Запасные вещества в клетке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Глава 1. Запасные вещества в клетке, их классификация и особенности строения

Глава 2. Локализация запасных веществ

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Все вещества, вырабатываемые протопластом в результате его жизнедеятельности, составляют группу внутриклеточных включений. В функциональном отношении внутриклеточные включения представляют собой или временно выведенные из обмена веществ соединения - запасные вещества (углеводные, белковые и липидные включения), или его конечные продукты (кристаллические включения) .

Запасные питательные вещества локализуются либо в гиалоплазме, либо в органоидах, либо в вакуолях в твердом (в виде капель и зерен) или жидком состоянии.

Также запасные питательные вещества являются ценными продуктами питания для человека и кормом для животных. Как правило, используются части растения, содержащие эти вещества или сами питательные вещества, извлеченные из клетки тем или иным образом. Роль источников растительного белка в рационе человека и животных выполняют в основном некоторые растения из семейства бобовых. Плоды и семена многих видов используют для получения растительных масел.

Цель данной работы - изучить запасные питательные вещества и места их накопления в растительной клетке и в целом в растительном организме.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) изучить запасные питательные вещества;

2) изучить их местонахождение, как в клетке, так и в теле растения;

3) определить их значение для растений.

Глава 1. Запасные вещества в клетке, их классификация и особенности строения

В качестве запасных питательных веществ в клетках встречаются все виды органических соединений -- белки, жиры, углеводы. Резервы питательных веществ накапливаются в семенах, плодах, в вегетативных органах. растительный клетка органический питательный

\

Рисунок 1 . Виды запасных веществ.

Углеводы в качестве запасных веществ могут быть в форме сахаров, крахмала, инулина, полуклетчатки и других соединений. Сахара и инулин видимых отложений не образуют, потому что растворимы в воде и накапливаются в клеточном соке. Крахмал в воде не растворим и встречается в клетках в форме крахмальных зерен.

Крахмальные зерна имеют скрыто кристаллическую структуру и у разных растений имеют различные формы и размеры.

Крахмальные зерна клубней картофеля яйцевидной формы с диаметром 50--100 мкм. Они обнаруживают ясную слоистость, что объясняется чередованием слоев крахмала, более и менее богатых водой. Первые образуются ночью, вторые -- днем. Крахмальные зерна бывают простые, сложные и полусложные. Простое зерно имеет один центр крахмалообразования и концентрические или эксцентрические слои крахмала вокруг него. Сложные зерна имеют два или несколько центров крахмалообразования, каждый из которых отличается собственной слоистостью. У полусложных зерен также несколько центров; их внутренние слои -- частные, имеющие собственные центры, наружные -- общие для всего зерна.

Рис. 2. Крахмальные зерна различных видов растений:

А - картофель (Solanum tuberosum); Б - пшеница (Triticum aestivum); В - овес (Avena sativa); Г - рис (Oryza sativa); Д - кукуруза (Zea mays); Е - гречиха (Fagopyrum sagittatum).

1 - простое крахмальное зерно, 2 - сложное, 3 - полусложное.

Крахмальные зерна пшеницы округлые, с правильными концентрическими слоями, выраженными слабее, чем у зерен картофеля, и обычно двух размеров, крупные и мелкие. По мнению В. Г. Александрова, мелкие крахмальные зерна внепластидного происхождения. Крахмальные зерна овса мелкие и угловатые, часто «склеиваются» помногу, образуя сложные зерна овальной формы. Крахмальные зерна гороха эллиптической формы с характерной трещиной. Таким образом, форма крахмальных зерен является постоянным родовым признаком.

Крахмал представляет собой высокомолекулярное полимерное соединение. При полном гидролизе его кислотой или с помощью ферментов образуется глюкоза. В настоящее время выяснено, что крахмал состоит из двух компонентов -- амилозы, и амилопектина. Амилоза имеет меньший коэффициент полимеризации (около 2000), поэтому обладает меньшим молекулярным весом, легче растворяется. У амилопектина более крупные молекулы в виде неразветвленных цепочек, коэффициент полимеризации его более 600 000; молекулярный вес около 400000. Отношение амилозы к амилопектину в растительном крахмале постоянно для данного вида растений. Количество амилозы в крахмале колеблется от 0 до 35%, амилопектина обычно в несколько раз больше. От соотношения амилозы и амилопектина зависят физические свойства крахмала.

Кроме полисахаридов, амилозы и амилопектина, крахмальные зерна содержат небольшое количество фосфорной кислоты и некоторых других минеральных соединений.

Крахмал легко обнаруживается с помощью йода -- окрашивается в синий цвет.

Наряду с углеводами в качестве запасных питательных веществ в клетках встречаются белки. Запасные белки по сравнению с белками конституционными имеют меньший молекулярный вес и несколько иной аминокислотный состав. Биологическое значение запасных белков такое же, как и других питательных веществ.

Запасные белки встречаются в растительных клетках в разной форме. Белки, растворимые в воде или в слабых растворах минеральных солей, находятся в клеточном соке. Первые из них называются альбуминами, вторые--глобулинами. Между ними нет резкой границы и существуют переходные формы. Конечно, не все альбумины и глобулины, которые имеются в растительной клетке,- запасные питательные вещества. Некоторые из них - ферменты.

Нерастворимые белки находятся в цитоплазме в форме кристаллов. Белковые кристаллы отличаются от минеральных определенными физическими свойствами и потому называются кристаллидами.

Формой запасного белка являются алейроновые (от греч. aleiron-- мука) зерна, характерные для многих семян. Они образуются при высыхании вакуолей во время созревания семян. При этом некоторые вещества из клеточного сока поступают в цитоплазму, где полимеризуются и превращаются в высокомолекулярные запасные вещества, другие составные части клеточного сока оформляются в форме алейронового зерна.

Химический состав алейронового зерна сложный. Его основу составляет смесь различных белков: одни из них аморфные, другие -- кристаллические. Кристаллы белка хорошо видны в крупных алейроновых зернах клещевины. Кроме того, в алейроновом зерне просматривается шаровидное блестящее тело -- глобоид. Он состоит из фитина-- кальциевой и магниевой солей гексоинозитфосфорной кислоты. Важно, что в одной молекуле фитина 6 атомов фосфора. Таким образом, алейроновое зерно содержит азот и фосфор -- наиболее дефицитные элементы в рационе растений. В алейроновых зернах встречаются также кристаллы оксалата кальция.

В семенах злаковых алейроновые зерна находятся в наружном слое эндосперма; бобовых -- в семядолях, в клетках запасающей ткани наряду с крахмальными зернами. Более крупные алейроновые зерна характерны для семян масличных растений.

Жиры как запасные питательные вещества встречаются очень часто в семенах, плодах, спорах. По сравнению с белками и углеводами жиры -- соединения более восстановленные, поэтому в молекуле жира содержится почти вдвое больше потенциальной энергии, чем в молекулах белков и углеводов. Это обстоятельство имеет очень большое биологическое значение для семян, которые разносятся ветром. «Масличные» семена имеют меньший объем и вес, чем семена крахмалистые или белковые, поэтому семена дикорастущих растений преимущественно содержат масло в качестве запасного питательного вещества. На культурные растения эта закономерность не распространяется, так как их биология сильно изменяется под влиянием человека, и законы естественного отбора проявляются по отношению к ним ограниченно.

В растительных клетках часто встречаются кристаллы оксалата кальция, представляющие собой конечные продукты обмена. Они откладываются обычно в вакуолях. Форма этих кристаллов довольно разнообразна и часто специфична для определенных групп растений. Это могут быть одиночные кристаллы ромбоэдрической, октаэдрической или удлиненной формы (клетки наружных отмерших чешуек луковиц лука), друзы - шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов (клетки корневищ, коры, корки, черешков и эпидермы листьев многих растений), рафиды - кристаллы в виде пучков игл (стебель и листья винограда), кристаллический песок - скопления множества мелких одиночных кристаллов (паренхимные клетки многих пасленовых, бузины). Наиболее часто встречающаяся форма кристаллов - друзы.

Глава 2. Локализация запасных веществ в клетке

Запасные белки встречаются в растительных клетках в разной форме.

Белки, растворимые в воде или в слабых растворах минеральных солей, находятся в клеточном соке. Первые из них называются альбуминами, вторые -- глобулинами. Между ними нет резкой границы, и существуют переходные формы. Конечно, не все альбумины и глобулины, которые имеются в растительной клетке, запасные питательные вещества. Некоторые из них -- ферменты.

Нерастворимые белки находятся в цитоплазме в форме кристаллов. Белковые кристаллы отличаются от минеральных определенными физическими свойствами и потому называются кристаллоидами.

Размеры белковых кристаллов варьируют в довольно широких пределах - от 0,1 до 10 - 12 мкм.

В виде аморфной массы запасной белок алейрон накапливается в мелких вакуолях и представляет собой алейроновые (от греч. aleiron--мука) зерна или белковые тела, характерные для многих семян. Запасные белки этих структур синтезируются рибосомами во время формирования семени и откладываются в вакуоли

Крахмал откладывается в виде крахмальных зерен в строме пластид (чаще всего лейкопластов-амилопластов) вокруг центра кристаллизации (образовательного центра, центра слоистости) концентрическими слоями. Различают простые крахмальные зерна (имеют один центр слоистости) (картофель, пшеница) и сложные крахмальные зерна (имеют 2, 3 и более центров слоистости) (рис, овес, гречка). Крахмальное зерно состоит из двух компонентов: амилазы (растворимой части зерна, благодаря которой йод окрашивает крахмал в синий цвет) и амилопектина (нерастворимой части), который только набухает в воде. По свойствам крахмальные зёрна - это сферокристаллы. Слоистость видна потому, что разные слои зерна содержат разное количество воды.

Т.о., крахмал образуется только в пластидах, в их строме и в строме же запасается.

По месту локализации различают несколько типов крахмала.

1) Ассимиляционный (первичный) крахмал - образуется на свету в хлоропластах. Образование твёрдого вещества - крахмала из образующейся при фотосинтезе глюкозы предотвращает вредное повышение осмотического давления внутри хлоропласта. Ночью, когда фотосинтез прекращается, первичный крахмал гидролизуется до сахарозы и моносахаров и транспортируется в лейкопласты - амилопласты, где и откладывается как:

2) Запасной (вторичный) крахмал - зёрна более крупные, могут занимать весь лейкопласт.

Заключение

Таким образом можно сказать о том, что запасающие вещества в клетке представлены в основном в виде крахмальных зерен, белковых включений и липидных капель.

Крахмальные зерна - наиболее распространенные и важные включения растительных клеток, образующиеся только в строме пластид живых клеток. В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала, образующиеся при избытке продуктов фотосинтеза - сахаров.

Белковые включения содержатся в различных частях клетки: в нуклеоплазме и перинуклеарном пространстве ядра, гиалоплазме, строме лейкопластов, вакуолях, цистернах ЭПР, матриксе митохондрий. Запасные белки чаще всего откладываются в виде зерен округлой или овальной формы, называемых алейроновыми.

Липидные капли встречаются практически во всех растительных клетках, хотя численность и размеры их колеблются. Наиболее богаты ими семена и плоды, в которых они могут быть преобладающим по объему компонентом протопласта. Липидные капли, как правило, накапливаются непосредственно в гиалоплазме. Они представляют собой сферические тела обычно субмикроскопического размера

Список использованной литературы

1. Бавтуто, Т.А. Атлас по анатомии растений / Т.А. Бавтуто, В.М. Еремин, М.П. Жигар. - Минск: Ураджай, 2001. - 146 с.

2. Ботаника: учеб. для вузов: в 4 т. / П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт [и др.]. - М.: Академия, 2007.

4. Лотова, Л. И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений: учеб. / Л.И. Лотова. - Изд. 3-е, испр. - М.: КомКнига, 2007. - 512 с.

5. Матвиенко, Е.Ю. Ботаника: курс лекций по анатомии и морфологии растений для студ. спец. 250201 - «Лесное хозяйство», 250203 - «Садово-парковое и ландшафтное строительство» / Е.Ю. Матвиенко, Н.А.Юкин; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2007. - 141 с.

6. Практикум по анатомии и морфологии растений: учеб. пособие для студентов вузов / В.П. Викторов, М.А. Гуленкова, Л.Н. Дорохина [и др.]; под ред. Л.Н. Дорохиной. - М.: Академия, 2001. - 176 с.

Размещено на Allbest.ru