Какие конечные продукты обмена веществ находятся в клеточном соке

1. Что такое вакуоль?

2. Что такое тонопласт?

3. Что такое клеточный сок?

4. От чего зависят химический состав и физическое состояние клеточного сока?

5. В чём состоят физиологические функции клеточного сока?

6. Какие вещества накапливаются в клеточном соке?

7. Что такое гликозиды, флавоноиды, антоцианы, дубильные вещества, алкалоиды?

8. Какое применение находят в медицине гликозиды, флавоноиды, антоцианы, дубильные вещества, алкалоиды?

9. Что такое осмос?

10. Какие вещества являются осмотически активными?

11. Что такое тургор?

12. Что такое тургорное давление?

13. Что такое тургорное натяжение?

14. Каков механизм возникновения тургора?

15. Какое значение имеет тургор в жизни растений?

16. Что такое плазмолиз? Отчего он возникает? К чему может привести?

17. В виде чего и где откладываются жиры?

18. Какие органы и ткани наиболее богаты жирами?

19. Что такое алейроновое зерно?

20. Как образуется алейроновое зерно?

21. Какие существуют виды алейроновых зёрен?

22. Что такое крахмальное зерно?

23. Как образуется крахмальное зерно?

24. Какие существуют виды крахмальных зёрен?

23. Оксалат кальция, где откладывается, какие виды кристаллов образует?

24. Какое значение имеют кристаллы оксалата кальция в медицине?

25. Эфирные масла, что это такое, где образуются и где накапливаются?

26. Какое значение имеют эфирные масла в медицине?

Вакуоли – производные протопласта – полость, ограниченная двойной мембраной (тонопластом) и заполненная клеточным соком. Клеточный сок – это слабоконцентрированный водный раствор минеральных и органических соединенений, образующих истинные и коллоидные растворы. При обезвоживании вакуолей они переходят в форму кристаллов или кристаллоидов. Клеточный сок имеет в основном слабокислую реакцию (рН 2 – 5). Его химический состав зависит от вида растения, его возраста и состояния. Физиологические функции вещества клеточного сока различны. В нём накапливаются и запасные питательные вещества (простые белки, углеводы), и вещества, регулирующие взаимовлияение растений, растений и животных (гликозиды, пигменты, алкалоиды), и осмотически деятельные соединения (соли органических и неорганических кислот).

Гликозиды – эфироподобные соединения моносахаридов со спиртами, с альдегидами и другими веществами. К гликозидам относятся пигменты клеточного сока – флавоноиды. Они окрашивают клеточный сок в лепестках цветков и плодах и тем самым способствуют привлечению насекомых опылителей и распространению плодов. Флавоны – жёлтые пигменты, антоцианы – пигменты, меняющие свою окраску в зависимости от рН клеточного сока.

Дубильные вещества – эфиры фруктозы и ароматических кислот, предохраняющие растения от загнивания. Соединяясь с белками, они дают нерастворимые соединения.

Алкалоиды – органические основания, содержащие азот, в растениях находятся в виде солей органических кислот, как правило проявляют большую физиологическую активность и оказывают сильное влияние на организм человека и животных, широко применяются в медицине.

Клеточный сок накапливается в каналах эндоплазматической сети в виде капелек, которые затем сливаются в вакуоль. В молодых клетках содержится много мелких вакуолей, в старых обычно одна крупная. В клеточном соке растворены различные вещества: углеводы, растворимые белки, органические кислоты, гликозиды, дубильные вещества, алкалоиды, ферменты, витамины, пигменты и другие. Вакуоль – место отложения конечных продуктов обмена веществ. Функции вакуолей заключаются с одной стороны в накоплении запасных и изоляции эргастических веществ (отбросов, конечных продуктов обмена), с другой – в поддержании тургора и регуляции водно-солевого обмена.

Между клеточным соком, протопластом и клеточными стенками постоянно передвигаются вещества и вода. Тонопласт легко проницаем для воды и, обладая избирательной проницаемостью, замедляет выход из вакуоли ионов и сахаров.

Основная роль в осмосе растительных клеток принадлежит вакуолям. Если клеточный сок имеет более высокую концентрацию, то вода будет проникать в вакуоль. Увеличиваясь при этом в объёме, вакуоль будет давить на цитоплазму, прижимая её к клеточной стенке и создавая тургорное давление. Клеточная стенка в силу своей упругости будет оказывать обратное давление на протопласт. Это противодавление клеточных стенок называется тургорным натяжением. Поступление воды в клетку хотя и происходит на основе осмоса, но лимитировано ограниченно растяжимой клеточной стенкой. Когда будет достигнут предел растяжимости клеточной стенки, всасывание воды прекратится. Концентрация клеточного сока будет наименьшей, тургорное напряжение – максимальным, клетка имеет наибольший возможный объём. Напряжённое состояние клеточной стенки, создаваемое гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости, называется тургором. Тургор нормальное физиологическое состояние растительной клетки. Благодаря тургору поддерживается упругость клеток и тканей, растение сохраняет свою форму, занимает определённое положение в пространстве, противостоит механическим воздействиям. Если клетку в состоянии тургора поместить в раствор, осмотическое давление которого выше, чем клеточного сока (гипертонический раствор), то вода будет выходить из клетки. Сокращение объёма вакуоли приедёт к уменьшению давления её на цитоплазму, а цитоплазмы – на клеточные стенки. Клеточные стенки в силу свой эластичности станут менее растиянутыми, объём клетки уменьшится. Если объём клетки достигнет минимума, а уменьшение объёма цитоплазмы будет продолжаться, то, сжимаясь, она начнёт отставать от стенок и постепенно соберётся в центре клетки. Наступает плазмолиз – состояние, обратное тургору. Длительный и сильный плазмолиз может вызвать гибель клетки, при частичном плазмолизе растение увядает.

Включения представляют собой вещества, временно выведенные из обмена веществ или конечные его продукты. Большинство включений расположены в цитоплазме и вакуолях. Существуют жидкие и твёрдые включения.

Широко распространено отложение жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими плоды и семена.

Запасные белки наиболее часто встречаются в виде алейроновых зёрен, которые образуются при созревании семян из высохших вакуолей. Они имеют различную форму, размеры от 0,2 до 20 мкм. Алейроновое зерно окружено тонопластом и содержит белковый матрикс, в который погружены белковый кристалл (реже их два-три) ромбоэдрической формы и глобоид фитина (содержит запасной фосфор). Это сложное алейроновое зерно (у льна, тыквы, подсолнечника и др.). Алейроновые зёрна, содержащие только аморфный белок, называют простыми (у бобовых, риса, кукурузы, гречихи).

Наиболее распространённое запасное питательное вещество – крахмал. Следует различать крахмал ассимиляционный (или первичный), запасной (или вторичный) и транзиторный. Ассимиляционный крхиал образуется в процессе фотосинтеза в хлоропластах из глюкозы.Запасной крахмал откладывется в лейкопластах (амилопластах) в виде крахмальных зёрен. Крахмальные зёрна представляют собой сферокристаллы, состоящие из игольчатых кристаллов. В поляризованном свете в каждом зерне виден чёрный крест. В крахмальных зёрнах наблюдается слоистость, которая объясняется различныи содержанием воды, в тёмных слоях её больше, в светлых меньше. Это связано с неравномерностью поступления крахмала в течении суток. Крахмальные зёрна бывают простыми, сложными и полусложными. Простые зёрна имеют один центр крахмалообразования, вокруг которого формируются слои крахмала. У сложных зёрен в одном лейкопласте несколько центров, имеющих свои собственные слои. В полусложных зёрнах также несколько центров (два и больше), но кроме слоёв крахмала, возникших возле каждого центра, по периферии зерна имеются общие слои. Простые зёрна имеют пшеница, рожь, кукуруза, сложные – рис, овёс, гречиха. В клубнях картофеля встречаются все три типа крахмальных зёрен.

Продукты вторичного обмена веществ. Часть конечных продуктов обмена веществ выделяется наружу, часть изолируется в самом растении. Одни вещества накапливаюся в клеточном соке ( соли щавелевой кислоты, дубильные вещества, алкалоиды), другие – в специализированных клетках или особых вместилищах (эфирные масла, смолы, оксалат кальция и др.). Оксалат кальция откладывается только в вакуолях в виде кристаллов. Это могут быть одиночные многогранники, рафиды – пачки игольчатых кристаллов, кристаллический песок – скопления множества одиночных кристаллов, наиболее часто встречаются друзы – шаровидные сростки призматических кристаллов. Наличие или отсутствие кристаллов оксалата кальция и их вид, используется как диагностический признак при определении подлинности и доброкачественности лекарственного растительного сырья.

Клеточный сок — водный раствор различных веществ. В основном это продукты жизнедеятельности протопласта, появляющиеся и исчезающие на разных этапах жизни клетки. Химический состав и концентрация клеточного сока зависят от вида растения и типа ткани, к которой относится клетка. Обычно клеточный сок имеет кислую реакцию. В его состав входят водорастворимые органические и неорганические вещества. В клеточном соке широко представлены запасные питательные вещества: простые белки и водорастворимые углеводы; вещества, обеспечивающие защиту клетки и ее кантакты с другими организмами: алкалоиды, гликозиды, пигменты; осмотически активные соединения: соли неорганических и органических кислот. Здесь же изолируются ненужные протопласту конечные продукты обмена веществ.

Вещества клеточного сока

Таблица 6.1

Окончание

Среди веществ, входящих в состав клеточного сока, больше всего водорастворимых углеводов. Особое значение имеют сахара: глюкоза, фруктоза, сахароза. Они служат основными источниками энергии в клетке и представляют собой типичные запасные вещества. В вакуолях клеток запасающих тканей клубней топинамбура (подсолнечника клубненосного) и стахиса Зибольда накапливается много водорастворимого полисахарида инулина, что, значительно повышая концентрацию клеточного сока, предотвращает его замерзание в зимний период и позволяет клубням зимовать в почве.

Роль содержащихся в клеточном соке гликозидов (эфироподобных соединений моносахаридов со спиртами и другими веществами) не совсем ясна. Некоторые из них, безусловно, могут защищать растения от поедания животными своей токсичностью (амигдалин, диги- талин), горьким вкусом (синигрин) или неприятным резким запахом (кумарин). Относящиеся к гликозидам пигменты клеточного сока обеспечивают окраску цветков и плодов, способствуя соответственно их опылению и распространению. Наибольший интерес представляют пигменты антоцианы, способные изменять окраску в зависимости от реакции клеточного сока. В кислой среде она красная, в нейтральной — фиолетовая, в щелочной — синяя. Именно этими пигментами обычно обусловлена столь разнообразная окраска цветков (василек, герань, дельфиниум, мак, пион, шиповник) и плодов (виноград, вишня, слива, смородина). Красно-фиолетовый пигмент бетаин окрашивает листья и корнеплоды столовой свеклы.

Накапливающиеся в клеточном соке дубильные вещества, обладая антисептическими свойствами, защищают растения от патогенных бактерий и грибов. Очень много дубильных веществ содержится в корке дуба и в листьях чая (до 20%). Благодаря противовоспалительному и вяжущему действию их применяют при лечении ожогов, кожных болезней, воспалительных процессов в ротовой полости, горле, пищеварительной системе. Издавна дубильные вещества используются для дубления кож.

Ажалоиды (органические основания, содержащие азот) находятся в клеточном соке в виде солей органических кислот. Сильноядовитые и жгучие на вкус, они, очевидно, как и гликозиды, защищают растения от травоядных животных. Обладая высокой физиологической активностью, оказывают сильное воздействие на организм человека. Широко применяются в медицине как лекарства разного действия: болеутоляющего (кокаин, морфин), антималярийного (хинин), сосудорасширяющего (атропин) и др. Инсектицидными свойствами обладают анабазин и никотин.

Вакуоли. Клеточный сок накапливается в вакуолях — полостях, образуемых цистернами ЭР. В образовании вакуолей принимает участие и аппарат Гольджи, в диктиосомах которого изолируются продукты вторичного обмена. С помощью пузырьков Гольджи они доставляются к вакуоли, где содержимое пузырька пополняет состав клеточного сока, а мембрана пузырька обеспечивает поверхностный рост мембраны вакуоли — тонопласта. В процессе жизнедеятельности клетки многочисленные мелкие вакуоли сливаются между собой, образуя одну большую центральную вакуоль. В зрелой клетке она занимает до 70—90% ее объема (протопласт располагается в такой клетке постенно).

Вакуоль — не только место хранения разнообразных веществ. Она играет важную роль в поддержании клетки в состоянии тургора и регуляции водно-солевого обмена. При достаточной оводненности клетки вода поступает в вакуоль путем диффузии — движением молекул из области их высокой в область их низкой концентрации, т.е. по градиенту концентрации. При выравнивании концентрации движение молекул останавливается. Диффузию воды через мембрану по градиенту концентрации называют осмосом. В результате осмоса молекулы воды перемещаются из раствора с низкой концентрацией растворенных веществ (гипотонического) в раствор с более высокой их концентрацией (гипертонический) до тех пор, пока концентрации растворов не сравняются (они станут изотоническими).

Ведущую роль в осуществлении осмоса в растительной клетке играет вакуоль. Если концентрация клеточного сока выше, чем у гиалоплазмы, то вода из нее будет поступать в вакуоль. Увеличиваясь при этом в размерах, вакуоль начинает давить на протопласт, прижимая его к клеточной стенке и тем самым создавая так называемое тургорное давление. Достаточно упругая клеточная стенка оказывает в этом случае обратное давление на протопласт — тургорное натяжение. Оно увеличивается по мере поступления воды в клетку. Поступление воды в клетку лимитируется растяжимостью эластичной клеточной стенки — при достижении ее предела вода перестает поступать в клетку. Напряженное состояние клеточной стенки, создаваемое внутриклеточной жидкостью, называется тургором. Клетка в состоянии тургора имеет наибольший объем, наименьшую концентрацию клеточного сока и максимальное тургорное натяжение.

Состояние тургора — нормальное физиологическое состояние клетки. Оно играет огромную роль в жизни растения. Благодаря тургору органы растения поддерживают свою форму и сохраняют нужное положение в пространстве, противостоя различным механическим воздействиям. При помещении клетки, находящейся в состоянии тургора, в раствор с более высокой концентрацией, чем концентрация ее клеточного сока (с более высоким осмотическим давлением), вода начнет быстро покидать клетку. Уменьшение объема вакуоли приводит к понижению ее давления на протопласт, а последнего — на клеточную стенку. Сокращение поверхности клеточной стенки приводит к уменьшению размера клетки. Когда размер клетки достигает минимума, а уменьшение объема протопласта из-за потери воды продолжается, то, сжимаясь, он может сначала локально — местами, а потом и полностью отделиться от клеточной стенки. Такое противоположное тургору состояние клетки называют плазмолизом. Если клетку в состоянии плазмолиза поместить в чистую воду, то она может вернуться в состояние тургора, т.е. произойдет деплазмолиз. В этом случае имеет место обратимый плазмолиз. Когда протопласт из-за потери воды полностью отделяется от клеточной стенки, клетку в состояние тургора вернуть уже невозможно — наступает необратимый плазмолиз, в результате которого протопласт погибает.

Последствия плазмолиза можно наблюдать при недостаточном поливе растений — листья их поникают и увядают. Об осмотических особенностях клеток следует помнить и при внесении удобрений. Высокая концентрация вносимых удобрений может так сильно повысить концентрацию почвенного раствора возле корневых волосков, что вода начнет покидать клетки корня, а не поступать в них.