Роль митохондрий в растениях

10. Митохондрии как компонент клетки растений.

Ответ. Митохондрия — двумембранная сферическая или эллипсоидная органелла. Характерна для большинства эукариотических клеток. Митохондрии — «силовые» станции клетки, в них локализована большая часть реакций дыхания (аэробная фаза). В митохондриях происходит аккумуляция энергии дыхания в аденозинтрифосфате (АТФ). Энергия, запасаемая в АТФ, служит основным источником для физиологической деятельности клетки. Митохондрии обычно имеют удлиненную палочковидную форму длиной 4—7 мкм и диаметром 0,5—2 мкм. Число митохондрий в клетке может быть различным от 500 до 1000 и зависит от роли данного органа в процессах энергетического обмена. Однако в некоторых организмах (дрожжах) имеется лишь одна гигантская митохондрия. Химический состав митохондрий несколько колеблется. В основном это белково-липидные органеллы. Содержание белка в них составляет 60—65%, причем структурные и ферментативные белки содержатся примерно в равной пропорции, а также около 30% липидов. Очень важно, что митохондрии содержат нуклеиновые кислоты: РНК — 1 % и ДНК —0,5%. В митохондриях имеется не только ДНК, но и вся система синтеза белка, в том числе рибосомы. Митохондрии окружены двойной мембраной. Толщина мембран составляет 6—10 нм. Мембраны митохондрий на 70% состоят из белка. Мембраны митохондрий не пропускают Н+ и служат барьером для их транспорта. Это важнейшее свойство лежит в основе образования электрохимического градиента. Между мембранами находится заполненное жидкостью перимитохондриальное пространство, равное 10 нм. Внутреннее пространство митохондрий заполняет матрикс в виде студнеобразной полужидкой массы. В матриксе сосредоточены ферменты цикла Кребса. Внутренняя мембрана дает выросты — кристы, расположенные перпендикулярно продольной оси органеллы и перегораживающие все внутреннее пространство митохондрий на отдельные отсеки. Однако, поскольку выросты-перегородки неполные, между этими отсеками сохраняется связь. Мембраны митохондрий обладают большой прочностью и гибкостью. Во внутренней мембране локализована дыхательная цепь (цепь переноса электронов). На внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий равномерно расположены грибовидные частицы. Каждая митохондрия содержит 104—105 таких грибовидных частиц, которые представляют собой фермент АТФ-синтазу, катализирующую образование АТФ. Митохондрии способны к движению. Это имеет большое значение в жизни клетки, так как митохондрии передвигаются к тем местам, где идет усиленное потребление энергии. Они могут ассоциировать друг с другом, как путем тесного сближения, так и при помощи связующих тяжей. Наблюдаются также контакты митохондрий с эндоплазматической сетью, ядром, хлоропластами. Известно, что митохондрии способны к набуханию, а при потере воды — к уменьшению объема. В растущих клетках в митохондриальном матриксе количество крист растет — это коррелирует с увеличением интенсивности дыхания. В процессе дыхания ультраструктура митохондрий меняется. В том случае, если в митохондриях протекает активный процесс преобразования энергии окисления в энергию АТФ, внутренняя часть митохондрий становится более компактной. Митохондрии имеют свой онтогенез. В меристематических клетках можно наблюдать инициальные частицы, которые представляют собой округлые образования, окруженные двойной мембраной. Диаметр таких инициальных частиц составляет 50 нм. По мере роста клетки инициальные частицы увеличиваются в размере, удлиняются и их внутренняя мембрана образует выросты, перпендикулярные оси митохондрий. Вначале образуются промитохондрии. Они еще не достигают окончательного размера и имеют мало крист. Из промитохондрии образуются митохондрии. Сформировавшиеся митохондрии делятся путем перетяжки или почкованием. Сопоставление размеров митохондриальной ДНК с числом и размером митохондриальных белков показывает, что в ней заложено информации почти для половины белков. Это и позволяет считать митохондрии, как и хлоропласты, полуавтономными, т. е. не полностью зависящими от ядра. Широко обсуждается вопрос, как рассматривать митохондрии и хлоропласты с эволюционной точки зрения. Еще в 1921 г. русский ботаник Б.М. Козо-Полянский высказал мнение, что клетка — это симбиотрофная система, в которой сожительствует несколько организмов. В настоящее время эндосимбиотическая теория происхождения митохондрий и хлоропластов является общепринятой. Согласно этой теории, митохондрии — это в прошлом самостоятельные организмы. Это могли быть эубактерии, содержащие ряд дыхательных ферментов. На определенном этапе эволюции они внедрились в примитивную, содержащую ядро, клетку. ДНК митохондрий и хлоропластов по своей структуре резко отличается от ядерной ДНК высших растений и сходна с бактериальной ДНК (кольцевое строение, нуклеотидная последовательность). Сходство обнаруживается и по величине рибосом. Они мельче цитоплазматических рибосом. Синтез белка в митохондриях, подобно бактериальному, подавляется антибиотиком хлорамфениколом, который не влияет на синтез белка на рибосомах эукариот. Кроме того, система переноса электронов у бактерий расположена в плазматической мембране, что напоминает организацию электронтранспортной цепи во внутренней митохондриальной мембране.

Источник

8. Энергетический обмен в клетках растений и животных, его значение. Роль митохондрий в нем.

1. Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности .

2. Этапы энергетического обмена: подготовительный, бескислородный, кислородный.

1) Подготовительный — расщепление в лизосо-мах полисахаридов до моносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Рассеивание в виде тепла небольшого количества освобождаемой при этом энергии;

2) бескислородный — окисление веществ без участия кислорода до более простых, синтез за счет освобождаемой энергии двух молекул АТФ. Осуществление процесса на внешних мембранах митохондрий при участии ферментов;

3) кислородный — окисление кислородом воздуха простых органических веществ до углекислого газа и воды, образование при этом 36 молекул АТФ. Окисление веществ при участии ферментов, расположенных на кристах митохондрий. Сходство энергетического обмена в клетках растений, животных, человека и грибов — доказательство их родства.

3. Митохондрии — «силовые станции» клетки, их отграничение от цитоплазмы двумя мембранами — внешней и внутренней. Увеличение поверхности внутренней мембраны за счет образования складок — крист, на которых расположены ферменты. Они ускоряют реакции окисления и синтеза молекул АТФ. Огромное значение митохондрий — причина большого количества их в клетках организмов почти всех царств.

9. Пластический обмен. Биосинтез белка. Роль ядра, рибосом и эндоплазматической сети в этом процессе. Матричный характер реакций биосинтеза.

1. Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот, жиров из глицерина и жирных кислот — примеры биосинтеза в клетке.

2. Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене.

3. Фотосинтез и биосинтез белков — примеры пластического обмена. Роль ядра, рибосом, эндоплазматической сети в биосинтезе белка. Ферментативный характер реакций биосинтеза, участие в нем разнообразных ферментов. Молекулы АТФ — источник энергии для биосинтеза.

4. Матричный характер реакций синтеза белков и нуклеиновых кислот в клетке. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК — матричная основа для расположения нуклеотидов в молекуле иРНК, а последовательность нуклеотидов в молекуле иРНК — матричная основа для расположения аминокислот в молекуле белка в определенном порядке.

1) транскрипция — переписывание в ядре информации о структуре белка с ДНК на иРНК. Значение дополнительности азотистых оснований в этом процессе. Молекула иРНК — копия одного гена, содержащего информацию о структуре одного белка. Генетический код — последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, которая определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. Кодирование аминокислот триплетами — тремя рядом расположенными нуклеотидами;

2) перемещение иРНК из ядра к рибосоме, нанизывание рибосом на иРНК. Расположение в месте контакта иРНК и рибосомы двух триплетов, к одному из которых подходит тРНК с аминокислотой. Дополнительность нуклеотидов иРНК и тРНК — основа взаимодействия аминокислот. Передвижение рибосомы на новый участок иРНК, содержащий два триплета, и повторение всех процессов: доставка новых аминокислот, их соединение с фрагментом молекулы белка. Движение рибосомы до конца иРНК и завершение синтеза всей молекулы белка.

6. Высокая скорость реакций биосинтеза белка в клетке. Согласованность процессов в ядре, цитоплазме, рибосомах — доказательство целостности клетки. Сходство процесса биосинтеза белка в клетках растений, животных и др. — доказательство их родства, единства органического мира.

Источник

З) Формула Эйнштейна в применении к фотосинтезу. Космическая роль зелёных растений, роль митохондрий в диссимиляции, строение и функции.

Энергия света переходит в хим энергию посредством фотосинтеза, и передаётся по пищёвой цепи.

Крупный вклад в изучение фотосинтеза внесен великим русским биологом К. А. Тимирязевым. Он изучал количественную сторону фотосинтеза и показал, что синтез органического вещества в зеленых растениях происходит в полном соответствии с законом сохранения энергии. Именно поэтому фотосинтез наиболее интенсивно идет под действием красных лучей, т. е. в наиболее богатой энергией части солнечного спектра.

Растения, переводя солнечную энергию в потенциальную, химическую, создают колоссальное количество органических веществ. За счет этих веществ существуют все гетеротрофные организмы. Таким образом, энер­гия, с которой связаны процессы жизнедеятельности всех организмов, это солнечная энергия. Энергия, «законсервированная» зелеными растениями много миллионов лет назад, хранится в ископаемых углях и используется человеком. Солнечная энергия перешла в почвенный гумус и, следовательно, принимает участие в почвообразовательных процессах.

И) Эндосимбиотическая теория происхождения митохондрий — Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрии, которые произошли путем изменений симбионтов — аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней. Серьезным доводом в пользу симбиотического происхождения митохондрий, центриолей и хлоропластов является то, что перечисленные органеллы имеют собственную ДНК.

К) Температура тела человека, проблемы медицины и хрономедицины — Все энергетические превращения в организме переходят в тепло (при образовании АТФ в тепло переходит около 45% энергии). Для человека свойственна гомойотермия – сохранение относительно постоянной температуры тела. Температурный гомеостаз = тепловой гомеостаз. Температурный гомеостаз имеет существенные особенности на разных этапах онтогенеза.

Известны физиологические колебания температуры тела в течение суток — суточные ритмы: разница между ранне-утренней и вечерней температурой тела у человека достигает 0,5-1,0 °C. Температурные различия между внутренними органами достигают нескольких десятых градуса. Разница между температурой внутренних органов, мышц и кожи может составлять до 5-10 °C, что затрудняет определение средней температуры тела, необходимой для определения термического состояния организма в целом.

Понижение (гипотермия) или повышение (гипертермия) температуры тела на несколько градусов нарушает процессы жизнедеятельности и может привести к охлаждению или перегреванию организма и даже к его гибели. При многих заболеваниях температура тела повышается до определённых пределов и регулируется организмом на новом уровне, например при лихорадке или простуде.

Человек – термодинамическая открытая система, находящаяся в постоянном термодинамическом неравновесии со средой.

Центральным звеном, ответственным за терморегуляцию считают гипоталамус.

Энергетический гомеостаз организма человека представляет собой колебательную ритмическую систему.

1. Снижение уровня температурного гомеостаза и его суточного ритма. Обусловлено снижением энергетического потенциала в клетках организма.
2. Отклонение от энергетического оптимума организма. Ведет к снижению неравновесности биосистемы в целом.
3. Рост энтропии. Изменение важнейшего показателя уровня жизнеспособности – амплитуды суточного ритма.
4. Снижение уровня обмена веществ.
5. Снижение амплитуды суточного ритма интенсивности теплопродукции. Обусловлено уровнем траты энергии на синтез белков, углеводов и липидов, уровнем активности транспорта ионов через мембраны клеток.
6. В процессе онтогенеза по мере удаления от зрелого возраста доля амплитуды суточного ритма к доле амплитуд биоритмом других спектров уменьшается, т.е. удаляется от Золотого сечения в сторону уменьшения порядка и роста энтропии в спектральном составе биоритмов температуры тела.

Источник