фотосинтез уже прекращается, а в клетках и тканях растений завершается целый ряд своеобразных биохимических и биофизических процессов. В итоге заметно повышается осмотическое давление, усиливается вязкость цитоплазмы, в клеточном соке увеличивается количество дубильных веществ и антоциана. Большая часть запасного крахмала превращается вновь в сахара. Интересно, что с наступлением зимы в клетках тканей коры у многих хвойных растений наряду с сахарозой, глюкозой и фруктозой в значительном количестве имеются и такие сахара, как стахиоза и рафиноза, которые летом там практически отсутствуют.

Как показали исследования, закаливание растений во многом зависит от накопления запасных питательных веществ. Причем в надземных органах растений обычно откладываются сахара и масла, а в подземных органах - крахмал. Накопленные вещества растение использует в течение зимы на дыхание. За счет этих же веществ осуществляется рост растений в начале весны.

Большой запас сахара, главным образом глюкозы, содержащейся в зимующих органах растений, привёл учёных к выводу о его защитной роли, проявляющейся не только в увеличении осмотического давления в клетках, но и в специфическом химическом действии его на цитоплазму, благодаря чему под влиянием мороза не происходит коагуляции. Кроме того, у растений наблюдается большое накопление масла во внутренних слоях древесины, оно повышает устойчивость организмов к сильным морозам. Масло прежде всего вытесняет воду из вакуолей и этим предохраняет её от замерзания. Далее, откладываясь в самой цитоплазме, делает её несравненно более стойкой к морозу и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода. Такую же роль играют и другие откладываемые в вакуоли и протоплазме вещества - крахмал и белки. Все они непосредственно защищают цитоплазму от мороза.

Однако морозостойкость растений нельзя объяснить только накоплением в их клетках запасных питательных веществ. Исследования показали, что осенью в процессе закаливания растения претерпевают и другие изменения. Особенно большое значение имеет повышение водоудерживающей способности цитоплазмы. Вода в ней становится как бы связанной. В таком состоянии она трудно испаряется и замерзает, трудно отжимается под давлением, отличается большой плотностью и утрачивает в значительной мере свойство растворителя. Вода становится кристаллической по структуре, хотя и сохраняет жидкое состояние. Между частичками цитоплазмы и водой устанавливается единство структуры. В известной мере вода входит в состав макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Заморозить её в таком состоянии, то есть перевести в твёрдое тело, практически невозможно. Такого рода изменения водных свойств цитоплазмы особенно важны, именно они во многом определяют морозостойкость растений.

Морозостойкость зависит и от того, как растения провели вегетационный период. Например, плодовые деревья, перенёсшие летом засуху, будут менее морозостойки, чем деревья, выросшие в условиях обильного полива. Позднелетняя подкормка также снижает морозостойкость.

Одна только способность переносить большие морозы ещё не позволяет растениям существовать в условиях умеренного холодного пояса и в приполярных районах. Значительно важнее зимостойкая способность видов, то есть способность переживать в течение длительного времени ( иногда 8-9 месяцев в году) не только действие низких температур, но и выпревание, вымокание, действие ледяной корки, а также частые смены температуры воздуха - то оттепель, то замораживание и многое другое.

Растения по-разному приспосабливаются к переживанию этого периода. Одни переносят зиму в состоянии органического и вынужденного покоя. У других, помимо физиологических, появляется целый ряд анатомо-морфологических особенностей: распластанные по земле стебли и листья, горизонтальное нарастание побегов, подземное расположение узлов кущения и корневых шеек, листопадность ( а у вечнозелёных - способность листьев скручиваться и целый ряд других изменений, благодаря которым уменьшается испаряющая поверхность), развитие мощного слоя пробки, белоствольность и другие признаки, позволяющие избегать ожогов коры, почечные чешуи, их тёмная окраска, кожистость - всё это прямо или косвенно помогает растениям выжить зимой.

mirznanii.com

Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений

Биосинтез углеводов в зелёных растениях.

Физиологические и биохимические процессы в зелёном растении тесно связаны с углеводами. Они составляют 75-80% сухого вещества тела растительного организма и служат основным питательным и скелетным материалами клеток и тканей растения.

Основной орган биосинтеза в растении - лист. Характерная его особенность - сочетание фото- и биосинтезов. В листе происходит трансформация энергии, обмен углеводов, аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов.

В прорастающих семенах и пробуждающихся почках происходят процессы мобилизации запасных веществ. Наиболее характерная черта этих процессов - распад сложных запасных веществ на более простые. Полисахариды распадаются на моносахариды. Эти реакции происходят с присоединением воды и относятся к типу гидролитических.

Крахмал состоит на 96,1-97,6 % из полисахаридов двух типов - амилозы и аминопектина, различающихся своими физическими и химическими свойствами. В крахмале содержится фосфорная кислота (до 0,7%) и некоторые высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и другие).

Крахмал - основное запасное вещество большинства растений. У прорастающих семян под микроскопом можно наблюдать "разъедание" крахмальных зёрен (см. рис. 1). Это процесс гидролитического распада полисахаридов на моносахариды.

В быту известно явление, когда охлаждённый при 1-2 ºС картофель приобретает сладковатый вкус. У картофеля гидролиз крахмала происходит при пониженной температуре, процесс дыхания при этом угнетается, вследствие чего использование сахаров уменьшается. Таким образом, в клубнях происходит односторонний процесс - гидролиз крахмала до гексоз и их накопление.

Мучнистый вкус семян благодаря наличию большого количества крахмала сменяется при прорастании сладковатым вследствие накопления в них глюкозы.

Превращение крахмала в сахар происходит под влиянием фермента амилазы. Более обстоятельное изучение фермента амилазы показало, что это смесь двух ферментов - α- и β-амилазы, которые действуют параллельно и расщепляют гигантскую молекулу крахмала на более мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами, и дисахаридов, назвываемых мальтозы.

Количество амилазы в семени, находящемся в состоянии покоя, незначительно, но с прорастанием с семени оно возрастает. Центром образования амилазы, например, в зёрнах пшеницы или кукурузы является зародыш, в частности его щиток, а также алейроновый слой, окружающий эндосперм. Образующиеся ферменты α- и β-амилаза диффундируют в ткани эндосперма и вызывают расщепление крахмала. Осахаривание крахмала в эндосперме идут до конца только в том случае, когда он находится в тесном контакте с молодым побегом, который непрерывно поглощает и использует сахар, образующийся при гидролизе.

Гликозиды - сложные вещества, образующиеся из сахаров (в основном из глюкозы) и одного или нескольких компонентов "несахаров" - агликонов.

К цианогенным гликозидам, содержащим синильную кислоту, относится вицин семян с некоторых видов вики и фасоли. У белого клевера, сорго содержится ряд цианогенных гликозидов, токсичных для животных. В растении картофеля образуются ядовитые для человека и животных гликоалкалоиды - гликозиды, у которых в качестве агликона входит алкалоидсоланидин. Эти вещества, обладающие горьким вкусом, называются соланинами и чаконинами. В картофельном растении клубни, а также стебли содержат меньше гликоалкалоидов по сравнению с другими органами (молодыми листьями, цветками, ягодами). Наибольшее количество гликоалкалоидов содержат ростки (4-5 мг % массы сухого вещества). Молодые клубни картофеля содержат около 10 мг % гликоалкалоидов, а зрелые 2-4 мг %. При хранении клубней на свету количество гликоалкалоидов значительно возрастает, особенно в позеленевших участках, примыкающих к эпидермису. Установлено, что картофель с содержанием гликоалкалоидов в количестве 20 мг % и более опасен для потребления, особенно если клубни варились в кожуре.

Большинство красных, голубых и пурпурных пигментов клеточного сока листьев лепестков цветков, плодов, корней, стеблей многих растений ( васильков, столовой свёклы, вишни, сливы, смородины, малины и других), относится к группе веществ - антоцианам . Антоцианы - это гетерогликозиды, образующиеся в растениях в результате взаимодействия между сахарами и комплексными соединениями антоцианидинами ( агликоны). Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях; гликозиды считаются также запасным материалом для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений.

Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже 0ºС. Разные растения переносят зимние условия, находясь в различном состоянии. У одноклеточных растений зимуют семена, нечувствительные к морозам, у много летних - защищённые слоем земли и снега клубни , луковицы и корневища, а также надземные древесные стебли. У озимых растений и древесных пород ткани под воздействием морозов могут промёрзнуть насквозь, однако растения не погибают. У них достаточно высокая морозоустойчивость.

Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках. В зимующих листьях и других частях растения накапливается много сахара. Сахар является веществом, защищающим белковые соединения от коагуляции при вымораживании, и поэтому его можно назвать защитным. При наличии достаточного количества сахара в клетках повышаются водоудерживающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество прочно связанной и уменьшается содержание свободной воды. Связанная с коллоидами вода при действии низких температур не превращается в лёд. У ряда древесных пород в результате превращения углеводов в древесине накапливаются жиры, которые не замерзают и проявляют защитные действия в зимний период.

Биосинтез липидов.

Липазы - ферменты из класса гидролаз, широко распространены в растениях. Под их воздействием происходит гидролиз жиров до глицерина и жирных кислот.

Схема превращения жиров в запасающих органах растения :

CO2 и h3 0

Фермент липаза катализирует гидролиз жиров с присоединением воды до свободных жирных кислот:

Ch3 - O - OC - R3 Ch3 - OH R3 COOH

ЖИР ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ

КИСЛОТЫ,

где R1, R2, R3 - радикалы высокомолекулярных жирных кислот.

Жирные кислоты подвергаются активации и окислению. В качестве продукта реакции образуются молекулы ацетилкофермента-А, которые вовлекаются в цмкл трикарбоновых кислот.

При созревании семян из сахаров, альдегидов, глицерина и жирных кислот синтезируются жиры. Липазы также катализируют превращения липидов, входящих в систему клеточных мембран, состоящих их двух слоёв липидов и двух нелипидных слоёв.

Липоиды - это химически близкие к жирам вещества. У них обычно один жирнокислотный остаток заменён другим веществом, например, гликолипиды, у которых один остаток жирной кислоты замещён сахаром. Гликолипиды содержатся в листьях. К липоидам относятся и фосфолипиды.

Липоиды входят в состав клеточных органоидов - митохондрий и пластид; принимают участие в регуляции проницаемости клетки для поступающих в неё веществ. Воска предохраняют листья, стебли и плоды от высыхания, предупреждают смачивание водой, предохраняют от повреждения инфекционными болезнями.

Учёные разработали теорию транспорта органических веществ, по которой процесс передвижения органических веществ по ситовидным трубкам связан с обменом веществ и использованием энергии дыхания (АТФ). Доказано, что быстрое движение органических веществ сопровождается интенсивным дыханием. У древесных растений важной потребляющей зоной является камбиальный слой ствола ветвей, корней. Ежегодное утолщение стволов деревьев, образовывание колец наглядно свидетельствует об этом. В годы обильного плодоношения древесных пород в силу большого притока "органики" наблюдается ограничение питания и уменьшение годичного прироста древесины.

mirznanii.com

Роль и функции углеводов в организме человека

Углеводы – это самый распространенный класс органических веществ. Роль углеводов в организме разнообразна, зависит от их строения, места образования. Максимальное количество углеводов содержится в растениях, где их концентрация достигает 90%. Это объясняется способностью растений синтезировать углеводы из углекислого газа и воды под действием лучей солнца. Называется такая реакция фотосинтезом.

В фотосинтезе принимает участие пигмент хлорофилл. В животных организмах концентрация углеводов значительно меньше, составляет в среднем 2% от массы тела. Некоторые авторы указывают содержание 20%, подразумевая концентрацию в сухом остатке живых существ. В организме человека, по мнению профессора А.П. Нечаева, содержание углеводов не превышает 1% от массы всего тела.

Образование углеводов в живых системах происходит иначе, чем в растениях. Есть также различия в строении.

Состав углеводов

Название класса сформулировали первооткрыватели, у которых сложилось впечатление о содержании в новых веществах угля – углерода и воды в строго определенном соотношении. Впоследствии был установлено, что строение и состав углеводов несколько иной. Название осталось. В начале 20 века Международная комиссия рекомендовала другое название, которое на практике не закрепилось. Приводить его здесь не имеет смысла.

Углеводы – огромный класс веществ, который принято подразделять на простые и сложные

Простые углеводы, несмотря на название, устроены не очень просто. Называют их моносахаридами. По количеству атомов углерода они подразделяются на группы. В целом атомов углерода и атомов кислорода у них содержится поровну, количество атомов водорода вдвое больше, чем каждого из указанных.

1. Триозы – содержат в основе молекулы три атома углерода. В свободном виде встречаются редко. Производные триоз, содержащие фосфор, образуются при расщеплении углеводов в организме человека.
2. Тетрозы распространены мало.
3. Пентозы (5 атомов углерода в скелете молекулы) встречаются в природе чаще, обычно, как составляющая часть более крупных соединений.
4. Гексозы – самая важная и распространенная группа простых углеводов. Они содержат 6 атомов углерода. К гексозам относится глюкоза, фруктоза, галактоза и многие другие вещества. Самый важный простой углевод, обеспечивающий все обменные процессы человека, — это глюкоза. В биохимических реакциях в организме она участвует в виде фосфорных производных. Сложные углеводы также подразделяются на группы. Атомов кислорода в них меньше, чем атомов углерода. Сложные углеводы могут иметь средние размеры и очень большие размеры.

Сложные углеводы средних размеров называют сахароподобными или олигосахаридами. Приставка в переводе с греческого обозначает «малый». Они содержат до 10 остатков моносахаридов.

1. Сложные углеводы с очень большой молекулярной массой называют несахароподобными или полисахаридами.
2. Они имеют длинные, иногда разветвленные цепи из моносахаридов. При разрушении под действием воды все полисахариды в конечном итоге распадаются до смеси моносахаридов.

Роль углеводов в организме

В целом в биосфере углеводов содержится больше, чем всех остальных органических соединений в сумме. Простые и сложные углеводы в равной мере важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Главные функции углеводов в организме можно представить в перечне.

• При окислении 1 гр углеводов в организме образуется 4 ккал энергии, часть из которой расходуется на обеспечение нужд органов, тканей, работу сердца, мышц. «Лишняя» энергия, не востребованная в данный момент времени, может запасаться в особенном соединении – АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). При появлении потребности АТФ может расщепляться и снабжать организм недостающей энергией. Углеводы обеспечивают 58% суточных энергозатрат человека.

• Разнообразно участие углеводов в непосредственном и опосредованном построении тканей организма.
  • Сложные производные – мукополисахариды формируют соединительные ткани, хрящевое наполнение суставов.
  • Остатки моносахаридов, образующиеся при расщеплении углеводов в организме, используются для образования (биосинтеза) новых белков, липидов.

• Функции углеводов в клетке заключаются в регуляции обмена жиров. Часто при сильных физических нагрузках, низком содержании углеводов в рационе происходит накопление вредных продуктов, например, ацетона. Все особенности питания в период активных физических занятий целесообразно согласовать со специалистом.

• Многие моносахариды имеют сладкий вкус, доставляют удовольствие при приеме пищи. Это один из необходимых источников положительных эмоций, необходимых для нормальной работы нервной системы.

• Простые и сложные углеводы участвуют в запасании (депонировании) энергии. При избытке моносахаридов из них образуется полисахарид – гликоген, который накапливается в печени и мышцах.

• Разнообразны специфические функции углеводов в организме.
  • Сложные производные принимают участие в формировании группы крови.
  • Некоторые биополимеры, имеющие углеводную составляющую, расщепляют чужеродные вирусы, токсины.
  • Комплексы белков с углеводами обеспечивают передачу нервных импульсов.
  • Гепарин предотвращает образование сгустков в кровеносных сосудах.

• Важна функция углеводов в клетках печени. Глюкуроновая кислота, образующаяся при окислении глюкозы, связывает токсины в печени, превращает их в растворимую форму, которая легко выводится из организма.

Расщепление углеводов в организме

По пищевой ценности углеводы подразделяют на усваиваемые  и неусваиваемые.

К усваиваемым относят:

• моносахариды,
• сахароподобные сложные углеводы,
• некоторые несахароподобные углеводы.

Из полисахаридов человек может усваивать только крахмал, гликоген (животный крахмал).

Легче всего усваиваются углеводы с маленькой и средней массой молекулы. По этому признаку происходит деление на быстрые и медленные углеводы.

• Моносахариды, например глюкоза, усваиваются очень быстро, т.к. ей не нужно претерпевать никаких предварительных реакций. Углеводы, состоящие из смеси двух моносахаридов усваиваются тоже быстро. Например, мед состоит из смеси равных частей глюкозы и фруктозы. Глюкоза к усвоению готова. Фруктозе нужно только немного видоизмениться.

• Огромные молекулы полисахаридов, типа крахмала, гликогена, усваиваются медленнее. Цепь, состоящая из нескольких тысяч звеньев сначала должна претерпеть расщепление до моносахаридов. На это уходит время и некоторая энергия.

Быстрые и медленные углеводы

Быстрые и медленные углеводы одинаково важны для человека. Следует учитывать скорость их расщепления, в соответствии с которой корректировать рацион. Интенсивность процессов усвоения углеводов характеризуется гипогликемическим индексом углеводов, который отображает способность продукта повышать уровень глюкозы в крови. Чем быстрее происходит всасывание в пищевом тракте, тем быстрее увеличивается концентрация глюкозы в крови.

• Максимальный гипогликемический индекс углеводов имеет глюкоза, 105 единиц. Солодовый сахар – мальтоза, состоящий из двух остатков глюкозы имеет показатель 100 единиц.

• Фруктоза характеризуется цифрой 20. Это объясняется тем, что для превращения в глюкозу она должна перегруппироваться (изомеризоваться). На такую трансформацию фруктозы требуется время.

• Низкий показатель фруктозы объясняет не очень высокие цифры ГИ для сахарозы (59). Она состоит из двух связанных звеньев, одним из которых является фруктоза. Нужно звенья сначала расщепить, потом фруктозе видоизмениться.

• У меда такие же моносахариды – глюкоза и фруктоза, но они не связаны друг с другом, находятся в смеси. Звенья расщеплять не нужно. ГИ меда выше, чем у сахарозы, составляет 87.

• У крахмала, содержащегося в приготовленных продуктах: вареном белом рисе, картофеле, пшеничном хлебе ГИ не мал, составляет 72; 90, 72, соответственно. Это объясняется расщеплением молекул крахмала при термической обработке.

Углеводы, в отличие от жиров и белков, начинают расщепляться уже в ротовой полости. В слюне присутствует фермент, ускоряющий эти процессы. Это одна из причин, из-за которой пищу рекомендуют тщательно пережевывать. Затем расщепление продолжается в остальных отделах пищевого тракта. В конечном итоге все усвояемые углеводы расщепляются, превращаются в глюкозу.

• Часть глюкозы окисляется с образованием энергии.
• Другая часть расщепляется и поставляет осколки молекул в другие обменные.
• «Лишняя» глюкоза запасается в виде животного крахмала – гликогена, откладывается в печени и мышцах про запас.

Полисахариды: целлюлоза, инулин, пектин  не усваиваются в организме. Они относятся к балластным веществам.

Роль балластных веществ

• Клетчатка, которая относится к неусваиваемым веществам, усиливает работу кишечника. Она инициирует сокращение гладких мышц, благодаря которому пища эффективнее продвигается по кишечному тракту.
• Балластные вещества препятствуют гниению остатков пищи в кишечнике, нормализуют его микрофлору.
• Пектиновые вещества, которые также не усваиваются организмом человека, способствуют выведению солей тяжелых металлов, радионуклеидов, токсичных компонентов. Диету с повышенным содержанием пектиновых веществ назначали ликвидаторам последствий трагедии на ЧАЭС.
• Балластные вещества способствуют выведению излишков холестерина.
• Пищевые волокна нормализуют обмен жиров, минимизируя вероятность появления ожирения.

Источники углеводов

Из всего количества потребляемых человеком углеводов 80% составляет крахмал и тростниковый сахар — сахароза. Крахмал содержится в значительных количествах в картофеле, зерновых, бобовых культурах. В пшенице, просе, рисе, гречихе крахмала содержится более 50%, в горохе  — 44%, в овсе – 36,5%. Из приведенных зерновых гречиха отличается максимальным содержанием клетчатки – 10,8%. Это в 2 раза больше, чем в горохе; в 4 раза больше, чем в кукурузе, любых сортах пшеницы. Важно отметить, что при повышении сортности хлеба в нем в 1,5 раза в среднем увеличивается содержание крахмала и в 3 раза сокращается концентрация клетчатки. Для здорового питания рекомендуют употреблять хлеб из муки с минимальной степенью очистки, грубого помола.

• В период развития человечество старалось максимально очистить пищевое сырье. Научились освобождать зерна круп от микропримесей шелухи, рафинировать и отбеливать сахар. Со временем выяснилось, что в процессе старательной очистки пищевого сырья теряется много ценных компонентов. В продаже стал появляться хлеб грубого помола, желтый сахар, не полностью отбеленный рис. На отечественном рынке ассортимент здоровых продуктов еще не очень велик, но тенденция обнадеживает.

Главные источники углеводов – это овощи и фрукты

• Самый распространенный простой углевод – глюкоза (виноградный сахар). Ее много в ягодах, фруктах, меде, зеленых частях растений.
• Фруктоза содержится в меде, свекле, фруктах, входит составной частью в тростниковый сахар.
• Тростниковый сахар – сахарозу получают из сахарного тростника, свеклы. Концентрация сахарозы велика в продуктах, к которым ее добавляют. Это кондитерские изделия, соки, джемы, напитки, мороженое.
• Молочный сахар лактоза содержится в молоке. Это очень полезное вещество для детей и части взрослых, у которых сохранилась активность фермента ее расщепляющего. Взрослые люди у которых этот фермент уже не активен, цельное молоко переваривают плохо. В таком случае лучше употреблять кисломолочные продукты.

Неусваиваемые углеводы  содержатся в овощах, фруктах. В кожуре цитрусовых, например, их содержится до 30%; в кожуре яблок – до 20%.

Сколько углеводов нужно в день

Рекомендации должны быть индивидуальными, определяться энергозатратами человека.  Ответить на вопрос — сколько углеводов нужно в день употреблять каждому – сложно. Средний диапазон – 365 – 500 гр в сутки. В России принята норма – 5 гр усваиваемых углеводов на 1 кг массы тела. При тяжелой физической работе эта цифра может быть увеличена до 8 гр.

При этом содержание крахмала может составлять 350 гр, простых и сахароподобных сложных углеводов – от 50 гр до 100 гр. Последние рекомендации ВОЗ устанавливают 10% предел содержания свободных, быстрых сахаров. Минимальная масса балластных веществ – 25 гр. Людям, увлекающимся любыми видами спорта, норму следует уточнить у специалиста, располагающего информацией об индивидуальной физической нагрузке.

Избыток углеводов в организме вызывает системные нарушения обмена всех веществ. Заболевания, связанные с неправильной организацией питания называются алиментарными. При  избытке углеводов в организме перегружается поджелудочная железа, которая продуцирует гормон – инсулин. Это может привести к диабету, ожирению, нарушению работы нервной системы.

Недостаток углеводов в организме приводит к понижению энергетического тонуса. Человек может ощущать упадок сил, апатию, постепенно проявляются нарушения липидного обмена. Могут возникать негативные проявления со стороны деятельности нервной системы. Первые признаки недостатка углеводов в организме должны послужить сигналом к необходимости изменить рацион.

Разумный подход к организации питания будет вознагражден хорошим физическим состоянием человека.

Алексей Динулов, Элит — Тренер FPA

leaderfit.ru

Шпаргалка - Роль углеводов и жиров в повышении морозоустойчивости растений

Олимпиадная работа

по биологии

на тему: "Роль углеводов и жиров

в повышении морозоустойчивости

клеток и тканей растений "

Выполнил:

ученик 11 класса

Галанов Николай

2000 год

Содержание

I. Цель работы… стр 3

II. Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений… стр 4

III. Биосинтез углеводов в зелёных растениях… стр 7

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений… стр 9

IV. Биосинтез липидов… стр10

Механизм защитного действия жиров… стр11

V. Опыты и наблюдения:… стр12

1. Опыт № 1 «Много ли питательных веществ

в опавших листьях?»… стр12

2. Опыт № 2 «Судьба запасённого крахмала»… стр12

3. Опыт № 3 «Повышение морозоустойчивости растений»… стр14

4. Пояснение к опыту № 3… стр15

VI.Общий вывод по проделанной работе… стр16

VII. Список использованной литературы… стр18

VIII. Приложение:

Рис. 1. Последовательное «разъедание»

крахмального зерна ферментом амилазой… стр19

Цель работы.

1. Подобрать и изучить материал в научной литературе по проблеме биосинтеза углеводов, липидов, их роли жизни растений.

2. Изучить материал по роли углеводов, липидов в повышении морозоустойчивости растений.

3. Изучить материал о возможностях перехода углеводов в энергию, механизме защитного действия жиров клеток и тканей растений от низких температур.

4. Провести наблюдения и опыты, подтверждающие переход крахмала в растворимые сахара, оттекающие из листьев в запасающие органы растений.

5. На опыте проследить колебание содержания крахмала в древесине за период осень-зима-весна у некоторых лиственных и хвойных пород деревьев.

6. Провести опыт по искусственному увеличению морозостойкости клеток и тканей корнеплода свёклы столовой, используя растворы сахарозы разной концентрации.

7. На основе материалов и фактических данных сформулировать общий вывод по данной теме.

Особенности теплолюбивых и холодолюбивых растений.

По отношению к температуре как к экологическому фактору различают 2 группы растений: теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (психрофилы). Теплолюбивыми называются растения, которые хорошо растут и развиваются в условиях высоких температур, холодолюбивые — растения, способные расти в условиях довольно низких температур.

Настоящими термофилами являются растения — выходцы из тропических районов. Они совсем не переносят низких температур и гибнут уже при 0ºС. П ри наступлении холодов термофилы начинают болеть, а если охлаждение продолжительно, то могут погибнуть даже без физического замораживания. Причиной гибели в этих случаях обычно являются нарушения в обмене веществ. Оказывается, что при действии холода на теплолюбивые растения физиологические процессы в них подавляются неодинаково. В результате образуются несвойственные растениям продукты, в том числе и вредные для организма вещества, которые постепенно отравляют растение и приводят его к гибели. Эта точка зрения на «простуду» теплолюбивых растений и их гибель, установившаяся давно, широко принята и в настоящее время.

Однако у большинства термофилов уже при температуре +40ºС наблюдаются признаки угнетения, а при 45+...+50ºС многие погибают. Гибель растений при высоких температурах во многом объясняется отравляющим действием аммиака, который накапливается в тканях растений при распаде белков и аминокислот, а также действием других веществ типа токсинов, отравляющих цитоплазму. При температуре от +50ºС и выше к этому отравляющему действию присоединяется свёртывание цитоплазмы, что ускоряет процесс отмирания. У жаростойких же растений лучше проявляется способность накапливать органические кислоты, которые связывают аммиак, делая его неопасным для растений.

Морозостойкость — это свойство организмов, тесно связанное с их физиологическим состоянием, которое, в свою очередь, обусловлено условиями жизни, особенно сезонным ритмом температурного режима.

Морозоустойчивость растений объясняется рядом особенностей. По мнению большинства ученых, она связана, во-первых, с происхождением вида. Например, выходцы с Востока обычно более морозостойки, чем западные виды. Особенно чувствительны к морозы виды южного происхождения. При этом следует учитывать характер местообитаний, выходцами из которых растения являются. Известно, что растения равнинных мест зоны тропических лесов и жарких пустынь совершенно неморозостойки, а растения высокогорной той же тропической зоны проявляют высокую способность к холодостойкости.

Другой очень важной особенностью, обеспечивающей морозостойкость растений, является их способность проходить закаливание. Под закаливаением понимают приобретение растениями свойств зимостойкости[1] под влиянием комплекса внешних условий. При этом происходят изменения физиологического состояния растений.

Закалка озимых и древесных пород проходит в два этапа. На первом этапе в зимующих органах идёт накопление сахаров, обусловленное дневными (+10...+15ºС) и ночными (около 0ºС) температурами. В этих условиях идущий днём процесс фотосинтеза даёт большое количество сахаров, при низких ночных температурах они не успевают тратиться на дыхание и рост, а откладываются про запас. Второй этап закаливания протекает в растениях при слабых морозах (-2...-5ºС), во время которых организм приобретает полную морозостойкость. К этому моменту фотосинтез уже прекращается, а в клетках и тканях растений завершается целый ряд своеобразных биохимических и биофизических процессов. В итоге заметно повышается осмотическое давление, усиливается вязкость цитоплазмы, в клеточном соке увеличивается количество дубильных веществ и антоциана. Большая часть запасного крахмала превращается вновь в сахара. Интересно, что с наступлением зимы в клетках тканей коры у многих хвойных растений наряду с сахарозой, глюкозой и фруктозой в значительном количестве имеются и такие сахара, как стахиоза и рафиноза, которые летом там практически отсутствуют.

Как показали исследования, закаливание растений во многом зависит от накопления запасных питательных веществ. Причем в надземных органах растений обычно откладываются сахара и масла, а в подземных органах — крахмал. Накопленные вещества растение использует в течение зимы на дыхание. За счет этих же веществ осуществляется рост растений в начале весны.

Большой запас сахара, главным образом глюкозы, содержащейся в зимующих органах растений, привёл учёных к выводу о его защитной роли, проявляющейся не только в увеличении осмотического давления в клетках, но и в специфическом химическом действии его на цитоплазму, благодаря чему под влиянием мороза не происходит коагуляции. Кроме того, у растений наблюдается большое накопление масла во внутренних слоях древесины, оно повышает устойчивость организмов к сильным морозам. Масло прежде всего вытесняет воду из вакуолей и этим предохраняет её от замерзания. Далее, откладываясь в самой цитоплазме, делает её несравненно более стойкой к морозу и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода. Такую же роль играют и другие откладываемые в вакуоли и протоплазме вещества — крахмал и белки. Все они непосредственно защищают цитоплазму от мороза.

Однако морозостойкость растений нельзя объяснить только накоплением в их клетках запасных питательных веществ. Исследования показали, что осенью в процессе закаливания растения претерпевают и другие изменения. Особенно большое значение имеет повышение водоудерживающей способности цитоплазмы. Вода в ней становится как бы связанной. В таком состоянии она трудно испаряется и замерзает, трудно отжимается под давлением, отличается большой плотностью и утрачивает в значительной мере свойство растворителя. Вода становится кристаллической по структуре, хотя и сохраняет жидкое состояние. Между частичками цитоплазмы и водой устанавливается единство структуры. В известной мере вода входит в состав макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Заморозить её в таком состоянии, то есть перевести в твёрдое тело, практически невозможно. Такого рода изменения водных свойств цитоплазмы особенно важны, именно они во многом определяют морозостойкость растений.

Морозостойкость зависит и от того, как растения провели вегетационный период. Например, плодовые деревья, перенёсшие летом засуху, будут менее морозостойки, чем деревья, выросшие в условиях обильного полива. Позднелетняя подкормка также снижает морозостойкость.

Одна только способность переносить большие морозы ещё не позволяет растениям существовать в условиях умеренного холодного пояса и в приполярных районах. Значительно важнее зимостойкая способность видов, то есть способность переживать в течение длительного времени ( иногда 8-9 месяцев в году) не только действие низких температур, но и выпревание, вымокание, действие ледяной корки, а также частые смены температуры воздуха — то оттепель, то замораживание и многое другое.

Растения по-разному приспосабливаются к переживанию этого периода. Одни переносят зиму в состоянии органического и вынужденного покоя. У других, помимо физиологических, появляется целый ряд анатомо-морфологических особенностей: распластанные по земле стебли и листья, горизонтальное нарастание побегов, подземное расположение узлов кущения и корневых шеек, листопадность ( а у вечнозелёных — способность листьев скручиваться и целый ряд других изменений, благодаря которым уменьшается испаряющая поверхность), развитие мощного слоя пробки, белоствольность и другие признаки, позволяющие избегать ожогов коры, почечные чешуи, их тёмная окраска, кожистость — всё это прямо или косвенно помогает растениям выжить зимой.

Биосинтез углеводов в зелёных растениях.

Физиологические и биохимические процессы в зелёном растении тесно связаны с углеводами. Они составляют 75-80% сухого вещества тела растительного организма и служат основным питательным и скелетным материалами клеток и тканей растения.

Основной орган биосинтеза в растении — лист. Характерная его особенность — сочетание фото- и биосинтезов. В листе происходит трансформация энергии, обмен углеводов, аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов.

В прорастающих семенах и пробуждающихся почках происходят процессы мобилизации запасных веществ. Наиболее характерная черта этих процессов — распад сложных запасных веществ на более простые. Полисахариды распадаются на моносахариды. Эти реакции происходят с присоединением воды и относятся к типу гидролитических.

Крахмал состоит на 96,1-97,6 % из полисахаридов двух типов — амилозы и аминопектина, различающихся своими физическими и химическими свойствами. В крахмале содержится фосфорная кислота (до 0,7%) и некоторые высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и другие).

Крахмал — основное запасное вещество большинства растений. У прорастающих семян под микроскопом можно наблюдать «разъедание» крахмальных зёрен (см. рис. 1). Это процесс гидролитического распада полисахаридов на моносахариды.

В быту известно явление, когда охлаждённый при 1-2 ºС картофель приобретает сладковатый вкус. У картофеля гидролиз крахмала происходит при пониженной температуре, процесс дыхания при этом угнетается, вследствие чего использование сахаров уменьшается. Таким образом, в клубнях происходит односторонний процесс — гидролиз крахмала до гексоз и их накопление.

Мучнистый вкус семян благодаря наличию большого количества крахмала сменяется при прорастании сладковатым вследствие накопления в них глюкозы.

Превращение крахмала в сахар происходит под влиянием фермента амилазы. Более обстоятельное изучение фермента амилазы показало, что это смесь двух ферментов — α- и β-амилазы, которые действуют параллельно и расщепляют гигантскую молекулу крахмала на более мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами, и дисахаридов, назвываемых мальтозы.

Количество амилазы в семени, находящемся в состоянии покоя, незначительно, но с прорастанием с семени оно возрастает. Центром образования амилазы, например, в зёрнах пшеницы или кукурузы является зародыш, в частности его щиток, а также алейроновый слой, окружающий эндосперм. Образующиеся ферменты α- и β-амилаза диффундируют в ткани эндосперма и вызывают расщепление крахмала. Осахаривание крахмала в эндосперме идут до конца только в том случае, когда он находится в тесном контакте с молодым побегом, который непрерывно поглощает и использует сахар, образующийся при гидролизе.

Гликозиды — сложные вещества, образующиеся из сахаров (в основном из глюкозы) и одного или нескольких компонентов «несахаров» — агликонов.

К цианогенным гликозидам, содержащим синильную кислоту, относится вицин семян с некоторых видов вики и фасоли. У белого клевера, сорго содержится ряд цианогенных гликозидов, токсичных для животных. В растении картофеля образуются ядовитые для человека и животных гликоалкалоиды — гликозиды, у которых в качестве агликона входит алкалоидсоланидин. Эти вещества, обладающие горьким вкусом, называются соланинами и чаконинами. В картофельном растении клубни, а также стебли содержат меньше гликоалкалоидов по сравнению с другими органами (молодыми листьями, цветками, ягодами). Наибольшее количество гликоалкалоидов содержат ростки (4-5 мг % массы сухого вещества). Молодые клубни картофеля содержат около 10 мг % гликоалкалоидов, а зрелые 2-4 мг %. При хранении клубней на свету количество гликоалкалоидов значительно возрастает, особенно в позеленевших участках, примыкающих к эпидермису. Установлено, что картофель с содержанием гликоалкалоидов в количестве 20 мг % и более опасен для потребления, особенно если клубни варились в кожуре.

Большинство красных, голубых и пурпурных пигментов клеточного сока листьев лепестков цветков, плодов, корней, стеблей многих растений ( васильков, столовой свёклы, вишни, сливы, смородины, малины и других), относится к группе веществ — антоцианам. Антоцианы — это гетерогликозиды, образующиеся в растениях в результате взаимодействия между сахарами и комплексными соединениями антоцианидинами ( агликоны). Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях; гликозиды считаются также запасным материалом для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

Роль углеводов в повышении морозоустойчивости растений.

Морозоустойчивость — способность растений переносить температуру ниже 0ºС. Разные растения переносят зимние условия, находясь в различном состоянии. У одноклеточных растений зимуют семена, нечувствительные к морозам, у много летних — защищённые слоем земли и снега клубни, луковицы и корневища, а также надземные древесные стебли. У озимых растений и древесных пород ткани под воздействием морозов могут промёрзнуть насквозь, однако растения не погибают. У них достаточно высокая морозоустойчивость.

Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках. В зимующих листьях и других частях растения накапливается много сахара. Сахар является веществом, защищающим белковые соединения от коагуляции при вымораживании, и поэтому его можно назвать защитным. При наличии достаточного количества сахара в клетках повышаются водоудерживающие силы коллоидов протопласта, увеличивается количество прочно связанной и уменьшается содержание свободной воды. Связанная с коллоидами вода при действии низких температур не превращается в лёд. У ряда древесных пород в результате превращения углеводов в древесине накапливаются жиры, которые не замерзают и проявляют защитные действия в зимний период.

Биосинтез липидов.

Липазы — ферменты из класса гидролаз, широко распространены в растениях. Под их воздействием происходит гидролиз жиров до глицерина и жирных кислот.

Схема превращения жиров в запасающих органах растения :

ГЛИЦЕРИН ТРИОЗОФОСФАТЫ

ЖИРЫ УГЛЕВОДЫ

ЖИРНЫЕ

КИСЛОТЫ АЦЕТИЛКОФЕРМЕНТ А

ЦИКЛ ДИ- И ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

CO2 и h3 0

Фермент липаза катализирует гидролиз жиров с присоединением воды до свободных жирных кислот:

Ch3 — O — OC — R1 Ch3 — OH R1 COOH

CH — O — OC — R2 + 3h3 O ЛИПАЗА CH — OH + R2 COOH

Ch3 — O — OC — R3 Ch3 — OH R3 COOH

ЖИР ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ

КИСЛОТЫ,

где R1, R2, R3 — радикалы высокомолекулярных жирных кислот.

Жирные кислоты подвергаются активации и окислению. В качестве продукта реакции образуются молекулы ацетилкофермента-А, которые вовлекаются в цмкл трикарбоновых кислот.

При созревании семян из сахаров, альдегидов, глицерина и жирных кислот синтезируются жиры. Липазы также катализируют превращения липидов, входящих в систему клеточных мембран, состоящих их двух слоёв липидов и двух нелипидных слоёв.

Липоиды — это химически близкие к жирам вещества. У них обычно один жирнокислотный остаток заменён другим веществом, например, гликолипиды, у которых один остаток жирной кислоты замещён сахаром. Гликолипиды содержатся в листьях. К липоидам относятся и фосфолипиды.

Липоиды входят в состав клеточных органоидов — митохондрий и пластид; принимают участие в регуляции проницаемости клетки для поступающих в неё веществ. Воска предохраняют листья, стебли и плоды от высыхания, предупреждают смачивание водой, предохраняют от повреждения инфекционными болезнями.

Учёные разработали теорию транспорта органических веществ, по которой процесс передвижения органических веществ по ситовидным трубкам связан с обменом веществ и использованием энергии дыхания (АТФ). Доказано, что быстрое движение органических веществ сопровождается интенсивным дыханием. У древесных растений важной потребляющей зоной является камбиальный слой ствола ветвей, корней. Ежегодное утолщение стволов деревьев, образовывание колец наглядно свидетельствует об этом. В годы обильного плодоношения древесных пород в силу большого притока «органики» наблюдается ограничение питания и уменьшение годичного прироста древесины.

Средняя скорость движения для различных веществ в растении может быть такой (см в час): аминокислоты — 90, сахароза 70-80, неорганические соли 20-40.

Таким образом, перемещение и транспортировка органических веществ в растении — сложный физиологический процесс.

Механизм защитного действия липидов.

Он связан с регуляцией содержания воды в клетках. У морозоустойчивых видов подготовка к зиме начинается заранее. Один из её этапов — обезвоживание клеток. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду. Оставшаяся вода прочно связана с молекулами белков, углеводов и теряет способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда в клетках кристаллы льда не образуются. При значительном понижении температуры кристаллы льда начинают образовываться в межклетниках. Кристаллы растут, оттягивая воду из клеток. Сильное обезвоживание тоже вредно: оно приводит к разрушению структуры мембран, белков, нуклеиновых кислот. Увеличение содержания жиров на поверхности протоплазмы препятствует дальнейшему выходу воды из клеток и тем самым повышает устойчивость растений к морозам. Морозостойкость связана с накопление в клетках не только жиров: но и растворимых сахаров.

Опыты и наблюдения.

Опыт № 1 «Много ли питательных веществ в опавших листьях ? »

Цель: убедиться в способности растений экономить питательные вещества с помощью метода крахмальной пробы.

Оборудование и объекты: раствор Люголя, 50 мл 96 % этилового спирта, 30 зелёных листьев с верхушки побега и 30 жёлтых листьев с основания побега тополя обыкновенного.

Ход опыта :

1. Дата проведения опыта 13.09.00. Сорвал с тополя обыкновенного по 30 листьев- зелёных с верхушки побега и жёлтых — с основания побега.

2. Прокипятил отдельно жёлтые и зелёные листья в воде до полного отмирания клеток. Затем поместил в горячий спирт (на водяной бане) для удаления пигментов.

3. Обесцвеченные листья обработал раствором Люголя.

4. Результаты опыта: зелёные листья под действием йода окрасились в синий цвет, а жёлтые не изменили окраски.

Вывод: посинение листьев происходит в результате взаимодействия йода с крахмалом, следовательно, жёлтые листья крахмала не содержат. Перед листопадом крахмал превращается в растворимые сахара, которые по проводящим пучкам перемещаются в запасающие органы: стебель и корень (древесные растения), семена (травянистые одно- двухлетние). В клетках стебля и корня из растворимых сахаров снова синтезируется крахмал.

Опыт № 2: «Судьба» запасного крахмала".

Цель: проследить за превращениями запасного крахмала в стеблях хвойных и лиственных пород деревьев.

Оборудование и объекты: раствор Люголя, кусочки побегов ивы козьей, сирени обыкновенной, лиственницы европейской, сосны обыкновенной.

Ход опыта :

1. Опыт начат 30.10.99 года, после окончания листопада.

2. Один раз в месяц срезал по 2 небольших побега ивы козьей, сирени обыкновенной, лиственницы обыкновенной, сосны обыкновенной. Делал продольный расщеп и с помощью раствора Люголя определял наличие крахмала.

3. Содержание крахмала выражал в баллах:

4 балла — иссиня-чёрный цвет (содержание крахмала высокое)

3 балла — тёмно-синий цвет (содержание крахмала среднее)

2 балла — светло-синий цвет (содержание крахмала низкое)

1 балл — голубой цвет (следы крахмала)

0 баллов — жёлтый цвет (крахмал отсутствует).

4. Результаты опытов занёс в таблицу:

Таблица № 1 «Изменение содержания крахмала в стеблях древесных пород»

Опыт проведён в трёх повторностях для получения более достоверного результата.

Вывод: наблюдал колебание содержания крахмала, к середине зимы у сосны и лиственницы крахмал почти исчез. Такие колебания связаны с распадом крахмала и накоплением жиров в вакуолях клеток и в цитоплазме. Накопление жиров в клетках позволяет растениям перезимовать. Эти процессы усиливаются при наступлении сильных холодов. Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокоотделения и распускания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров

У ивы и сирени пробы немного отличаются от проб на крахмал у хвойных. Не наблюдается полного исчезновения крахмала к середине зимы, так как он служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к морозам. Поэтому в зависимости от характера превращения крахмала древесные растения делят на две группы: крахмалистые (куда вошли ива и сирень) маслянистые (хвойные).

Опыт № 3 «Повышение морозоустойчивости растений»

Цель: выяснить роль сахара в повышении морозоустойчивости тканей корнеплода свёклы столовой.

Оборудование и объекты: корнеплод свёклы столовой, 3 пробирки, штатив, термометр (на 25ºС), лёд, поваренная соль, пробочное сверло, растворы сахарозы.

Ход опыта:

1. Пробочным сверлом из корнеплода вырезал 6 небольших одинаковых пластинок (2х0,5 см) пластинок.

2. Тщательно промыл их водой, чтобы удалить антоциан (содержится в вакуолях клеток, растворимый в воде — бетацианин) из разрезанных клеток.

3. Поместил пластинки свёклы в пробирки.

В первую налили на 1/4 объёма воду.

Во вторую пробирку — столько же 0.5 М раствора сахарозы.

В третью — столько 1,0 М раствора сахарозы.

Количество раствора в пробирках и количество пластинок свёклы одинаково.

4. Пробирки поместил в охлаждающую смесь: к 3 частям измельчённого льда добавил 1 часть поваренной слои, перемещал.

5. Измерил температуру смеси, когда она опустилась до 20ºС, содержимое пробирки замёрзло.

6. Через 20 минут достал пробирки и поставил в стакан с водой комнатной температуры для оттаивания. После этого сравнил окраску раствора в пробирках.

Таблица № 2 «Влияние сахарозы на морозоустойчивость тканей корнеплода свёклы столовой»

Вывод: выход антоцианов из вакуолей в раствор означает, что клетки погибли, мембраны их разрушены и уже не могут удержать содержимое клетки. В пробирках с 0,5 М и 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от контроля. Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окрашен раствор. Уменьшение выхода антоциана из тканей корнеплода свёклы, находившихся в растворах сахарозы, свидетельствует о том, что сахарозы оказала защитное действие на цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от концентрации сахарозы: в более концентрированном растворе (1,0 М растворе) повреждение тканей оказалось минимальным.

Пояснение к опыту №3.

Внезапное, в течение 15-20 минут, понижение температуры от+20 до -20ºС вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру клеток, они погибают. Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано с поступление сахарозы из раствора в клетки и с выходом воды из клеток в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, так как сахарозы, связывая внутриклеточную воду, уменьшает её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в клетках 10% сахаров, у озимых злаков — до 50%.

Результаты опытов позволяют понять, почему для успешной зимовки, как озимых травянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень.

При пониженных ночных температурах, замедляющий отток сахаров в другие части растения, в зелёных листьях накапливаются углеводы. Самая низкая температура, которую выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой ржи — около -30ºС на уровне почвы.

Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки древесных пород в Сибири выдерживают до -70ºС. Такая температура наблюдается в Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, берёзы пушистая, осина. Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придаёт состояние глубокого покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток, накоплением жиров, углеводов, изменение состава белков.

Общий вывод по проделанной работе.

По ходу выполнения работы я подбирал и изучал специальный литературу по данной теме, провёл опыты и наблюдения.

1. Физиологические и биохимические процессы в зелёных растениях тесно связаны с углеводами, которые вырабатываются в клетках самого растения. Углеводы — основные питательные и скелетные материалы клеток и тканей растения. Крахмал является основным углеводом, состоит из амилозы и амилопектина и некоторого количества других веществ. Крахмал подвергается реакциям гидролиза, с образованием моносахаридов, реакции катализируются ферментами α- и β-амилазами.

К группе Углеводов гликозидов относятся антоцианы — основные пигменты клеточного сока окрашенных частей растений (лепестков цветков, плодов, корней, стеблей).

Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях, также гликозиды — запасной материал для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

2. Большая роль принадлежит углеводам в повышении морозоустойчивости тканей и клеток растений, позволяя им переносить температуру ниже 0ºС. Нечувствительность к морозам достигается физико-химическими изменениями в клетках.

Проведя опыты, я убедился, что перед листопадом крахмал превращается в растворимые сахара и оттекает в запасающие органы: стебли, корни, семена. В последних происходит обратные реакции — превращение сахаров в крахмал. То есть, растения способны «экономить» углеводы, так как их роль в жизни растения очень значима.

3. В ходе проведения длительного наблюдения за «судьбой» запасного крахмала выяснил, что к середине зимы крахмал из древесины сосны и лиственницы «исчезает». Происходит химическая перестройка углеводов, они превращаются в жиры, что помогает клеткам этих растений перезимовать. Эти процессы усиливаются с наступлением сильных холодов. Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное накопление крахмала. К началу сокодвижения и распускания почек запасной крахмал окончательно распадается с образованием растворимых сахаров. Такие процессы происходят в древесине маслянистых пород деревьев (хвойных). В древесине «крахмалистых» пород (иве и сирени) не происходит полного перехода крахмала в жиры, часть его остаётся, так как крахмал также служит энергетическим материалом, за счёт которого растения живут зимой. Жиры, накапливаясь в клетках, вытесняют из них воду. Остальная вода прочно связана с молекулами белков и углеводов, теряет способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких видов кристаллы льда в клетках не образуются.

4. Выяснил на опыте, как углевод сахароза повышает морозоустойчивость такого запасающего органа как корнеплод свёклы столовой. Внезапное понижение температуры вызвало в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование льда в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру клеток и они погибают. Наблюдал защитное действие сахарозы на клетки корнеплода, так как из раствора сахароза поступает в клетки, а вода из клеток — в наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, так как сахароза связывает внутриклеточную воду, уменьшает её подвижность. Обезвоживание клеток также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя внутриклеточному. Степень окрашивания определял по выходу из вакуолей разрушенных клеток антоциана — бетациана.

В результат выполнения этой работы я расширил свой кругозор в области физиологии растений, узнал много новых и интересных фактов из жизни растений.

Список использованной литературы.

1. Гусева М.В. «Малый практикум по физиологии растений» Москва, 1997 год.

2. Крамер П.Д., Козловский Г.Г. " Физиология древесных растений", Москва, 1998 год.

3. Кретович В.Л. " Биохимия растений", Москва, 1990 года

4. Кудряшов К.В., Родионова Г.Б., Гуленкова Б.А., Козлова В.Н. " Ботаника с основами экологии" Москва, «Мир», 1996 год.

5. Пономарёва И.Н. «Экология растений с основами биогеоценологии» Москва, «Просвещение», 1978 год

6. Туманов И.И. «Физиология закаливания и морозостойкости растений» Москва, «Наука», 1998 года.

7. К. Вилли, «Биология», Москва, «Мир», 1997 год.

8. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор «Биология», Москва «Мир», 1996.

[1] Зимостойкость — способность растений переносить различные неблагоприятные условия в течение холодного времени года.

Холодостойкость — способность растений переносить низкие положительные температуры.

www.ronl.ru

• 
  Растения с противовоспалительным действием
• 
  Растения выделяющие летучие вещества
• 
  Организм растения единое целое
• 
  Зомби против растений torrent
• 
  Пальма название домашнее растение
• 
  Необычные растения красной книги
• 
  Натюрморт с комнатным растением
• 
  Тест органы растения егэ
• 
  Как высушить быстро растения
• 
  Фуфанон для комнатных растений
• 
  Растение похожее на подсолнух