Физиология растительной клетки

Тема 2 Структура, функции и взаимодействие отдельных компонентов и органоидов растительной клетки

Структурная организация клетки – основа ее биохимической активности и функционирования как целостной живой системы. Структура, функция отдельных компонентов и органоидов клетки, особенности их строения в связи с их биологическими функциями. Клеточная стенка. Цитоплазма. Ядро. Пластиды. Рибосомы, митохондрии, вакуоль, микротрубочки, микрофиламенты, пероксисомы, лизосомы. Эндоплазматический ретикулюм. Аппарат Гольджи. Мембранный принцип организации поверхности протоплазмы и органоидов растительной клетки. Биохимическая и функциональная разнокачественность мембран. Основные функции мембран.

Тема 3 Основные принципы действия регуляторных механизмов и энергетика клетки

Функциональное взаимодействие различных органоидов клетки. Основные принципы действия регуляторных механизмов клетки. Компартментация каталитических систем и метаболических фондов протопласта, как один из механизмов регуляции клеточного метаболизма. Регуляторная роль мембран.

Физико-химические свойства протоплазмы (проницаемость, вязкость, эластичность, раздражимость, движение цитоплазмы и органоидов и т.д.). Их физиологическое значение и роль во взаимодействии растения с внешней средой. Принципы регулирования физиологических процессов клеткой.

 

Тема 4 Энергетический обмен в растительной клетке

Источники энергии в биологических системах. Понятие макроэргической связи. Значение макроэргических соединений в метаболизме живого организма. Мембрана как структурная основа биоэнергетических процессов. Развитие представлений о механизме сопряжения окислительно-восстановительных реакций с образованием макроэргических соединений.

Фотосинтез

 

Тема 5 Фотосинтез как основа энергетики биосферы

История развития учения о фотосинтезе. Общее уравнение фотосинтеза. Принципиальная схема физико-химическая сущность фотосинтеза. Роль фотосинтеза в процессах энергетического и пластического обмена растительного организма. Космическая роль зеленого растения в трансформации вещества и энергии. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере.

 

Тема 6 Фотосинтетический аппарат

Структурная и биохимическая организация фотосинтетического аппарата. Строение листа как органа фотосинтеза. Элементы ультраструктуры хлоропластов: двойная мембрана, строма, тилакоиды, граны. Значение внутренней компартментации хлоропласта. Химический состав и физические свойства тиллакоидных мембран.

Биогенез хлоропластов, пути и характеристика основных этапов образования. Фоторегуляция, гормональная и генетическая регуляция биогенеза хлоропластов.

 

Тема 7 Пигментные системы: хлорофиллы, билихромопротеины, каротиноиды

Хлорофиллы. Химическая структура, химические и физические (спектральные) свойства. Биосинтез хлорофилла

Билихромопротеины (фикобиллины). Распространение, химическое строение, спектральные свойства. Роль в фотосинтезе.

Каротиноиды. Химическое строение, свойства. Спектры поглощения. Функции в фотосинтезе.

Функциональное и экологическое значение спектрально-различных форм пигментов у фотосинтезирующих организмов.

 

Тема 8 Первичные процессы фотосинтеза, фотосистемы

Поглощение света пигментами. Электронно-возбужденные состояния пигментов (синглетное, триплетное). Типы дезактивации возбужденных состояний. Миграция энергии в системе фотосинтетических пигментов. Представление о фотосинтетической единице. Преобразование энергии в ре­акционном центре. Окислительно-восстановительные превращения хлорофилла реакционного центра. Представление о совместном функционировании двух фотосистем. Структура и назначение фотосистемы I и фотосистемы II. Реакции, связанные с выделением кислорода в фотосинтезе. Структура электронтранспортной цепи фотосинтеза.

 

Тема 9 Фотофосфорилирование

Фотоэнергетические реакции хлоропластов. Фотосинтетическое фосфорилирование. Характеристика основных типов фотофосфорилирования: циклического, нециклического, псевдоциклического. Физиологическое значение основных типов фотофосфорилирования. Механизм сопряжения электронного транспорта с формированием трансмембранного градиента электрохимического потенциала. Структурно-функциональная организация и механизм работы АТФ-синтазного комплекса.

 

Тема 10 Ассимиляция углерода

Классификация растений по метаболизму СО₂ в фотосинтезе. Метаболизм углерода в процессе фотосинтеза. С₃-путь фотосинтеза, основные этапы, их характеристика. Природа первичного акцептора углекислоты. Первичные продукты фотосинтеза, их превращения. Регенерация акцепторов СО₂. Стабильные продукты фотосинтеза, их природа. Первичный синтез углеводов. С₂-путь, фотодыхание и метаболизм гликолевой кислоты. С₄-путь фотосинтеза, его особенности и характеристика, метаболизм углерода по типу толстянковых (САМ-цикл), их экологическая роль.

 

Тема 11 Экология фотосинтеза

Показатели фотосинтеза: интенсивность, фотосинтетический потенциал, индекс листовой поверхности. Суточные и сезонные ритмы фотосинтетических процессов. Фотосинтез и урожай. Зависимость фотосинтеза от факторов окружающей среды: температуры, условий освещения (интенсивности, спектрального состава света), содержания углекислоты, условий минерального питания, водоснабжения. Эндогенная регуляция фотосинтеза.

Дыхание растений

Тема 12 Особенности дыхания растений

Значение дыхания в жизни растений. Развитие представлений о природе механизмов и путях окислительно-восстановительных превращений в клетке. Теория дыхания Палладина. Перекисная теория окисления Баха.

Пути окисления органических веществ в клетке. Унификация субстратов дыхания. Дыхательные субстраты. Глюкоза – основной дыхательный субстрат у растений. Механизм активации дыхательных субстратов, пути их включения в процессы биологического окисления. Использование в качестве дыхательных субстратов жиров и белков. Взаимосвязь превращения углеводов, белков и жиров.

 

Тема 13 Каталитические системы дыхания

Митохондрии. Их структура и функции. Ферментные системы дыхания. Участие ферментов различных классов в дыхании. Особенность растительных митохондрий – присутствие маликэнзима. Альтернативность каталитических механизмов биологического окисления. Механизмы активации водорода субстрата и молекулярного кислорода. Механизмы участия кислорода в метаболизме. Активные формы кислорода и их значение в жизнедеятельности растительной клетки. Антиоксидантные системы. Эволюция энзиматических систем, участвующих во взаимодействии клеток с кислородом.

 

Тема 14 Химизм дыхания

Пути диссимиляции углеводов.

Гликолиз, суть его реакций, энергетика. Синтез сахаров при обращении гликолиза. Цикл ди- трикарбоновых кислот, характеристика основных стадий цикла. Конверсия жиров в углеводы. Цикл Кребса-Корнберга (глоксилатный цикл). Пентозомонофосфатный путь окисления глюкозы и его роль в метаболизме клетки.

 

Тема 15 Окислительное фосфорилирование

Митохондрии, их структура и функции. Электрон-транспортная цепь дыхания: структурная организация, основные компоненты, их окислительно-восстановительные потенциалы. Комплексы переносчиков электронов. Альтернативность каталитических механизмов биологического окисления. Окислительное фосфорилирование в электрон-транспортной цепи, энергетическая эффективность. Субстратное и окислительное фосфорилирование. Пять состояний дыхательной цепи переноса электронов (по Чансу). Дыхательный контроль. Сопряженность электронного транспорта с синтезом АТФ.

 

Тема 16 Экология дыхания

Дыхание в фотосинтезирующей клетке. Дыхание целого растения. Зависимость дыхания от биологических особенностей растений, его физиологического состояния, возраста, вида ткани. Влияние на дыхание внешних факторов (температуры, газового состава среды, интенсивности и качества света и др.). Количественные показатели газообмена. Потери на дыхание при хранении урожая. Аноксия и адаптация к ней дыхательных систем.

 

 

Водный обмен растений