Запасные вещества растений и их локализация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАПАСНЫЕ  ВЕЩЕСТВА РАСТЕНИЙ

И ИХ ЛОКАЛИЗАЦИЯ

(курсовая работа)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….	3
ГЛАВА 1 Запасные питательные вещества и их локализация в растительной клетке …………………………...	4
1.1 Белки ……………………………………………………………………….	4
1.2 Углеводы  …………………………………………………………………..	7
1.3 Жиры ……………………………………………………………………….	11
ГЛАВА 2 Запасающие ткани и их расположение в теле растения…………………………………………………………………….	13
2.1 Ткани, запасающие  органические вещества …………………………….	13
2.2 Водозапасающая  ткань ……………………………………………………	16
Заключение...……………………………  ………………………………...	18
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ………………………………………..	19
ПРИЛОЖЕНИЕ  ……………………………………………………………….	20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Характерной особенностью живой клетки является способность к постоянному обмену веществ, который складывается из реакций синтеза и распада. Синтетическая деятельность растительных клеток чрезвычайно интенсивная, причем синтез может быть первичным и вторичным.

При первичном синтезе (фотосинтезе) происходит образование органических веществ из минеральных при участии солнечной энергии.  

При  вторичном  синтезе осуществляется преобразование органических соединений – из сахара образуется крахмал, из аминокислот  – белки и т. д. [4]

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) [6].

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

Накопление  большого количества питательных веществ  – специфическая особенность  клеток растений. Эти вещества, запасаемые клеткой иногда в значительных количествах, частично используются как энергетический материал, окисляясь в процессе дыхания и поставляя энергию для всех жизненных процессов клетки. Кроме того, из запасных веществ образуются конституционные вещества, идущие на построение тела растений [3].

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  ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА И 

ИХ  ЛОКАЛИЗАЦИЯ В РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКЕ

 

 

Запасные  питательные вещества накапливаются в клетках растений в течение вегетационного периода и используются частично зимой, а главное, весной на образование молодых побегов и корней. Перед листопадом или завяданием надземных частей многолетних трав резервные вещества оттягиваются в зимующие органы. У однолетников они концентрируются в семенах или плодах. С возобновлением роста или других активных   физиологических процессов они мобилизуются, превращаясь из веществ полимерных в более простые органические соединения. Запасные питательные вещества используются двояко — как энергетический и как пластический материал. В первом случае они окисляются в процессе дыхания, и клеткой используется освобождающаяся энергия. Во втором случае из запасных питательных веществ или их производных образуются вещества конституционные, т. е. такие, из которых состоят живые части протопласта. В качестве запасных питательных веществ в клетках встречаются все виды органических соединений — углеводы, белки, липиды [1].

 

 

1.1.  Белки

 

Запасные (эргастические) белки следует отличать от конституционных белков, составляющих основу протопласта. Запасные белки – протеины – являются простыми белками, построены из аминокислот, по сравнению с белками конституционными имеют меньший молекулярный вес и несколько иной аминокислотный состав. Для белков запаса характерна инертность: они вступают в реакции с большим трудом.

Запасной белок является вторичным продуктом ассимиляции. Он синтезируется в различных органоидах: в нуклеоплазме ядра, иногда в перинуклеарном пространстве, реже – в гиалоплазме, строме пластид, в ретикулярных цистернах, матриксе микротелец и митохондрий, а также в вакуолях. У некоторых растений белок может накапливаться в лейкопластах, называемых протеинопластами. Интересное строение они имеют в клетках луковицы безвременника. Короткие игольчатые кристаллы протеина расположены в строме пластиды наподобие хвоинок на ветке ели [4].

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. При созревании семян, сопровождающемся их обезвоживанием, белковые вакуоли высыхают,  белок и фитин (калиево-кальциево-магниевая соль инозитгексафосфорной кислоты) выпадают из раствора в осадок. В результате этого в зрелом семени белковые вакуоли превращаются в белковые тела. Часть белка при этом выкристаллизовывается и располагается на аморфной белковой массе, превращаясь в кристаллоид алейронового зерна. В тоже время фитин выделяется на алейроновом зерне в виде шарика – глобоида. Важно, что в одной молекуле фитина 6 атомов фосфора. Таким образом, алейроновое зерно содержит азот и фосфор — наиболее дефицитные элементы в рационе растений. У некоторых зонтичных в алейроновых зернах находятся кристаллы оксалата кальция. Иногда на алейроновом зерне образуется несколько кристаллоидов и глобоидов, которые в отличие от обычных протеиновых зерен характерны только для алейроновых зерен (рисунок 1.1) [12].

Различают три основных типа алейронового зерна: зерна с глобоидами; зерна с глобоидами и кристаллоидами (рисунок 1.2);  зерна с кристаллами оксалата кальция. У некоторых растений, например у картофеля, фасоли, образуется одиночный кристаллоид, не окруженный снаружи аморфным белком (рисунок 1.2).

Кристаллоиды  в отличие от истинных кристаллов (солей различных кислот) состоят  из белков, способных к набуханию  в воде. Благодаря этому алейроновые зерна во время прорастания семян обводняются, подвергаются распаду и питают зародыш. При этом сами алейроновые зерна постепенно превращаются в типичные вакуоли, лишенные белков. Сливаясь друг с другом, эти вакуоли формируют центральную вакуоль [7].

1 – кристалл белка; 2 – глобоид

Рисунок 1.1 – Алейроновое зерно в клетках семени клещевины

 

 

А – алейроновое  зерно в клетках эндосперма семени клещевины:

1 – кристаллоид; 2 – глобоид;

Б – кристалл белка в лейкопласте клетки фасоли

Рисунок 1.2 – Белковые включения

Алейроновые зерна  каждого вида растения сохраняют  определенную структуру и подобно  зернам крахмала служат надежным видовым  признаком.   

 

 

1.2. Углеводы

 

По  исключительно большому разнообразию и частоте встречаемости у  растений углеводам принадлежит первое место. Они, в качестве запасных питательных веществ, могут быть в форме сахаров, крахмала, инулина, полуклетчатки  и других соединений. Водорастворимые углеводы: моносахариды, представленные чаще всего глюкозой и фруктозой, дисахариды (сахароза) и некоторые полисахариды накапливаются  в вакуолях, которые занимают большую часть полости клетки [4].

Из  полисахаридов наиболее распространен инулин – изомер крахмала, молекула которого состоит из гексоз (обычно α-фруктозы), с низким коэффициентом полимеризации — (С₆Н₁₀О₅)_8-10. При действии спирта инулин образует игольчатые кристаллы, их скопления имеют вид сферы или ее части, поэтому их называют сферокристаллами (рисунок 1.3). Разрастание сферокристалла происходит вследствие отложения на его поверхности новых слоев плотно расположенных игольчатых кристаллов, ориентированных перпендикулярно поверхности сферы. Этим объясняется концентрическая и радиальная слоистость сферокристалла [10].

 

Рисунок 1.3 – Сферокристаллы инулина в корневище девясила

Очень часто органические вещества откладываются в виде зерен вторичного крахмала. Крахмальные зерна – наиболее важные и часто встречающиеся запасные вещества клеток растений. Это – единая структурная единица запасного крахмала. 

Крахмал по химической природе неоднороден. Он представляет α-1,4-глюкан – полисахарид, сходный с целлюлозой, состоящей из многих остатков глюкозы. Молекулы крахмала имеют вид длинных цепочек, расположенных по радиусам. При полном гидролизе крахмала кислотой или  с  помощью ферментов образуется глюкоза.

Основу крахмала составляют амилоза и амилопектин, различающиеся строением молекул. 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 амилазы к амилопектину в растительном крахмале постоянно для данного вида растении. Количество амилозы в крахмале колеблется от 0 до 35%, амилопектина обычно в несколько раз больше. От соотношения амилазы и амилопектина зависят физические свойства крахмала.

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

Крахмальные зерна могут содержать также и другие разновидности крахмала, представляющие собой продукты неполного гидролиза амилопектина. Это амилодекстрин и эригродекстрин, краснеющие от йода. Образование крахмальных зерен происходит только в пластидах живых клеток.

По происхождению  в растения различают крахмал  трех видов — ассимиляционный (первичный), запасной (вторичный) и транзиторный  (передаточный) (рисунок 1.4) [8].

Ассимиляционный крахмал синтезируется в зеленых частях растения (в хлоропластах) в процессе  фотосинтеза, в виде мельчайших зерен шаровидной или палочковидной формы и является одним из первоначальных продуктов фотосинтеза. Образование осмотически неактивного крахмала предотвращает вредное повышение осмотического давления в фотосинтезирующих клетках. Однако накопление крахмала в зеленых органах растений, как правило, не происходит. Первичный крахмал под действием фермента амилазы переводится в растворимую форму, т.е. гидролизуется до сахара, который и транспортируется из клетки в клетку. По пути этот сахар под действием ферментативных процессов временно полимеризуется в крахмал (транзиторный), затем опять в сахар, и так до той клетки и ткани, где он откладывается в запас в амилопластах. В пластидах из перетекающего сахара в присутствии фермента амилосинтеазы образуется вторичный или запасной крахмал в виде крахмальных зерен. Формирование его начинается с возникновения в амилопласте образовательного центра в определенных точках стромы (рисунок 1.5 А) [9].