Обмен веществ и энергии в клетке

Для реакций обмена веществ характерны организованность и упорядоченность. Морфологическому расчленению клетки соответствует строгая физиологическая специализация всех ее структур. В митохондриях действует система дыхания и фосфорилирования, в рибосомах идет синтез белка.

Биологические реакции проходят с помощью многочисленных ферментов. Ферменты в большинстве случаев располагаются мономолеку-лярными слоями на мембранах и гранулах.

В сложном многообразии реакций обмена веществ выделяются два противоположных по характеру потока: биосинтез и расщепление.

В процессе биосинтеза из простых веществ образуются сложные, из низкомолекулярных — высокомолекулярные. Происходит синтез белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот. Реакции идут с поглощением энергии. Совокупность биосинтетических реакций — ассимиляция, или пластический обмен.

В реакциях расщепления сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные — на низкомолекулярные. Крахмал превращается в глюкозу, затем СО₂ и Н₂О, белки — в смесь аминокислот, нуклеиновые кислоты — в смесь нуклеотидов. Реакции расщепления сопровождаются освобождением энергии. Совокупность реакций расщепления — диссимиляция, или энергетический обмен. Диссимиляция — переход веществ, энергетически более богатых, в вещества, бедные энергией.

Ассимиляция и диссимиляция находятся в неразрывной связи. Реакции биосинтеза для своего осуществления нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. В ходе диссимиляции возникают продукты, используемые как исходные для ассимиляции.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое избирательная проницаемость?

2. В чем различие между активным и пассивным поступлением веществ в клетку?

3. Что такое осмос, осмотическое давление?

4. Каковы физиологический механизм, лежащий в основе тургорного натяжения, и роль тургора в жизни растения?

5. Что такое сосущая сила?

6. Каким путем осуществляется взаимосвязь энергетического и пластического обмена?

 

Рекомендуемая литература: [3], [4], [6], [11], [12], [13].

Тема 2. ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ

2.1. Общая характеристика водного обмена
 растительного организма

Вода является основной составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит до 90 % от массы организма, и она участвует прямо или косвенно во всех жизненных проявлениях. Вода — это та среда, в которой протекают все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определенную конформацию молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки (цитоплазме) подвижный характер. Вода — непосредственный участник многих химических реакций. Все реакции гидролиза, многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут с ее участием.

Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой (тургор) обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры травянистых растений, определенную ориентировку органов растений в пространстве. Рост клеток в фазе растяжения идет главным образом за счет накопления воды в вакуоли.

Таким образом, вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщена водой.

Поступление воды в растение

Растение получает воду из почвы. Вода в растении находится как в свободном, так и связанном состоянии. Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах. Связанная вода имеет измененные физические свойства вследствие взаимодействия с неводными компонентами. Эти взаимодействия представляют собой процессы гидратации, вследствие чего связанную воду называют гидратной водой. Различают два основных процесса гидратации: 1) притяжение диполей воды к заряженным частицам; 2) образование водородных связей с полярными группами органических веществ — между водородом воды и атомами О и N.

Воду, гидратирующую коллоидные частицы (прежде всего белки), называют коллоидно-связанной, а гидратирующую растворенные вещества (минеральные соли, сахара, органические кислоты и др.) — осмотически связанной.

Использование воды растением зависит также от структуры почвы. Мелкокомковатая структура с хорошим воздушно-водным режимом является наилучшей. В ней хорошо растут корневые волоски, через которые вода поступает в растение. Чтобы проникнуть внутрь клетки корневого волоска, вода должна пройти через его стенку.