Поступление воды в клетку. Поступление и передвижение воды по растению

Вода может поступать в клетку 3-мя способами: 1)диффузия, 2)набухание биоколлоидов (имбибиция)-при прорастании семян, 3)осмос

Вода всегда перемещается из области с высокой водной концентрацией в область с низкой. Водная концентрация равна значению водного потенциала.

Клетка как осмотическая система: 1)имеет полупроницаемую мембрану, 2)имеет высококонцентрированный вакуолярный сок, 3)снаружи клетки раствор чаще имеет меньшую концентрацию. Все растворы делятся на: 1)гипертонические (с₁ <с₂ ,Т=0,P=S,плазмолиз); 2)гипотонические (с₁>с₂,P=T,S=0), 3)изотонические с₁=с₂ ,P=S+T),где P-осмотическое давление-давление воды, поступающей в клетку,T-тургорное давление-давление, напряжение, которое испытывает клетка по мере насыщения водой, S-сосущая сила-сила, с которой клетка всасывает воду. Циторриз- частный случай плазмолиза, наблюдается только в молодых клетках, при этом сжимается не только вакуоль, а вся клетка.

Поступление и передвижение воды по растению. Вода поступает в растение из почвы через корневую систему и далее в атмосферу по градиенту водного потенциала - из области его высокого значения в область низкого (почва-атмосфера). Движение воды по растению проходит в три этапа: 1)поглощение воды корнями, 2)передвижение воды по сосудам растения, 3)испарение (транспирация) воды листьями. Передвижение по механизму адгезия-когезия-натяжение: адгезия-способность молекул воды сцепляться друг с другом; когезия-способность молекул воды соединяться с сосудами ксиллемы; натяжение-способность воды приобретать наименьший объем. Т.о. создается непрерывный восходящий ток воды в растениях.

В растениях есть 2 концевых двигателя: 1) нижний концевой двигатель-корневое давление -гидростатическое давление в сосудах ксиллемы, создающееся при подъеме воды с минеральными солями из корня в надземные части (пример: плач растений- выделяется пасока, гуттация- появление капельно-жидкой влаги на кончиках или зубчиках листьев через гидатоды, для избавления от избытка влаги); 2)верхний концевой двигатель- транспирация- восходящий ток воды по растению, создается и поддерживается сосущей силой транспирирующих клеток, поэтому сила ВКД тем больше, чем интенсивнее транспирация, кот. зависит от наличия ветра, температуры. 3 типа транспирации: устьичная, кутикулярная, через чечевички.

 

20.Микроэволюция – процессы, протекающие внутри вида (на уровне популяций) за относит-но короткий промежуток. ост-ия понятия вид(Завадский) 5 этапов: 1. связ. с А-ми англ. натуралиста Дж. Рея, дал 1-ое опред-е вида, но суть видел в уст-ти вида- по взглядам метофизик «+№ впервые

Вид – совок-ть особей, обладающих общ. морфофизиолог-ми признаками, заним-х общ. ареал, объед. своб скрещив. др. с др. и отд-х в прир-х усл-х др. от др. практ-ки полной репродуктивной изоляцией. Разные виды не скрещ-ся.

Концепция политипического вида. Вид рассм-ся как сложн. неоднор. биологич. стр-ра, элементы которой изменчивы и вид м\т включать разные по строению и по образу формы жизни.

Критерии вида. Выдел. 6 критериев. 1. морфологический- особ-ти строения описыв-ся, древний, относит-ый. Причины: в прир-де м\т встреч-ся виды-двойники-внешне схожи; одни и те же признаки м\т иметь разное таксономическое значение. 2. физиологический - относит. –н-р, интен-ть дых-я разная в зав-ти от темп-ры; 3. биох. – отл. составом, специф-х видовых вещ-в не сущ-т- отн-но; 4. экологический –относит. в разн. экол. усл.; 5. геогр-ий - относит. ареалы разн. вилов м\т совпадать; 6. генетич-ий - разн. набор хромосом, относит. – разн. сорта одного и того же вида м\т отл. по числу хромосом.

Стр-ра вида пред-л Завадский. Выдел. по мере убывания: полувид- геогр.\экол. раса п\и достигшее сост-ямолодого вида. →подвид- свормир-ся экол. раса→местная(локальная) популяция –относит. обособл-ая группа особей, стабильно заним. опред. территорию и спос. к самовоспроиз-ию→ биотип-элемент-ая единица поп-ии. особи очень схожи.

Процесс видоообраз-ия. Видообр-ие – раздел. во времени или в простр-ве исх-х форм. Это превр-ие генетт откр. попул-х сист. в генетт. закр. видов. Процессне хаотичный, подчин-с законам. 1) перех. колич-ва в кач-во- перех. вид и вид новый; 2) отрицание отрицания-; 3) единство и борьба противоположностей- Вид перех. после возн-ия вида нового →межвидовая форма отбора. 1. нов. Вид выживает, уничт-ет род. В, сам стан. родонач-ом; 2. род.В. выжив.; 3. оба сохр-ся→многообрие увел. Принцип основателя - нов. поп-ия, как и нов. вид, генотип. и фенотип-ки б\т однор-ми. В рез-те разм-ия, под влиянием разл-х усл-ий разнородность→мног-е качест-е- политипизм. Пути видообр-ия: аллопатрический – когда нов вид возн-ет в рез-те распадения прежде единого ареал вида. 2 способа: 1) фрагментация-когда ареал расп-ся на фрагменты. 2) расселение- особи нач-ют расел-ся на перефирию, попад. в разн. экол. усл-я, изм-ся.; симпатрический – нов вид возн-ет в пределах ареала род-го вида. 4 осн-х способа: 1. кратное увел. числа хромосом; 2. гибридизация с послед-им удвоением хромосом(аллополиплоидия); 3. репродуктивная изоляция- невозм-ть срещивания-из-за хромосоных перестроек- мутации в основе; 4. сезонная изоляция- половая активность в разное время, н-р, яровые и озимые.

 

 

21.Фотосинтез: характеристика световой и темновой фаз

Фотосинтез - процесс трансформации энергии солнечного света в энергию химических связей. Проходит в 2 фазы: световая-осуществляется в тилакоидах хлоропластов, темновая- в их стромах.

Световая фаза включает 5 белковых комплексов: 1) светособирающийкомплекс, или антенный (в нем происходит передача энергии кванта света от молекул хлорофилла(хф) и каротиноидов на молекулу-ловушку с помощью резонансного переноса); 2) фотосистема 1 (в качестве реакционного центра входит димер пигмента хф А с l=700 нм.-Р₇₀₀ , вокруг него располагаются молекулы хф А с l=675-695 нм. (a_675-695) и еще содержится молекула b-каротина. Первичный акцептор ФС1- молекула хф А с l=695 нм., вторичный акцептор- Fe-S-белки А₂ и А_В.В ходе работы ФС1 под действием кванта света происходит восстановление Fe-S-белка – ферредоксина(Ф_Д), при этом окисляется Сu-содержащий белок-пластоцианин(П_Ц), эволюционно более древний процесс фотосинтеза, когда в атмосфере не было О₂, сейчас характерна для примитивных высших растений и фотосинтезирующих бактерий); 3) фотосистема 2 (ее белковый комплекс включает в себя реакционный центр с молекулой хф А с l=680 нм..В состав реакц. центра входит мол-ла хф А с l=670-683 нм.(a_670-683) и молекула b-каротина. Первичн. акцепторы ФС2- предшественник молекулы хф- феофитин (Ф_Ф), вторичный акцепторы электронов- Fe-S-белки- пластохиноны Q_A и Q_B. В ходе работы ФС2 происходит восстановление пластохинона PQ,сопряженное с присоединением протонов из окр. среды и окисление воды с выделением О₂ и Н⁺. Н⁺ принимает белоксодержащая S-система, а переносчиком образующихся электронов является белковая Z-система. Более прогрессивная система, возникла с обогащением атмосферы О₂); 4)цитохромный комплекс (ЦХК); 5) АТФ-ный комплекс. Связующее звено между ФС1 и ФС2- фонд пластохинонов, белковый цитохромный комплекс (cyt b₆ и cyt b_f) и пластоцианин. Фотосистемы могут работать как отдельно так и совместно, поэтому различают 2 транспорта электронов: циклический и нециклический.

Р*₇₀₀ Р*₆₈₀

↑ А₁ Ф_Ф H⁺ из окр. среды

↑2е А₂ Q_A ↓

↑ А_В Q_B PQ

Р₇₀₀

ФС1 Ф_Д PQH

↑ НАДР ↓

квант света cyt b₆

cyt b_f

Р₆₈₀ Z

ФС2

Н₂О→2Н⁺+1/2О₂+2е

Циклический транспорт электронов (работает только ФС1, встречается у водорослей и простейших)- путь поэтапного переноса электронов от Ф_Дк Р₇₀₀через ряд промежуточных переносчиков. При освещении ФС1 электроны переходят от Р₇₀₀ на более высокий энергетический уровень, затем эти электроны через ряд переносчиков(А₁, А₂, А_В) попадают на Ф_Д, далее они не идут на восстановление НАДН⁺, а вновь направляются по запасному пути обратно к Р₇₀₀ через ряд переносчиков и т.о. заполняют электронные дыры Р₇₀₀. Разложения воды нет, синтезируется АТФ, О₂ не выделяется.

Нециклический транспорт электронов (работают одновременно 2 ФС) Активированные электроны, отданные Р₇₀₀, переносятся на Ф_Д, в этой точке они отклоняются от ЦТЭ и идут на на образование НАДРН. Одновременно молекула хф Р₆₈₀ также переходит в возбужденное состояние и отдает свои электроны, кот. далее через пластохиноны, цитохромы и пластоцианин попадают на Р₇₀₀ и заполняют ее электронные дырки. Теперь чтобы заполнить электронные дыры в молекуле Р₆₈₀ входящие в ФС2 электроны, образовавшиеся в ходе окисления воды, с помощью S- и Z-систем попадают на Р₆₈₀ и заполняют ее дыры. Т.о. работают сразу 2 ФС, образуется 1 молекула АТФ и происходит выделение О₂. Это энергетически более выгодная система- обогащает атмосферу кислородом.

Фотолиз воды ( реакция Хилла).

Общее уравнение: 4Н₂О → 4Н⁺ (идут на синтез АТФ) + 4ОН^-

4ОН^- → 2Н₂О (метаболическая вода, остается в растениях) + 4е (идут на ЦТЭ) + О₂ (выделяется в окр. среду)

Суммарное уравнение: 2Н₂О → 4Н⁺ + 4е + О₂

Фотофосфорилирование- процесс синтеза АТФ, протекающий с использованием энергии видимой части солнечной радиации. Теория, объясняющая этот процесс, - хемиосмотическая теория Питера Митчелла, кот. впервые выяснил, что электрон-транспортная цепь распадается в тилакоидной мембране хлоропласта

Вставить рисунок

Градиент рН, кот. создается между внутренней и наружной стороной тилакоидной мембраны, представляет собой потенциальный источник энергии, необходимый для синтеза АТФ. Градиент рН создается за счет восстановления до и за счет окисления воды. При этом внутри тилакоидной мембраны находятся 4Н⁺, создающие φ. Для того чтобы создать внутренний гомеостаз в тилакоиде, протоны должны выкачиваться наружу- этот процесс осуществляется с помощью белка фактор сопряжения ФС1, или АТФ-синтетазы. На каждые 2 переданные по цепи электрона внутри тилакоида накапливается ~ 4Н⁺, а на каждые 3Н⁺, которые возвращаются обратно наружу, 1 молекула АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

Различают 3 типа:

1) С₃- путь (цикл Кальвина)

2) С₄- путь (цикл Хэтча-Слэка)

3) САМ-метаболизм

С₃- путь- цикл Кальвина: первичный акцептор СО₂- рибоза-1,5-дифосфат (РДФ) С₅ + СО₂ → С₆→ 2С₃ - трифосфоглицериновая кислота (ФГК)

Чтобы синтезировать 1 молекулу С₆Н₁₂О₆ необходимо, чтобы цикл прошел 3 раза – в этом случае фиксируется 3 молекулы СО₂. В ходе цикла из образовавшихся т.о. 6 молекул ФГА 1 молекула идет на синтез углеводов, а 5 – на восстановление первичного акцептора СО₂ – РДФ. Цикл включает три этапа: 1) карбоксилирование (фиксация СО₂); 2)восстановление фиксированного СО₂; 3)регенерация РДФ.

3СО₂ 2АТФ,2НАДН

→ 2ФГК → 2ФГА→ 1 мол ФГА идет на синтез углеводов

РДФ остальные

↑АТФ→АДФ+Рi

Пентозо-Р(С₅) ← Гексозо-Р(С₆)

С₄- путь – цикл Хэтча-Слэка: первичный акцептор СО₂- фосфоенолпируват (ФЕП). Это соединение взаимодействует с СО₂ и образуется ЩУК.

НАДРН АТФ→АДФ→АМФ

ФЕП+СО₂→ЩУК→малат→ПВК ФЕП

в клетках мезофилла СО₂ в кл. мезофилла

в кл. обкладки

Декарбрксилирование

в С₃ путь

Характерен для растений: сахарный тростник, сорго, кукуруза, просо, злостных сорняков. При неблагоприятных условиях у них устьица могут быть закрыты, они более экономичны в употреблении воды по сравнению С₃ – растениями.

САМ-метаболизм: для таких растений (растут в засушливых местах) характерны все реакции С₄- пути. Отличие заключается в том, что процесс фиксации СО₂ разграничен во времени, а не в пространстве, как у С₄-растений (т.к. у них нет мезофилла и обкладки): ночью происходит фиксация СО₂, в утренние и дневные часы – 2-ой этап.

 

22. Предпосылки механизмы эволюции. Предпосылки эволюции: наследственность(передача ген. стр-р от поколения к поколению) и изменчивость(спос-ть орг-ма изм-ся в изм-ся усл-х среды, возн-е разнородности). Факторы: влияние внешн. Среды, неабсолютная стаб-ть мол-л, обр-х гены-возн-е мутаций. Любой признак орг-ма есть видимый рез-т реализации наслед. Программы р-я в данных усл-х. Признаки сами по себе ненасл-ны, они зависят 1) от генет. особ-ей орг-ма, 2) от внешн. усл. Среды. Насл-ые изм-ия-мутации генные; хромосомные; геномные; цитоплазматические. Мутациями затрагиваются любые признаки орг-ов: морфологические, б\х, этологические. Кроме того, мутации влияют на важн-ие биол-ие св-ва орг-ов: общ. жизнеспос-ть к разм-ию, плодовитость, скорость роста орг-ов. Мутации рассм-ся в эволюции как ЭЭМ.

Явления насл-ти и изм-ти-противоположные, но они т\о вместе имеют смысл.

ЭЭЕ-популяция, т.к. все изменения, преобразования в микроэволюции происх-т именно в группе особей –популяциях. Популяции-совок-ть опред-го вида, в теч-е длит-го времени насел-х опред-ое пространство в\и кот. осущ. Та или иная степень панмиксии (своб-ое срещ-ие) и кот. отделена от соседних, таких же сов-ей особ-ей, той или иной степенью давления изоляции.

Эвол-но-экол-ие хар-ки поп-ии:

1. попул. ареал (изм-ся в зав-ти от яисл-ти и степени подвижности орг-ов, т.е. от радиуса индив-ой акт-ти); 2. числ-ть поп-ии(от един-х до тыс-х); 3. динамика поп-ий(поп-ия всегда развив-ся); 4. возрастной состав (в состав поп-ии им-ся разн. возрастные группы); 5. половой состав(есть жен. и муж., б и так, что в опред. период преобл-т жен.).

Эвол-но-генет-ие хар-ки поп-ии:

1. частота генов, генотипов, фенотипов(для прир-х поп-ий формула Хайди-Вайнберга не применима); 2. гетерогенность(ген. разнородность)- каждая поп-ия прир. насыщена мутациями; 3. полиморфизм в\популяционный-в\и поп-ии есть особи отл-ся по фен-му признаку; 4. ген-ое единство(у поп-ии единый генофонд и он поддерживается за счет панмиксии).

Основ-е факторы эвол-ии: мутац-ый процесс; попул. волны; изоляция; Е.О. Направл-им фактором явл-ся ест-ый отбор, а ост-ые ненапр-го действия.

Мутац-ый процее -процесс возн-ия мутаций. Оказ-т на поп-ию и колич. и качест-ое возд-ие. Рез-т действия фактора-возн-ие мутаций, т.е. материала. Мех-м действия:1) напр-ое возд-ие факторов мутагенов(радиация, УФ); 2) возн-ие спонт-х мутаций(за счет изм-ия энерг-го уровня ее в атомах мол-л ДНК). Знач-е: поддерж-ся повыш-ая степень гетер-ти; возн-т резерв насл-ой изм-ти в поп-ии; это фактор-поставщик эле-го эвол-го мат-ла. Попул-ые волны – изм-ие числ-ти. Мех-и: типы волн жизни: перид-ие колеб-ия числ-ти(повторение); непериод-ие-связано с р-ем хищников, с кормовой базой, с полож-м в цепях питания; резкое повыш-е числ-ти в новых районах, где нет врагов; резкие непериод-ие колеб-я числ-ти (прир-ые катастрофы).

Знач-ие: случайное колебание конц-ии разных ген-ов и мут-ий в поп-ях; фактор-поставщик ЭЭМ; изм-ие числ-ти особей в поп-х м\т превратиться в ЭЭЯ(это длит-ое, необратимое напрвленное изм-ие поп-го генофонда).

Изоляция –воз-ие любых барьеров, которые ограничивают панмиксию. Мех-м: 2 группы изоляции:1) простр-ая (проявл-ся в виде барьеров-горы, реки или расстояние); 2) биологическая- докопуляционная (недопускает скрещ-ия проял-ся в виде: биотопической изол.; этологическая; морфофизиолг-ая и послекопуляц-ая –проял-ся в форме собственно ген-ой изол-ии (гибридизация).

Знач-е: усил-ся генотип-ие различия между группами особей внутри поп-ий; разделенные группы орг-ов попадают под разное давление отбора.