Anorganische Stoffe der Zelle

Chemische Zusammensetzung Zellen

In Zellen wurden etwa 60 Elemente des Periodensystems von Mendelejew gefunden, die auch in der unbelebten Natur vorkommen. Dies ist einer der Beweise für die Gemeinsamkeit der belebten und unbelebten Natur. Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff kommen in lebenden Organismen am häufigsten vor und machen etwa 98 % der Zellmasse aus. Dies liegt an den Besonderheiten der chemischen Eigenschaften von Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, wodurch sie sich als am besten für die Bildung von Molekülen geeignet erwiesen, die biologische Funktionen erfüllen. Diese vier Elemente sind in der Lage, durch die Paarung von Elektronen zweier Atome sehr starke kovalente Bindungen zu bilden. Kovalent gebundene Kohlenstoffatome können das Rückgrat unzähliger verschiedener organischer Moleküle bilden. Da Kohlenstoffatome leicht kovalente Bindungen mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und auch mit Schwefel eingehen, erreichen organische Moleküle eine außergewöhnliche Komplexität und Strukturvielfalt.

Zusätzlich zu den vier Hauptelementen enthält die Zelle Eisen, Kalium, Natrium, Kalzium, Magnesium, Chlor, Phosphor und Schwefel in nennenswerten Mengen (10. und 100. Teile Prozent). Alle anderen Elemente (Zink, Kupfer, Jod, Fluor, Kobalt, Mangan usw.) kommen in der Zelle in sehr geringen Mengen vor und werden daher als Mikroelemente bezeichnet.

Chemische Elemente sind Bestandteil anorganischer und organischer Verbindungen. Zu den anorganischen Verbindungen zählen Wasser, Mineralsalze, Kohlendioxid, Säuren und Basen. Organische Verbindungen sind Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Fette (Lipide) und Lipoide. In ihrer Zusammensetzung können neben Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff auch weitere Elemente enthalten sein. Einige Proteine ​​enthalten Schwefel. Bestandteil Nukleinsäuren ist Phosphor. Das Hämoglobinmolekül enthält Eisen, Magnesium ist am Aufbau des Chlorophyllmoleküls beteiligt. Spurenelemente spielen trotz ihres äußerst geringen Gehalts in lebenden Organismen eine Rolle wichtige Rolle in Lebensprozessen. Jod ist Teil des Schilddrüsenhormons – Thyroxin, Kobalt – in der Zusammensetzung von Vitamin B 12 enthält das Hormon der Bauchspeicheldrüseninsel – Insulin – Zink. Bei manchen Fischen nimmt Kupfer den Platz des Eisens in den Molekülen der sauerstofftragenden Pigmente ein.

anorganische Stoffe

Wasser. H 2 O ist die häufigste Verbindung in lebenden Organismen. Sein Gehalt in verschiedenen Zellen schwankt in einem ziemlich weiten Bereich: von 10 % im Zahnschmelz bis zu 98 % im Körper einer Qualle, im Durchschnitt beträgt er jedoch etwa 80 % des Körpergewichts. Die außerordentlich wichtige Rolle von Wasser bei der Bereitstellung lebenswichtiger Prozesse beruht auf seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften. Die Polarität der Moleküle und die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen machen Wasser zu einem guten Lösungsmittel für eine Vielzahl von Stoffen. Die meisten chemischen Reaktionen, die in einer Zelle ablaufen, können nur in einer wässrigen Lösung ablaufen. Wasser ist auch an vielen chemischen Umwandlungen beteiligt.

Gesamtzahl Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen variieren je nach t °. Bei t ° Schmelzendes Eis zerstört etwa 15 % der Wasserstoffbrückenbindungen, bei einer Temperatur von 40 °C die Hälfte. Beim Übergang in den gasförmigen Zustand werden alle Wasserstoffbrückenbindungen zerstört. Dies erklärt die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser. Wenn sich die Temperatur der äußeren Umgebung ändert, nimmt Wasser aufgrund des Aufbrechens oder der Neubildung von Wasserstoffbrücken Wärme auf oder gibt sie ab. Dadurch fallen die Temperaturschwankungen im Zellinneren geringer aus als in der Umgebung. Die hohe Verdunstungswärme liegt dem effizienten Mechanismus der Wärmeübertragung bei Pflanzen und Tieren zugrunde.

Wasser ist als Lösungsmittel an den Phänomenen der Osmose beteiligt, die eine wichtige Rolle für die lebenswichtige Aktivität der Körperzellen spielt. Unter Osmose versteht man das Eindringen von Lösungsmittelmolekülen durch eine semipermeable Membran in eine Lösung eines Stoffes. Semipermeable Membranen sind Membranen, die den Durchgang von Lösungsmittelmolekülen ermöglichen, jedoch keine Moleküle (oder Ionen) des gelösten Stoffes. Daher ist Osmose eine einseitige Diffusion von Wassermolekülen in Richtung einer Lösung.

Mineralsalze. Großer Teil anorganisch Zellen liegen in Form von Salzen in dissoziiertem oder festem Zustand vor. Die Konzentration von Kationen und Anionen in der Zelle und in ihrer Umgebung ist nicht gleich. Die Zelle enthält ziemlich viel K und viel Na. Im extrazellulären Milieu, zum Beispiel im Blutplasma, im Meerwasser hingegen gibt es viel Natrium und wenig Kalium. Die Reizbarkeit der Zellen hängt vom Konzentrationsverhältnis der Ionen Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ ab. Im Gewebe vielzelliger Tiere ist K Teil einer vielzelligen Substanz, die für den Zusammenhalt der Zellen und deren geordnete Anordnung sorgt. Der osmotische Druck in der Zelle und ihre Puffereigenschaften hängen weitgehend von der Salzkonzentration ab. Pufferung ist die Fähigkeit einer Zelle, eine leicht alkalische Reaktion ihres Inhalts auf einem konstanten Niveau aufrechtzuerhalten. Die Pufferung innerhalb der Zelle erfolgt hauptsächlich durch H 2 PO 4 und HPO 4 2- Ionen. In extrazellulären Flüssigkeiten und im Blut spielen H 2 CO 3 und HCO 3 – die Rolle eines Puffers. Anionen binden H-Ionen und Hydroxidionen (OH-), wodurch sich die Reaktion extrazellulärer Flüssigkeiten innerhalb der Zelle praktisch nicht ändert. Unlösliche Mineralsalze (z. B. Ca-Phosphat) sorgen für Festigkeit Knochengewebe Wirbeltiere und Muschelschalen.

11. Die chemische Zusammensetzung der Zelle. anorganische Stoffe der Zelle.

Die organische Substanz der Zelle

Eichhörnchen. Unter organische Substanz Proteinzellen stehen sowohl in der Menge (10 - 12 % der gesamten Zellmasse) als auch im Wert an erster Stelle. Proteine ​​sind hochmolekulare Polymere (mit einem Molekulargewicht von 6.000 bis 1 Million oder mehr), deren Monomere Aminosäuren sind. Lebende Organismen nutzen 20 Aminosäuren, obwohl es noch viel mehr gibt. Die Zusammensetzung jeder Aminosäure umfasst eine Aminogruppe (-NH 2) mit basischen Eigenschaften und eine Carboxylgruppe (-COOH) mit sauren Eigenschaften. Zwei Aminosäuren werden zu einem Molekül kombiniert, indem eine HN-CO-Bindung unter Freisetzung eines Wassermoleküls hergestellt wird. Die Bindung zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen wird als Peptidbindung bezeichnet. Proteine ​​sind Polypeptide, die Dutzende oder Hunderte von Aminosäuren enthalten. Moleküle verschiedener Proteine ​​unterscheiden sich voneinander im Molekulargewicht, der Anzahl, der Zusammensetzung der Aminosäuren und ihrer Reihenfolge in der Polypeptidkette. Es ist daher klar, dass Proteine ​​​​von großer Vielfalt sind, ihre Zahl in allen Arten lebender Organismen wird auf 10 10 - 10 12 geschätzt.

Eine Kette von Aminosäureeinheiten, die durch kovalente Peptidbindungen in einer bestimmten Reihenfolge verbunden sind, wird als Primärstruktur eines Proteins bezeichnet. In Zellen haben Proteine ​​die Form von helikal gedrehten Fasern oder Kugeln (Kügelchen). Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass in einem natürlichen Protein die Polypeptidkette abhängig von der chemischen Struktur der Aminosäuren, aus denen sie besteht, auf eine genau definierte Weise gefaltet ist.

Zunächst windet sich die Polypeptidkette zu einer Helix. Zwischen den Atomen benachbarter Windungen entsteht Anziehung und es bilden sich Wasserstoffbrücken, insbesondere zwischen NH- und CO-Gruppen befindet sich in angrenzenden Kurven. Eine spiralförmig verdrillte Kette von Aminosäuren bildet die Sekundärstruktur eines Proteins. Durch die weitere Faltung der Helix entsteht eine für jedes Protein spezifische Konfiguration, die sogenannte Tertiärstruktur. Die Tertiärstruktur ist auf die Wirkung von Kohäsionskräften zwischen den in einigen Aminosäuren vorhandenen hydrophoben Resten und kovalenten Bindungen zwischen den SH-Gruppen der Aminosäure Cystein zurückzuführen ( S-S-Verbindungen). Die Anzahl der hydrophoben Reste der Aminosäuren und Cystein sowie die Reihenfolge ihrer Anordnung in der Polypeptidkette sind für jedes Protein spezifisch. Folglich werden die Merkmale der Tertiärstruktur eines Proteins durch seine Primärstruktur bestimmt. Das Protein zeigt biologische Aktivität nur in Form einer Tertiärstruktur. Daher kann der Austausch auch nur einer Aminosäure in der Polypeptidkette zu einer Änderung der Konfiguration des Proteins und zu einer Verringerung oder einem Verlust seiner biologischen Aktivität führen.

In manchen Fällen verbinden sich Proteinmoleküle miteinander und können ihre Funktion nur in Form von Komplexen erfüllen. Hämoglobin ist also ein Komplex aus vier Molekülen und nur in dieser Form ist es in der Lage, Sauerstoff zu binden und zu transportieren. Solche Aggregate stellen die Quartärstruktur des Proteins dar. Entsprechend ihrer Zusammensetzung werden Proteine ​​in zwei Hauptklassen eingeteilt – einfache und komplexe. Einfache Proteine ​​bestehen nur aus Aminosäuren, Nukleinsäuren (Nukleotiden), Lipiden (Lipoproteinen), Me (Metallproteinen) und P (Phosphoproteinen).

Die Funktionen von Proteinen in der Zelle sind äußerst vielfältig. Eine der wichtigsten ist die Baufunktion: Proteine ​​sind an der Bildung aller beteiligt Zellmembranen und Organellen der Zelle sowie intrazelluläre Strukturen. Von außerordentlicher Bedeutung ist die enzymatische (katalytische) Rolle von Proteinen. Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen in der Zelle fließen, 10 Ki und 100 Millionen Mal. Die motorische Funktion wird durch spezielle kontraktile Proteine ​​gewährleistet. Diese Proteine ​​sind an allen Arten von Bewegungen beteiligt, zu denen Zellen und Organismen fähig sind: Flimmern der Flimmerhärchen und Schlagen der Flagellen bei Protozoen, Muskelkontraktion bei Tieren, Bewegung von Blättern bei Pflanzen usw. Die Transportfunktion von Proteinen besteht darin, chemische Elemente zu binden (z. B. Hämoglobin bindet O) oder biologisch aktive Substanzen (Hormone) und übertragen diese auf die Gewebe und Organe des Körpers. Die Schutzfunktion äußert sich in der Produktion spezieller Proteine, sogenannter Antikörper, als Reaktion auf das Eindringen fremder Proteine ​​oder Zellen in den Körper. Antikörper binden und neutralisieren Fremdstoffe. Proteine ​​spielen als Energielieferanten eine wichtige Rolle. Bei vollständige Spaltung 1g Proteine ​​werden mit 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) freigesetzt.

Kohlenhydrate. Kohlenhydrate oder Saccharide sind organische Substanzen mit der allgemeinen Formel (CH 2 O) n. Die meisten Kohlenhydrate haben doppelt so viele H-Atome wie O-Atome, wie in Wassermolekülen. Daher wurden diese Stoffe Kohlenhydrate genannt. In einer lebenden Zelle kommen Kohlenhydrate in Mengen von nicht mehr als 1-2, manchmal 5 % vor (in der Leber, in den Muskeln). Am reichsten an Kohlenhydraten sind Pflanzenzellen, deren Gehalt teilweise 90 % der Trockenmasse erreicht (Samen, Kartoffelknollen etc.).

Kohlenhydrate sind einfach und komplex. Einfache Kohlenhydrate werden Monosaccharide genannt. Abhängig von der Anzahl der Kohlenhydratatome im Molekül werden Monosaccharide Triosen, Tetrosen, Pentosen oder Hexosen genannt. Von den sechs Kohlenstoffmonosacchariden sind Hexosen, Glucose, Fructose und Galactose die wichtigsten. Glukose ist im Blut enthalten (0,1-0,12 %). Die Pentosen Ribose und Desoxyribose sind Bestandteile von Nukleinsäuren und ATP. Wenn sich zwei Monosaccharide in einem Molekül vereinen, wird eine solche Verbindung als Disaccharid bezeichnet. Nahrungszucker, der aus Rohr- oder Zuckerrüben gewonnen wird, besteht aus einem Molekül Glucose und einem Molekül Fructose, Milchzucker aus Glucose und Galactose.

Komplexe Kohlenhydrate, die aus vielen Monosacchariden bestehen, werden Polysaccharide genannt. Das Monomer solcher Polysaccharide wie Stärke, Glykogen und Cellulose ist Glucose. Kohlenhydrate erfüllen zwei Hauptfunktionen: Aufbau und Energie. Zellulose bildet Wände Pflanzenzellen. Als Hauptbestandteil dient das komplexe Polysaccharid Chitin Strukturkomponente Exoskelett von Arthropoden. Chitin übt in Pilzen auch eine aufbauende Funktion aus. Kohlenhydrate spielen die Rolle der Hauptenergiequelle in der Zelle. Bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten werden 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) freigesetzt. Stärke in Pflanzen und Glykogen in Tieren werden in Zellen gespeichert und dienen als Energiereserve.

Nukleinsäuren. Der Wert von Nukleinsäuren in der Zelle ist sehr hoch. Die Besonderheiten ihrer chemischen Struktur bieten die Möglichkeit, Informationen über die Struktur von Proteinmolekülen zu speichern, zu übertragen und an Tochterzellen weiterzugeben, die in jedem Gewebe in einem bestimmten Stadium der individuellen Entwicklung synthetisiert werden. Da die meisten Eigenschaften und Eigenschaften von Zellen auf Proteine ​​zurückzuführen sind, ist klar, dass die Stabilität von Nukleinsäuren die wichtigste Voraussetzung für das normale Funktionieren von Zellen und ganzen Organismen ist. Jegliche Veränderungen in der Struktur von Zellen oder der Aktivität physiologischer Prozesse in ihnen, die sich auf das Leben auswirken. Die Untersuchung der Struktur von Nukleinsäuren ist äußerst wichtig für das Verständnis der Vererbung von Merkmalen in Organismen und der Funktionsmuster sowohl einzelner Zellen als auch zellulärer Systeme – Gewebe und Organe.

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – DNA und RNA. DNA ist ein Polymer, das aus zwei Nukleotidhelices besteht, die so umschlossen sind, dass eine Doppelhelix entsteht. Monomere von DNA-Molekülen sind Nukleotide, die aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin), einem Kohlenhydrat (Desoxyribose) und einem Phosphorsäurerest bestehen. Die stickstoffhaltigen Basen im DNA-Molekül sind durch eine ungleiche Anzahl von H-Brücken miteinander verbunden und paarweise angeordnet: Adenin (A) steht immer gegen Thymin (T), Guanin (G) gegen Cytosin (C). Schematisch lässt sich die Anordnung der Nukleotide in einem DNA-Molekül wie folgt darstellen:

Abb. 1. Anordnung der Nukleotide in einem DNA-Molekül

Aus Abb.1. Es ist zu erkennen, dass die Nukleotide nicht zufällig, sondern selektiv miteinander verbunden sind. Die Fähigkeit zur selektiven Wechselwirkung von Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin wird als Komplementarität bezeichnet. Die komplementäre Wechselwirkung bestimmter Nukleotide erklärt sich aus den Besonderheiten der räumlichen Anordnung der Atome in ihren Molekülen, die es ihnen ermöglichen, sich einander zu nähern und H-Bindungen zu bilden. In einer Polynukleotidkette sind benachbarte Nukleotide über einen Zucker- (Desoxyribose) und einen Phosphorsäurerest miteinander verbunden. RNA ist wie DNA ein Polymer, dessen Monomere Nukleotide sind. Die stickstoffhaltigen Basen der drei Nukleotide sind die gleichen wie diejenigen, aus denen die DNA besteht (A, G, C); das vierte – Uracil (U) – ist anstelle von Thymin im RNA-Molekül vorhanden. RNA-Nukleotide unterscheiden sich von DNA-Nukleotiden in der Struktur ihres Kohlenhydrats (Ribose statt Desoxyribose).

In einer RNA-Kette werden Nukleotide durch die Bildung kovalenter Bindungen zwischen der Ribose eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen verbunden. Zweisträngige RNAs unterscheiden sich in ihrer Struktur. Doppelsträngige RNAs sind die Bewahrer der genetischen Information bei einer Reihe von Viren, d. h. erfüllen die Funktionen von Chromosomen. Einzelsträngige RNAs übertragen Informationen über die Struktur von Proteinen vom Chromosom zum Ort ihrer Synthese und sind an der Proteinsynthese beteiligt.

Es gibt verschiedene Arten einzelsträngiger RNA. Ihre Namen sind auf ihre Funktion oder Lage in der Zelle zurückzuführen. Der größte Teil der zytoplasmatischen RNA (bis zu 80–90 %) ist ribosomale RNA (rRNA), die in Ribosomen enthalten ist. rRNA-Moleküle sind relativ klein und bestehen im Durchschnitt aus 10 Nukleotiden. Eine andere Art von RNA (mRNA), die Informationen über die Sequenz von Aminosäuren in Proteinen trägt, die zu Ribosomen synthetisiert werden sollen. Die Größe dieser RNAs hängt von der Länge des DNA-Segments ab, aus dem sie synthetisiert wurden. Transfer-RNAs erfüllen mehrere Funktionen. Sie liefern Aminosäuren an den Ort der Proteinsynthese, „erkennen“ (nach dem Prinzip der Komplementarität) das Triplett und die RNA, die der übertragenen Aminosäure entsprechen, und führen die genaue Ausrichtung der Aminosäure am Ribosom durch.

Fette und Lipoide. Fette sind Verbindungen aus makromolekularen Fettsäuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Fette lösen sich nicht in Wasser – sie sind hydrophob. In der Zelle gibt es immer auch andere komplexe hydrophobe fettähnliche Substanzen, sogenannte Lipoide. Eine der Hauptfunktionen von Fetten ist Energie. Beim Abbau von 1 g Fett zu CO 2 und H 2 O wird eine große Energiemenge freigesetzt – 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Der Fettgehalt in der Zelle liegt zwischen 5 und 15 % der Trockenmasse. In den Zellen lebenden Gewebes erhöht sich der Fettanteil auf 90 %. Die Hauptfunktion von Fetten in der tierischen (und teilweise pflanzlichen) Welt ist die Speicherung.

Bei vollständige Oxidation 1 g Fett (zu Kohlendioxid und Wasser) setzt etwa 9 kcal Energie frei. (1 kcal = 1000 cal; Kalorie (cal, cal) – eine systemfremde Einheit der Arbeits- und Energiemenge, gleich der Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 ml Wasser bei Standardtemperatur um 1 °C zu erhitzen Luftdruck 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). Bei der Oxidation (im Körper) von 1 g Proteinen oder Kohlenhydraten werden nur etwa 4 kcal/g freigesetzt. Bei einer Vielzahl von Wasserorganismen – von einzelligen Kieselalgen bis hin zu Riesenhaien – „schwebt“ Fett und verringert so die durchschnittliche Körperdichte. Die Dichte tierischer Fette beträgt etwa 0,91-0,95 g/cm³. Die Knochendichte von Wirbeltieren liegt bei etwa 1,7–1,8 g/cm³ und die durchschnittliche Dichte der meisten anderen Gewebe liegt bei etwa 1 g/cm³. Es ist klar, dass ziemlich viel Fett benötigt wird, um ein schweres Skelett „auszubalancieren“.

Fette und Lipoide erfüllen auch eine aufbauende Funktion: Sie sind Teil von Zellmembranen. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit ist Fett in der Lage, eine Schutzfunktion zu übernehmen. Bei einigen Tieren (Robben, Wale) lagert es sich im Unterhautfettgewebe ab und bildet eine bis zu 1 m dicke Schicht. Die Bildung einiger Lipoide geht der Synthese einer Reihe von Hormonen voraus. Folglich haben diese Stoffe auch die Funktion, Stoffwechselprozesse zu regulieren.

12. Zellteilung.

Eine Zelle durchläuft in ihrem Leben verschiedene Zustände: die Wachstumsphase und die Phasen der Vorbereitung auf Teilung und Teilung. Der Zellzyklus – der Übergang von der Teilung zur Synthese der Stoffe, aus denen die Zelle besteht, und dann zurück zur Teilung – lässt sich im Diagramm als Zyklus darstellen, in dem mehrere Phasen unterschieden werden.

Drei Methoden der eukaryotischen Zellteilung wurden beschrieben: Amitose (direkte Teilung), Mitose (indirekte Teilung) und Meiose (Reduktionsteilung).

Amitose- eine relativ seltene Art der Zellteilung. Während der Amitose teilt sich der Interphasekern durch Verengung und gleichmäßige Verteilung Erbmaterial nicht vorgesehen. Oftmals teilt sich der Zellkern ohne anschließende Teilung des Zytoplasmas und es bilden sich zweikernige Zellen. Eine Zelle, die eine Amitose durchlaufen hat, ist nicht mehr in der Lage, in einen normalen Mitosezyklus einzutreten. Daher tritt Amitose in der Regel in zum Tode verurteilten Zellen und Geweben auf.

Mitose. Mitose oder indirekte Teilung ist die Hauptmethode zur Teilung eukaryontischer Zellen. Mitose ist die Teilung des Zellkerns, die zur Bildung von zwei Tochterkernen führt, die jeweils genau den gleichen Chromosomensatz aufweisen wie der Elternkern. Die in der Zelle vorhandenen Chromosomen werden verdoppelt, in der Zelle aufgereiht und bilden eine Mitoseplatte. An ihnen werden Spindelfasern befestigt, die sich bis zu den Polen der Zelle erstrecken. Die Zelle teilt sich und bildet zwei Kopien des ursprünglichen Satzes.

Bei der Bildung von Gameten, d.h. Geschlechtszellen – Spermien und Eizellen – kommt es zur Zellteilung, die sogenannte Meiose. Die ursprüngliche Zelle verfügt über einen diploiden Chromosomensatz, der sich dann verdoppelt. Wenn jedoch während der Mitose in jedem Chromosom die Chromatiden einfach auseinanderlaufen, dann ist das Chromosom (bestehend aus zwei Chromatiden) während der Meiose eng mit seinen Teilen mit einem anderen homologen Chromosom (ebenfalls bestehend aus zwei Chromatiden) verflochten, und es kommt zu einer Überkreuzung – einem Austausch von homologe Teile der Chromosomen. Dann divergieren neue Chromosomen mit gemischten „Mama“- und „Papa“-Genen und es entstehen Zellen mit einem diploiden Chromosomensatz, aber die Zusammensetzung dieser Chromosomen unterscheidet sich bereits vom Original, in ihnen hat eine Rekombination stattgefunden. Die erste Teilung der Meiose ist abgeschlossen und die zweite Teilung der Meiose erfolgt ohne DNA-Synthese, daher wird während dieser Teilung die DNA-Menge halbiert. Aus den ursprünglichen Zellen mit diploidem Chromosomensatz entstehen Gameten mit haploidem Satz. Aus einer diploiden Zelle entstehen vier haploide Zellen. Die auf die Interphase folgenden Phasen der Zellteilung werden Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase und nach der Teilung wiederum Interphase genannt.

Die Prophase ist die längste Phase der Mitose, in der die gesamte Struktur des Zellkerns für die Teilung neu geordnet wird. In der Prophase verkürzen und verdicken sich die Chromosomen aufgrund ihrer Spiralisierung. Zu diesem Zeitpunkt sind die Chromosomen doppelt (die Verdoppelung erfolgt in der S-Periode der Interphase), sie bestehen aus zwei Chromatiden, die im Bereich der primären Verengung durch eine spezielle Struktur – das Cetromer – miteinander verbunden sind. Gleichzeitig mit der Verdickung der Chromosomen verschwindet der Nukleolus und die Kernhülle wird fragmentiert (zerfällt in einzelne Tanks). Nach dem Zerfall der Kernmembran liegen die Chromosomen frei und ungeordnet im Zytoplasma. Die Bildung einer achromatischen Spindel beginnt – der Teilungsspindel, einem System von Fäden, die von den Polen der Zelle ausgehen. Die Spindelgewinde haben einen Durchmesser von etwa 25 nm. Dabei handelt es sich um Bündel von Mikrotubuli, die aus Untereinheiten des Tubulinproteins bestehen. Mikrotubuli beginnen sich auf der Seite der Zentriolen oder auf der Seite der Chromosomen (in Pflanzenzellen) zu bilden.

Metaphase. In der Metaphase ist die Bildung einer Teilungsspindel abgeschlossen, die aus zwei Arten von Mikrotubuli besteht: chromosomal, die an die Zentromere der Chromosomen binden, und zentrosomal (Pol), die sich von Pol zu Pol der Zelle erstrecken. Jedes Doppelchromosom ist an Mikrotubuli der Spindel gebunden. Chromosomen werden durch Mikrotubuli sozusagen in die Region des Zelläquators verdrängt, d.h. in gleichem Abstand von den Polen angeordnet. Sie liegen in derselben Ebene und bilden die sogenannte Äquator- oder Metaphasenplatte. Deutlich in der Metaphase zu sehen Doppelstruktur Chromosomen sind nur am Zentromer verbunden. In dieser Zeit ist es einfach, die Anzahl der Chromosomen zu zählen und ihre morphologischen Merkmale zu untersuchen.

Die Anaphase beginnt mit der Teilung des Zentromers. Jedes Chromatid eines Chromosoms wird zu einem unabhängigen Chromosom. Durch die Kontraktion der Zugfilamente der Achromatinspindel werden diese zu entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen. Dadurch verfügt jeder Pol der Zelle über die gleiche Anzahl an Chromosomen wie die Mutterzelle und ihr Satz ist derselbe.

Telophase ist die letzte Phase der Mitose. Chromosomen despiralisieren und werden schlecht sichtbar. An jedem Pol bildet sich eine Kernhülle um die Chromosomen herum. Es bilden sich Nukleolen, die Teilungsspindel verschwindet. In den resultierenden Kernen besteht jedes Chromosom nur noch aus einem Chromatid und nicht aus zwei.

Jeder der neu gebildeten Kerne erhielt die gesamte Menge an genetischer Information, die die Kern-DNA der Mutterzelle besaß. Durch die Mitose verfügen beide Tochterkerne über die gleiche Menge an DNA und die gleiche Anzahl an Chromosomen wie im Elternkern.

Zytokinese – nach der Bildung von zwei neuen Kernen in der Telophase kommt es zur Zellteilung und zur Bildung eines Septums in der Äquatorialebene – einer Zellplatte.

In der frühen Telophase bildet sich zwischen den beiden Tochterkernen, bevor sie diese erreichen, ein zylindrisches Fasersystem, der sogenannte Phragmoplast, der wie die Fasern der Achromatinspindel aus Mikrotubuli besteht und mit dieser verbunden ist. Im Zentrum des Phragmoplasten am Äquator sammeln sich zwischen den Tochterkernen Golgi-Vesikel an, die Pektinsubstanzen enthalten. Sie verschmelzen miteinander und bilden die Zellplatte, deren Membranen am Aufbau der Plasmamembranen auf beiden Seiten der Platte beteiligt sind. Die Zellplatte ist scheibenförmig im Phragmoplasten aufgehängt. Die Phragmoplastenfasern scheinen die Bewegungsrichtung der Golgi-Vesikel zu steuern. Die Zellplatte wächst zentrifugal in Richtung der Wände der Mutterzelle, da immer mehr neue Golgi-Vesikel darin eingeschlossen werden. Die Zellplatte hat eine halbflüssige Konsistenz, besteht aus amorphem Protopektin sowie Magnesium- und Calciumpektaten. Zu diesem Zeitpunkt werden Plasmodesmen aus dem tubulären ER gebildet. Der expandierende Phragmoplast nimmt nach und nach die Form eines Fasses an, wodurch die Zellplatte seitlich wachsen kann, bis sie mit den Wänden der Mutterzelle verschmilzt. Der Phragmoplast verschwindet, die Trennung zweier Tochterzellen endet. Jeder Protoplast lagert seine primäre Zellwand auf der Zellplatte ab.

Zellplattenunterstützte Zytokinese kommt bei allen höheren Pflanzen und einigen Algen vor. In anderen Organismen teilen sich Zellen durch Insertion Zellenwand, wodurch sich die Zellen allmählich vertiefen und trennen.

biologische Bedeutung Mitose besteht in einer streng identischen Verteilung der materiellen Träger der Vererbung – der DNA-Moleküle, aus denen die Chromosomen bestehen – zwischen den Tochterzellen. Durch die gleichmäßige Aufteilung der replizierten Chromosomen zwischen Tochterzellen wird die Bildung genetisch äquivalenter Zellen sichergestellt und die Kontinuität über mehrere Zellgenerationen hinweg gewahrt. Dies gewährleistet so wichtige Momente des Lebens wie die Embryonalentwicklung und das Wachstum von Organismen sowie die Wiederherstellung von Organen und Geweben nach Schäden. Es gibt auch eine mitotische Zellteilung zytologische Grundlage asexuelle Reproduktion Organismen.

Meiose. Meiose ist eine besondere Art der Zellteilung, die zu einer Verringerung (Reduzierung) der Chromosomenzahl um die Hälfte und zum Übergang der Zellen von einem diploiden Zustand (2n) in einen haploiden Zustand (n) führt. Die Meiose ist ein einzelner, kontinuierlicher Prozess, der aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten besteht, die jeweils in die gleichen vier Phasen wie die Mitose unterteilt werden können: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Beiden Divisionen geht eine Interphase voraus. In der synthetischen Phase der Interphase, vor der Meiose, verdoppelt sich die DNA-Menge und jedes Chromosom wird zu zwei Chromatiden.

Die erste meiotische oder Reduktionsteilung.

Prophase I dauert mehrere Stunden bis mehrere Wochen. Chromosomen spiralisieren sich. Homologe Chromosomen konjugieren und bilden Paare – Bivalente. Ein Bivalent besteht aus vier Chromatiden zweier homologer Chromosomen. Bei Bivalenten kommt es zum Crossing-Over – dem Austausch homologer Regionen homologer Chromosomen, was zu deren tiefgreifender Transformation führt. Bei der Verwandlung werden Genblöcke ausgetauscht, was die genetische Vielfalt der Nachkommen erklärt. Am Ende der Prophase verschwinden Kernhülle und Nukleolus und es bildet sich die Achromatinspindel.

Metaphase I – Bivalente sammeln sich in der Äquatorialebene der Zelle. Die Ausrichtung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen jedes homologen Paares zum einen oder anderen Pol der Spindel ist zufällig. Am Zentromer jedes Chromosoms ist ein Filament der Achromatinspindel befestigt. Die beiden Schwesterchromatiden trennen sich nicht.

Anaphase I – es kommt zu einer Kontraktion der Zugfäden und zwei Chromatiden-Chromosomen divergieren zu den Polen. Homologe Chromosomen jedes der Bivalente gehen zu entgegengesetzten Polen. Zufällig neu verteilte homologe Chromosomen jedes Paares divergieren (unabhängige Verteilung), und an jedem der Pole wird die Hälfte der Anzahl (haploider Satz) der Chromosomen gesammelt, es werden zwei haploide Chromosomensätze gebildet.

Telophase I – an den Polen der Spindel ist ein einzelner, haploider Chromosomensatz zusammengesetzt, in dem jeder Chromosomentyp nicht mehr durch ein Paar, sondern durch ein Chromosom, bestehend aus zwei Chromatiden, dargestellt wird. In der kurzen Telophase I wird die Kernhülle wiederhergestellt, woraufhin sich die Mutterzelle in zwei Tochterzellen teilt.

Die zweite meiotische Teilung folgt unmittelbar auf die erste und ähnelt der gewöhnlichen Mitose (weshalb sie oft meiotische Mitose genannt wird), nur dass die Zellen, die in sie eintreten, einen haploiden Chromosomensatz tragen.

Prophase II ist kurz.

Metaphase II – die Teilungsspindel wird neu gebildet, die Chromosomen richten sich in der Äquatorialebene aus und werden über Zentromere an die Mikrotubuli der Teilungsspindel gebunden.

Anaphase II – ihre Zentromere werden getrennt und jedes Chromatid wird zu einem unabhängigen Chromosom. Voneinander getrennte Tochterchromosomen werden zu den Polen der Spindel geleitet.

Telophase II – die Divergenz der Schwesterchromosomen zu den Polen ist abgeschlossen und die Zellteilung beginnt: Aus zwei haploiden Zellen werden 4 Zellen mit einem haploiden Chromosomensatz gebildet.

Die Reduktionsteilung ist sozusagen ein Regulator, der eine kontinuierliche Zunahme der Chromosomenzahl während der Gametenfusion verhindert. Ohne einen solchen Mechanismus würde sich bei der sexuellen Fortpflanzung die Anzahl der Chromosomen in jeder neuen Generation verdoppeln. Diese. Dank der Meiose bleibt eine bestimmte und konstante Anzahl von Chromosomen in allen Generationen jeder Pflanzen-, Tier-, Protisten- und Pilzart erhalten. Eine weitere Bedeutung besteht darin, die Diversität der genetischen Zusammensetzung der Gameten sicherzustellen, sowohl durch Kreuzung als auch durch eine unterschiedliche Kombination väterlicher und mütterlicher Chromosomen, wenn diese in der Anaphase I der Meiose divergieren. Dies gewährleistet das Auftreten vielfältiger und heterogener Nachkommen bei der sexuellen Fortpflanzung von Organismen.

13. Der Prozess der Photosynthese in einer Pflanzenzelle.

Der Prozess der Photosynthese besteht aus zwei aufeinanderfolgenden und miteinander verbundenen Phasen: hell (photochemisch) und dunkel (metabolisch). Im ersten Schritt wird die Energie der von photosynthetischen Pigmenten absorbierten Lichtquanten in die Energie chemischer Bindungen der hochenergetischen Verbindung ATP und des universellen Reduktionsmittels NADPH umgewandelt – die eigentlichen Primärprodukte der Photosynthese, die sogenannte „Assimilation“. Gewalt". Bei den Dunkelreaktionen der Photosynthese werden im Licht gebildete ATP und NADPH im Zyklus der Kohlendioxidfixierung und der anschließenden Reduktion zu Kohlenhydraten genutzt.
In allen photosynthetischen Organismen laufen die photochemischen Prozesse der Lichtstufe der Photosynthese in speziellen Energieumwandlungsmembranen, den sogenannten Thylakoiden, ab und sind in der sogenannten Elektronentransportkette organisiert. Die Dunkelreaktionen der Photosynthese finden außerhalb der Thylakoidmembranen statt (im Zytoplasma bei Prokaryoten und im Stroma des Chloroplasten bei Pflanzen). Somit sind die hellen und dunklen Phasen der Photosynthese räumlich und zeitlich getrennt.

Intensität der Photosynthese Holzgewächse variiert stark je nach dem Zusammenspiel vieler externer und interne Faktoren, und diese Wechselwirkungen ändern sich mit der Zeit und sind unterschiedlich verschiedene Typen.

Die Photosynthesekapazität wird manchmal anhand der Nettotrockengewichtszunahme gemessen. Solche Daten sind von besonderer Bedeutung, da es sich bei der Gewichtszunahme um die durchschnittliche tatsächliche Gewichtszunahme über einen langen Zeitraum unter Umgebungsbedingungen handelt, die normale intermittierende Belastungen umfassen.
Einige Arten von Angiospermen führen sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Lichtintensitäten eine effiziente Photosynthese durch. Viele Gymnospermen sind bei starken Lichtverhältnissen viel produktiver. Der Vergleich dieser beiden Gruppen bei niedriger und hoher Lichtintensität ergibt oft eine unterschiedliche Vorstellung von der Photosynthesekapazität im Hinblick auf die Nährstoffakkumulation. Darüber hinaus sammeln Gymnospermen während der Ruhephase häufig etwas Trockenmasse an, während laubabwerfende Angiospermen diese durch Atmung verlieren. Daher kann eine Gymnosperm-Pflanze mit einer etwas geringeren Photosyntheserate als eine laubabwerfende Angiosperme während ihrer Wachstumsphase aufgrund der viel längeren Periode der Photosyntheseaktivität im Laufe des Jahres genauso viel oder sogar mehr Gesamttrockenmasse ansammeln.

14. Die wichtigsten Arten von Pflanzengeweben. Hautgewebe von Pflanzen (Haut).

Gewebe sind Gruppen von Zellen, die eine homogene Struktur haben, denselben Ursprung haben und dieselbe Funktion erfüllen.

Abhängig von der ausgeübten Funktion werden folgende Gewebetypen unterschieden: pädagogische (Meristeme), basische, leitfähige, integumentäre, mechanische, ausscheidende Gewebe. Zellen, aus denen Gewebe besteht und mehr oder weniger haben gleiche Struktur und Funktionen werden einfach genannt, wenn die Zellen nicht gleich sind, dann wird das Gewebe komplex oder komplex genannt.

Gewebe werden in pädagogische oder Meristemgewebe und permanente (integumentäre, leitende, basische usw.) unterteilt.

Klassifizierung von Geweben.

1. Bildungsgewebe (Meristeme): 1) apikal;

2) seitlich: a) primär (Prokambium, Perizykel);

b) sekundär (Kambium, Phellogen)

3) Einfügung;

4) verwundet.

2. Grundlegend: 1) Assimilationsparenchym;

2) Speicherparenchym.

3. Leitfähig: 1) Xylem (Holz);

2) Phloem (Bast).

4. Integumentär (Grenze): 1) extern: a) primär (Epidermis);

b) sekundär (Periderm);

c) tertiär (Kruste oder Ritidom)

2) extern: a) Rhizoderm;

b) Velamen

3) intern: a) Endoderm;

b) Exoderm;

c) Belegzellen von Leitbündeln in Blättern

5. Mechanische (stützende, skelettartige) Gewebe: 1) Kollenchym;

2) Sklerenchym: a) Fasern;

b) Skleriden

6. Ausscheidungsgewebe (sekretorisch).

2. Bildungsstoffe. Bildungsgewebe oder Meristeme sind ständig junge, sich aktiv teilende Zellgruppen. Sie befinden sich an den Wachstumsstellen verschiedener Organe: den Wurzelspitzen, den Stängelspitzen usw. Dank Meristemen kommt es zum Pflanzenwachstum und zur Bildung neuer dauerhafter Gewebe und Organe.

Abhängig von der Lage im Körper der Pflanze Bildungsstoff kann apikal oder apikal, lateral oder lateral, interkalar oder interkalar und wund sein. Bildungsgewebe werden in primäre und sekundäre unterteilt. Somit sind die Apikalmeristeme immer primär, sie bestimmen das Längenwachstum der Pflanze. Bei niedrig organisierten höheren Pflanzen (Schachtelhalme, einige Farne) sind die apikalen Meristeme schwach ausgeprägt und werden nur durch eine anfängliche oder anfängliche Teilungszelle repräsentiert. Bei Gymnospermen und Angiospermen sind die apikalen Meristeme gut ausgeprägt und werden durch viele Anfangszellen repräsentiert, die Wachstumskegel bilden. Laterale Meristeme sind in der Regel sekundär und durch sie nehmen die Axialorgane (Stämme, Wurzeln) an Dicke zu. Zu den seitlichen Meristemen gehören Kambium und Korkkambium (Phellogen), deren Aktivität zur Bildung von Kork in den Wurzeln und Stängeln der Pflanze beiträgt, sowie ein spezielles Belüftungsgewebe – Linsen. Das laterale Meristem bildet wie das Kambium Holz- und Bastzellen. In ungünstigen Phasen des Pflanzenlebens verlangsamt sich die Aktivität des Kambiums oder hört ganz auf. Interkalare oder interkalare Meristeme sind meist primär und verbleiben in Form separater Bereiche in Zonen aktiven Wachstums, beispielsweise an der Basis von Internodien und an der Basis von Blattstielen von Getreide.

3. Hautgewebe. Hautgewebe schützen die Pflanze vor den schädlichen Auswirkungen der äußeren Umgebung: Sonnenüberhitzung, übermäßige Verdunstung, starker Abfall der Lufttemperatur, trocknender Wind, mechanischer Stress, Eindringen pathogener Pilze und Bakterien in die Pflanze usw. Es gibt primäres und sekundäres Hautgewebe. Zu den primären Hautgeweben gehören die Haut oder Epidermis und das Epiblem, die sekundären sind das Periderm (Kork, Korkkambium und Phelloderm).

Die Haut oder Epidermis bedeckt alle Organe einjähriger Pflanzen, junge grüne Triebe mehrjähriger Gehölze der aktuellen Vegetationsperiode, oberirdische krautige Pflanzenteile (Blätter, Stängel und Blüten). Die Epidermis besteht meist aus einer einzelnen Schicht dicht gepackter Zellen ohne Interzellularraum. Es lässt sich leicht entfernen und besteht aus einem dünnen, transparenten Film. Epidermis - lebendes Gewebe, besteht aus einer allmählichen Protoplastenschicht mit Leukoplasten und einem Zellkern, einer großen Vakuole, die fast die gesamte Zelle einnimmt. Die Zellwand besteht größtenteils aus Zellulose. Die Außenwand der Epidermiszellen ist stärker verdickt, die Seiten- und Innenwände sind dünner. Die Seiten- und Innenwände der Zellen haben Poren. Die Hauptfunktion der Epidermis ist die Regulierung des Gasaustauschs und der Transpiration, die hauptsächlich über die Spaltöffnungen erfolgt. Durch die Poren dringen Wasser und anorganische Stoffe ein.

Die Zellen der Epidermis verschiedener Pflanzen sind in Form und Größe nicht gleich. Viele einkeimblättrige Pflanzen Die Zellen sind länglich, bei den meisten Dikotyledonen haben sie gewundene Seitenwände, was die Dichte ihrer Adhäsion untereinander erhöht. Auch die Epidermis des oberen und unteren Teils des Blattes unterscheidet sich in ihrer Struktur: Auf der Unterseite des Blattes befinden sich in der Epidermis mehr Stomata, auf der Oberseite deutlich weniger; Auf den Blättern von Wasserpflanzen mit an der Oberfläche schwimmenden Blättern (Schote, Seerose) sind Spaltöffnungen nur auf der Blattoberseite vorhanden, während Pflanzen, die vollständig im Wasser stehen, keine Spaltöffnungen haben.

Stomata sind hochspezialisierte Formationen der Epidermis, bestehend aus zwei Schließzellen und einer schlitzartigen Bildung dazwischen – der Stomatalspalte. Halbmondförmige nachlaufende Zellen regulieren die Größe des Spaltraums; Der Spalt kann sich abhängig vom Turgordruck in den Schließzellen, dem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre und anderen Faktoren öffnen und schließen. Tagsüber, wenn die Stomatazellen an der Photosynthese beteiligt sind, ist der Turgordruck in den Stomatazellen hoch, der Stomataspalt ist offen, nachts hingegen ist er geschlossen. Ein ähnliches Phänomen wird in Trockenzeiten und beim Welken der Blätter beobachtet, da sich die Stomata an die Speicherung von Feuchtigkeit im Inneren der Pflanze anpassen. Viele Arten, die in Gebieten mit übermäßiger Feuchtigkeit wachsen, insbesondere in tropischen Regenwäldern, haben Spaltöffnungen, durch die Wasser abgegeben wird. Die Stomata werden Hydathoden genannt. Wasser wird in Form von Tropfen nach außen abgegeben und tropft von den Blättern. Das „Weinen“ der Pflanze ist eine Art Wettervorhersage und wird wissenschaftlich Guttation genannt. Hydathoden befinden sich am Rand des Blattes und verfügen über keinen Mechanismus zum Öffnen und Schließen.

In der Epidermis vieler Pflanzen befinden sich Schutzvorrichtungen gegen widrige Bedingungen: Haare, Nagelhaut, Wachsüberzug usw.

Haare (Trichome) sind eigenartige Auswüchse der Epidermis, sie können die gesamte Pflanze oder einige ihrer Teile bedecken. Haare sind lebendig und tot. Die Haare tragen dazu bei, die Verdunstung von Feuchtigkeit zu reduzieren, schützen die Pflanze vor Überhitzung, Tierfraß und plötzlichen Temperaturschwankungen. Daher sind Haare am häufigsten mit Pflanzen aus ariden Regionen, Hochgebirgen, subpolaren Regionen der Erde sowie Pflanzen aus unkrautreichen Lebensräumen bedeckt.

Haare sind einzellig und mehrzellig. Einzellige Haare werden in Form von Papillen dargestellt. Auf den Blütenblättern vieler Blumen finden sich Papillen, die ihnen eine samtige Textur verleihen (Tagetis, Stiefmütterchen). Einzellige Haare können einfach sein (auf der Unterseite vieler Obstkulturen) und sind normalerweise abgestorben. Einzellige Haare können verzweigt sein (Hirtentäschchen). Häufiger sind die Haare mehrzellig und unterscheiden sich in der Struktur: linealisch (Kartoffelblätter), buschig verzweigt (Königskerze), schuppig und sternförmig (Vertreter der Familie Lokhov), massiv (Haarbündel von Pflanzen der Familie Lamiaceae). . Es gibt Drüsenhaare, in denen sich ätherische Stoffe (Labial- und Schirmpflanzen), Brennstoffe (Brennnessel) etc. ansammeln können. Emergenzien, an deren Bildung neben den Zellen der Epidermis auch tiefere Zellschichten beteiligt sind.

Epiblema (Rhizoderma) – das primäre einschichtige Hautgewebe der Wurzel. Aus äußeren Zellen gebildet Apikalmeristems Wurzel in der Nähe der Wurzelkappe. Epiblema bedeckt junge Wurzelenden. Dadurch erfolgt die Wasser- und Mineralernährung der Pflanze aus dem Boden. Das Epiblem enthält viele Mitochondrien. Epiblema-Zellen sind dünnwandig, mit einem viskoseren Zytoplasma und ohne Stomata und Kutikula. Epiblema ist kurzlebig und wird aufgrund mitotischer Teilungen ständig aktualisiert.

Periderm – ein komplexer mehrschichtiger Komplex aus sekundärem Hautgewebe (Kork, Korkkambium oder Phellogen und Phelloderm) mehrjähriger Stängel und Wurzeln zweikeimblättrige Pflanzen und Gymnospermen, die sich kontinuierlich verdicken können. Bis zum Herbst des ersten Lebensjahres verholzen die Triebe, was sich an der Veränderung ihrer Farbe von Grün nach Braungrau, also der Farbe, bemerkbar macht. Es kam zu einer Veränderung der Epidermis zum Periderm, die standhalten konnte ungünstige Bedingungen Winterzeit. Das Periderm basiert auf dem sekundären Meristem – Phellogen (Korkkambium), das in den Zellen des Hauptparenchyms gebildet wird, das unter der Epidermis liegt. Phellogen bildet Zellen in zwei Richtungen: außen - Korkzellen, innen - lebende Phellodermzellen. Der Korken besteht aus toten, mit Luft gefüllten Zellen, sie sind länglich, liegen eng aneinander, es gibt keine Poren, die Zellen sind luft- und wasserdicht. Korkzellen haben eine braune oder gelbliche Farbe, die vom Vorhandensein von Harz oder Tanninen in den Zellen abhängt (Korkeiche, Sachalin-Samt). Kork ist ein gutes Isoliermaterial, leitet keine Wärme, Elektrizität und Schall und wird zum Verkorken von Flaschen usw. verwendet. Die starke Korkschicht besteht aus Korkeiche, Samtarten und Korkulme.

Linsen sind „Belüftungslöcher“ im Korken, um den Gas- und Wasseraustausch lebender, tieferer Pflanzengewebe mit der äußeren Umgebung sicherzustellen. Äußerlich ähneln Linsen Linsensamen, nach denen sie benannt sind. In der Regel werden Lentizellen als Ersatz für Spaltöffnungen gelegt. Die Formen und Größen der Linsen sind unterschiedlich. Mengenmäßig sind Linsen deutlich kleiner als Spaltöffnungen. Linsen sind runde, dünnwandige, chlorophyllfreie Zellen mit Interzellularräumen, die die Haut anheben und einreißen lassen. Diese Schicht lockerer, leicht korkiger Parenchymzellen, aus denen die Lentizelle besteht, wird als Leistungsgewebe bezeichnet.

Die Kruste ist ein mächtiger Hautkomplex aus toten äußeren Zellen des Periderms. Es wird an mehrjährigen Trieben und Wurzeln von Gehölzen gebildet. Die Kruste hat eine rissige und unebene Form. Es schützt Baumstämme vor mechanischer Beschädigung, Bodenbränden, niedrigen Temperaturen, Sonnenbrand und dem Eindringen pathogener Bakterien und Pilze. Die Kruste wächst aufgrund des Wachstums neuer Peridermschichten darunter. Bei Baum- und Strauchpflanzen erscheint die Kruste (z. B. bei Kiefern) im 8. bis 10. Lebensjahr und bei Eichen im 25. bis 30. Lebensjahr. Rinde ist ein Teil der Rinde von Bäumen. Draußen peelt es ständig und wirft alle Arten von Pilz- und Flechtensporen ab.

4. Hauptstoffe. Das Hauptgewebe oder Parenchym nimmt den größten Teil des Raums zwischen anderen permanenten Geweben von Stängeln, Wurzeln und anderen Pflanzenorganen ein. Die Hauptgewebe bestehen hauptsächlich aus lebenden Zellen unterschiedlicher Form. Die Zellen sind dünnwandig, aber manchmal verdickt und verholzt, mit parietalem Zytoplasma und einfachen Poren. Das Parenchym besteht aus der Rinde von Stängeln und Wurzeln, dem Kern von Stängeln, Rhizomen, dem Fruchtfleisch saftiger Früchte und Blätter und dient als Nährstoffspeicher in den Samen. Es gibt mehrere Untergruppen der Hauptgewebe: Assimilation, Speicherung, Grundwasserleiter und Luft.

Assimilationsgewebe oder Chlorophyll-tragendes Parenchym oder Chlorenchym ist das Gewebe, in dem die Photosynthese stattfindet. Die Zellen sind dünnwandig, enthalten Chloroplasten, einen Zellkern. Chloroplasten sind wie das Zytoplasma an der Wand befestigt. Chlorenchym liegt direkt unter der Haut. Grundsätzlich ist Chlorenchym in den Blättern und jungen grünen Trieben von Pflanzen konzentriert. In den Blättern werden palisadenförmige oder säulenförmige und schwammige Chlorenchyme unterschieden. Palisaden-Chlorenchymzellen sind länglich, zylindrisch und haben sehr enge Interzellularräume. Schwammiges Chlorenchym hat mehr oder weniger runde, locker angeordnete Zellen mit einer Vielzahl luftgefüllter Interzellularräume.

Aerenchym oder luftführendes Gewebe ist ein Parenchym mit deutlich entwickelten Interzellularräumen in verschiedenen Organen, das für Wasser-, Küstenwasser- und Sumpfpflanzen (Schilf, Binsen, Eikapseln, Laichkraut, Wasserfarben usw.) charakteristisch ist. , dessen Wurzeln und Rhizome im sauerstoffarmen Schlick liegen. Atmosphärische Luft gelangt über das Photosynthesesystem mittels Übertragungszellen zu den Unterwasserorganen. Darüber hinaus kommunizieren luftführende Interzellularräume mit der Atmosphäre über besondere Pneumatoden – Stomata von Blättern und Stängeln, Pneumatoden von Luftwurzeln einiger Pflanzen (Monstera, Philodendron, Ficus Banyan usw.), Spalten, Löcher, umgebene Kanäle durch Nachrichtenregulierungszellen. Aerenchyma reduziert das spezifische Gewicht der Pflanze, was wahrscheinlich dabei hilft, die vertikale Position von Wasserpflanzen aufrechtzuerhalten, und bei Wasserpflanzen mit auf der Wasseroberfläche schwimmenden Blättern, um die Blätter auf der Wasseroberfläche zu halten.

Der Grundwasserleiter speichert Wasser in den Blättern und Stängeln von Sukkulenten (Kakteen, Aloe, Agaven, Crassula usw.) in trockenen Gebieten. Grasblätter haben außerdem große wasserführende Zellen mit schleimigen Substanzen, die Feuchtigkeit speichern. Torfmoos hat gut entwickelte wasserführende Zellen.

Speichergewebe – Gewebe, in denen sich während einer bestimmten Phase der Pflanzenentwicklung Stoffwechselprodukte ablagern – Proteine, Kohlenhydrate, Fette usw. Speichergewebezellen sind meist dünnwandig, das Parenchym ist lebendig. Speichergewebe sind weit verbreitet in Knollen, Zwiebeln, verdickten Wurzeln, dem Kern von Stängeln, Endosperm- und Samenembryonen, Parenchym leitfähiger Gewebe (Bohnen, Aroiden), Behältern für Harze und ätherische Öle in den Blättern von Lorbeer, Kampferbaum usw. Speichergewebe kann sich beispielsweise bei der Keimung von Kartoffelknollen, Zwiebeln von Zwiebelgewächsen, in Chlorenchym verwandeln.

5. Mechanische Stoffe. Mechanische oder unterstützende Stoffe sind eine Art Anker oder Stereo. Der Begriff Stereom kommt vom griechischen „stereos“ – solide, langlebig. Die Hauptfunktion besteht darin, statischen und dynamischen Belastungen standzuhalten. Den Funktionen entsprechend sind sie entsprechend aufgebaut. Bei Land Pflanzen Sie sind im axialen Teil des Sprosses – dem Stängel – am stärksten entwickelt. Zellen mechanisches Gewebe kann im Stiel entweder entlang der Peripherie oder als massiver Zylinder oder in separaten Abschnitten an den Rändern des Stiels angeordnet sein. In der Wurzel, die überwiegend der Reißfestigkeit standhält, konzentriert sich das mechanische Gewebe im Zentrum. Die Besonderheit der Struktur dieser Zellen ist eine starke Verdickung der Zellwände, die dem Gewebe Festigkeit verleihen. Mechanische Gewebe sind in Gehölzen am besten entwickelt. Je nach Struktur der Zellen und Art der Verdickung der Zellwände werden mechanische Gewebe in zwei Typen unterteilt: Kollenchym und Sklerenchym.

Collenchym ist ein einfaches Primärtumor Stützstoff mit lebendem Zellinhalt: Zellkern, Zytoplasma, manchmal mit Chloroplasten, mit ungleichmäßig verdickten Zellwänden. Je nach Art der Verdickung und Zellverbindung werden drei Arten von Kollenchymen unterschieden: eckig, lamellar und locker. Wenn die Zellen nur an den Ecken verdickt sind, handelt es sich um ein Eckkollenchym, und wenn die Wände parallel zur Oberfläche des Stammes verdickt sind und die Verdickung gleichmäßig ist, handelt es sich um ein Lamellenkollenchym. Die Zellen des eckigen und lamellären Kollenchyms liegen dicht beieinander, ohne Interzellularräume zu bilden. Lockeres Kollenchym weist Interzellularräume auf und ist verdickt Zellwände auf die Interzellularräume gerichtet.

Das evolutionäre Kollenchym entstand aus dem Parenchym. Collenchym wird aus dem Hauptmeristem gebildet und befindet sich unter der Epidermis in einem Abstand von einer oder mehreren Schichten davon. In jungen Triebstämmen befindet es sich in Form eines Zylinders entlang der Peripherie, in den Adern großer Blätter - auf beiden Seiten. Lebende Kollenchymzellen können in die Länge wachsen, ohne das Wachstum junger wachsender Pflanzenteile zu beeinträchtigen.

Sklerenchym ist das am häufigsten vorkommende mechanische Gewebe und besteht aus Zellen mit verholzten (mit Ausnahme von Flachsbastfasern) und gleichmäßig verdickten Zellwänden mit einigen schlitzartigen Poren. Sklerenchymzellen sind länglich und haben eine prosenchymale Form mit spitzen Enden. Schalen von Sklerenchymzellen haben eine ähnliche Festigkeit wie Stahl. Der Ligningehalt in diesen Zellen erhöht die Festigkeit des Sklerenchyms. Sklerenchym ist in fast allen vorhanden vegetative Organe höhere Landpflanzen. In Wasserpflanzen kommt es entweder gar nicht vor oder ist in den Unterwasserorganen von Wasserpflanzen kaum vertreten.

Es gibt primäres und sekundäres Sklerenchym. Das primäre Sklerenchym entsteht aus den Zellen des Hauptmeristems – dem Prokambium oder Perizykel, das sekundäre – aus den Zellen des Kambiums. Es gibt zwei Arten von Sklerenchymen: Sklerenchymfasern, bestehend aus toten dickwandigen Zellen mit spitzen Enden, mit einer verholzten Hülle und einigen Poren, wie Bast- und Holzfasern oder Libroformfasern, und Sklerenchymfasern – Strukturelemente des mechanischen Gewebes einzeln oder in Gruppen zwischen lebenden Zellen verschiedener Pflanzenteile: Schale von Samen, Früchten, Blättern, Stängeln. Die Hauptfunktion der Skleriden besteht darin, der Kompression standzuhalten. Form und Größe der Skleriden sind vielfältig.

6. Leitfähige Gewebe. Leitfähiger Gewebetransport Nährstoffe in zwei Richtungen. Der aufsteigende (transpirationale) Flüssigkeitsstrom (wässrige Lösungen und Salze) verläuft durch die Gefäße und Tracheiden des Xylems von den Wurzeln den Stängel hinauf zu den Blättern und anderen Organen der Pflanze. Der Abwärtsstrom (Assimilation) organischer Substanzen erfolgt von den Blättern entlang des Stängels zu den unterirdischen Organen der Pflanze durch spezielle Siebröhren des Phloems. Das leitfähige Gewebe einer Pflanze erinnert ein wenig an Kreislauf eine Person, da sie über ein axial und radial stark verzweigtes Netzwerk verfügt; Nährstoffe gelangen in jede Zelle einer lebenden Pflanze. In jedem Pflanzenorgan liegen Xylem und Phloem nebeneinander und werden in Form von Strängen – leitenden Bündeln – dargestellt.

Es gibt primär und sekundär leitfähiges Gewebe. Die primären differenzieren sich vom Prokambium und werden in die jungen Organe der Pflanze gelegt, die sekundären leitfähigen Gewebe sind leistungsfähiger und werden aus dem Kambium gebildet.

Xylem (Holz) wird durch Tracheiden und Tracheen bzw. Gefäße dargestellt.

Tracheiden sind längliche geschlossene Zellen mit schräg geschnittenen, gezackten Enden, die im reifen Zustand durch tote Prosenchymzellen dargestellt werden. Die Länge der Zellen beträgt durchschnittlich 1-4 mm. Die Kommunikation mit benachbarten Tracheiden erfolgt über einfache oder gesäumte Poren. Die Wände sind ungleichmäßig verdickt, je nach Art der Wandverdickung sind Tracheiden ringförmig, spiralförmig, treppenförmig, netzartig und porös. Poröse Tracheiden haben immer begrenzte Poren. Die Sporophyten aller höheren Pflanzen haben Tracheiden, und in den meisten Schachtelhalmen, Lycopsiden, Farnen und Gymnospermen dienen sie als einzige leitende Elemente des Xylems. Tracheiden erfüllen zwei Hauptfunktionen: Wasser leiten und das Organ mechanisch stärken.

Tracheen oder Gefäße sind die wichtigsten wasserleitenden Elemente des Xylems. Angiospermen. Die Trachea sind hohle Röhren, die aus einzelnen Segmenten bestehen; In den Trennwänden zwischen den Segmenten befinden sich Löcher - Perforationen, durch die der Flüssigkeitsfluss erfolgt. Luftröhren sind wie Tracheiden ein geschlossenes System: Die Enden jeder Luftröhre haben abgeschrägte Querwände mit begrenzten Poren. Die Segmente der Luftröhre sind größer als die Tracheiden: Ihr Durchmesser reicht von 0,1–0,15 bis 0,3–0,7 mm bei verschiedenen Pflanzenarten. Die Länge der Luftröhre beträgt mehrere Meter bis mehrere zehn Meter (bei Lianen). Die Luftröhre besteht aus toten Zellen, obwohl sie im Anfangsstadium ihrer Entstehung noch lebendig ist. Es wird angenommen, dass die Luftröhre im Laufe der Evolution aus Tracheiden hervorgegangen ist.

Gefäße und Tracheiden weisen neben der Primärmembran meist sekundäre Verdickungen in Form von Ringen, Spiralen, Treppen usw. auf. An der Innenwand der Gefäße bilden sich sekundäre Verdickungen. Bei einem Ringgefäß liegen die Innenwandverdickungen also in Form von Ringen vor, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Ringe sind quer zum Gefäß und leicht schräg angeordnet. In einem Spiralgefäß ist die Sekundärmembran spiralförmig vom Inneren der Zelle her geschichtet; in einem Netzgefäß sehen unverdickte Stellen der Schale wie Schlitze aus, die Netzzellen ähneln; Im Leitergefäß wechseln sich verdickte Stellen mit nicht verdickten Stellen ab und bilden so den Anschein einer Leiter.

Tracheiden und Gefäße – tracheale Elemente – sind im Xylem auf verschiedene Weise verteilt: auf einem Querschnitt in festen Ringen, die ringförmiges Gefäßholz bilden, oder mehr oder weniger gleichmäßig über das Xylem verstreut, so dass sie verstreutes Gefäßholz bilden. Die Sekundärschicht ist meist mit Lignin imprägniert, was der Pflanze zusätzliche Festigkeit verleiht, gleichzeitig aber ihr Längenwachstum begrenzt.

Neben Gefäßen und Tracheiden umfasst das Xylem Strahlelemente, die aus Zellen bestehen, die Markstrahlen bilden. Die Markstrahlen bestehen aus dünnwandigen lebenden Parenchymzellen, durch die Nährstoffe in horizontaler Richtung fließen. Das Xylem enthält außerdem lebende Zellen des Holzparenchyms, die als Nahtransportmittel und als Speicher für Reservestoffe dienen. Alle Elemente des Xylems stammen aus dem Kambium.

Phloem ist ein leitfähiges Gewebe, durch das Glukose und andere organische Substanzen transportiert werden – Produkte der Photosynthese von Blättern zu Orten ihrer Verwendung und Ablagerung (zu Wachstumszapfen, Knollen, Zwiebeln, Rhizomen, Wurzeln, Früchten, Samen usw.). Phloem ist auch primär und sekundär. Der primäre Phloem wird aus dem Prokambium gebildet, der sekundäre (Bast) aus dem Kambium. Im primären Phloem gibt es keine Kernstrahlen und ein weniger leistungsfähiges System von Siebelementen als bei Tracheiden. Bei der Bildung des Siebrohrs entstehen im Protoplasten der Zellen - Segmente des Siebrohrs - Schleimkörper, die an der Bildung des Schleimstrangs um die Siebplatten beteiligt sind. Damit ist die Bildung des Segments des Siebrohrs abgeschlossen. Siebröhren funktionieren bei den meisten krautigen Pflanzen für eine Vegetationsperiode und bis zu 3–4 Jahre bei Bäumen und Sträuchern. Siebrohre bestehen aus einer Reihe länglicher Zellen, die über perforierte Trennwände – Siebe – miteinander kommunizieren. Die Hüllen funktionierender Siebrohre verholzen nicht und bleiben lebendig. Alte Zellen werden mit dem sogenannten Corpus callosum verstopft, sterben dann ab und werden unter dem Druck jüngerer funktionierender Zellen abgeflacht.

Das Phloem umfasst das Bastparenchym , bestehend aus dünnwandigen Zellen, in denen Reservenährstoffe eingelagert sind. Die Kernstrahlen des sekundären Phloems transportieren auch organische Nährstoffe – Produkte der Photosynthese – über kurze Distanzen.

Leitfähige Bündel – Stränge, die in der Regel aus Xylem und Phloem bestehen. Wenn an die leitenden Bündel Stränge aus mechanischem Gewebe (normalerweise Sklerenchym) angrenzen, werden solche Bündel als vaskuläre Faserbündel bezeichnet. In den Leitbündeln können auch andere Gewebe enthalten sein – lebendes Parenchym, Milchzellen usw. Die Leitbündel können vollständig sein, wenn sowohl Xylem als auch Phloem vorhanden sind, und unvollständig sein und nur aus Xylem (Xylem oder holziges Leitbündel) oder Phloem bestehen (Phloem oder Bast, leitendes Bündel).

Leitfähige Bündel wurden ursprünglich aus Prokambium gebildet. Es gibt verschiedene Arten von leitenden Balken. Ein Teil des Prokambiums kann erhalten bleiben und sich dann in das Kambium verwandeln, dann ist das Bündel zu einer sekundären Verdickung fähig. Es handelt sich um offene Pakete. Solche Leitbündel überwiegen bei den meisten Dikotyledonen und Gymnospermen. Pflanzen mit offenen Büscheln können durch die Aktivität des Kambiums dicker werden und die Gehölzflächen sind etwa dreimal so groß wie die Bastflächen. Wenn bei der Differenzierung des Leitbündels vom Prokambialstrang das gesamte Bildungsgewebe vollständig für die Bildung permanenter Gewebe aufgewendet wird, spricht man von einem geschlossenen Bündel.

Geschlossene Leitbündel finden sich in den Stängeln einkeimblättriger Pflanzen. Holz und Bast in Bündeln können unterschiedliche relative Positionen haben. Dabei werden verschiedene Arten von Leitungsbündeln unterschieden: kollateral, bikollateral, konzentrisch und radial. Kollaterale oder seitliche Bündel, in denen Xylem und Phloem nebeneinander liegen. Bikollaterale oder zweiseitige Bündel, bei denen zwei Phloemstränge nebeneinander an das Xylem angrenzen. In konzentrischen Bündeln umgibt Xylemgewebe das Phloemgewebe vollständig oder umgekehrt. Im ersten Fall wird ein solcher Strahl als Zentrophloem bezeichnet. Zentrophloembündel kommen in den Stängeln und Rhizomen einiger zweikeimblättriger und einkeimblättriger Pflanzen vor (Begonie, Sauerampfer, Iris, viele Seggen und Lilien). Farne haben sie. Es gibt auch leitende Zwischenbündel zwischen geschlossenen Kollateral- und Zentrophloembündeln. In den Wurzeln gibt es radiale Bündel, in denen Hauptteil und Balken entlang der Radien werden von Holz belassen, und jeder Holzbalken besteht aus zentralen größeren Gefäßen, die entlang der Radien allmählich kleiner werden. Die Anzahl der Strahlen ist bei verschiedenen Pflanzen nicht gleich. Zwischen den Holzbalken befinden sich Bastflächen. Leitfähige Bündel erstrecken sich entlang der gesamten Pflanze in Form von Strängen, die in den Wurzeln beginnen und entlang der gesamten Pflanze entlang des Stängels zu den Blättern und anderen Organen verlaufen. In Blättern werden sie Adern genannt. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die ab- und aufsteigenden Wasser- und Nährstoffströme zu leiten.

7. Ausscheidungsgewebe. Ausscheidungs- oder sekretorische Gewebe sind spezielle Strukturformationen, die in der Lage sind, Stoffwechselprodukte und ein tropfenflüssiges Medium aus einer Pflanze zu isolieren oder in ihren Geweben zu isolieren. Die Stoffwechselprodukte werden Geheimnisse genannt. Wenn sie nach außen freigesetzt werden, handelt es sich um Gewebe mit äußerer Sekretion. Wenn sie in der Pflanze verbleiben, dann - innere Sekretion. In der Regel handelt es sich hierbei um lebende parenchymale dünnwandige Zellen, die jedoch durch die Ansammlung des Sekrets in ihnen ihren Protoplasten verlieren und ihre Zellen verkorken. Die Bildung flüssiger Sekrete ist mit der Aktivität der intrazellulären Membranen und des Golgi-Komplexes verbunden und ihr Ursprung liegt in der Assimilation, Speicherung und Hautgewebe. Die Hauptfunktion flüssiger Sekrete besteht darin, die Pflanze vor dem Verzehr durch Tiere, der Schädigung durch Insekten oder Krankheitserregern zu schützen. Endokrine Gewebe werden in Form von Idioblastenzellen, Harzpassagen, Laktiferen, Kanälen für ätherische Öle, Sekretbehältern, Drüsenkopfhaaren und Drüsen dargestellt. Idioblastenzellen enthalten häufig Kristalle aus Calciumoxalat (Vertreter der Familie Liliaceae, Brennnesseln usw.), Schleim (Vertreter der Familie Malvaceae usw.), Terpenoiden (Vertreter der Familien Magnoliaceae, Pfeffer usw.) usw.

15. Wurzeln, ihre Typen. Arten von Wurzelsystemen. Root-Funktionen.

Root-Funktionen. Wurzel – das Hauptorgan höhere Pflanze. Die Funktionen der Wurzeln sind wie folgt:

Sie nehmen Wasser und darin gelöste Mineralsalze aus dem Boden auf, transportieren sie über Stängel, Blätter usw. nach oben Fortpflanzungsorgane. Die Saugfunktion wird durch Wurzelhaare (oder Mykorrhiza) übernommen, die sich in der Saugzone befinden.

Durch die hohe Festigkeit wird die Pflanze im Boden fixiert.

Wenn Wasser, Ionen von Mineralsalzen und Photosyntheseprodukte interagieren, werden Produkte des Primär- und Sekundärstoffwechsels synthetisiert.

Unter Einwirkung von Wurzeldruck und Transpiration entstehen Ionen wässriger Lösungen Mineralien und organische Substanzen bewegen sich durch die Gefäße des Xylems der Wurzel entlang des aufsteigenden Stroms zum Stängel und zu den Blättern.

In den Wurzeln werden Nährstoffe (Stärke, Inulin etc.) gespeichert.

In den Wurzeln findet die Biosynthese sekundärer Metaboliten (Alkaloide, Hormone und andere biologisch aktive Substanzen) statt.

Die in den meristematischen Zonen der Wurzeln synthetisierten Wachstumsstoffe (Gibberelline etc.) sind für das Wachstum und die Entwicklung der oberirdischen Pflanzenteile notwendig.

Durch die Wurzeln kommt es zu einer Symbiose mit Bodenmikroorganismen – Bakterien und Pilzen.

Mit Hilfe von Wurzeln erfolgt die vegetative Vermehrung vieler Pflanzen.

Einige Wurzeln erfüllen die Funktion eines Atmungsorgans (Monstera, Philodendron usw.).

Die Wurzeln einer Reihe von Pflanzen erfüllen die Funktion von „Stelzwurzeln“ (Ficus Banyan, Pandanus usw.).

Die Wurzel ist zu Metamorphosen fähig (Verdickungen der Hauptwurzel bilden „Wurzelfrüchte“ bei Karotten, Petersilie usw.; Verdickungen von Seiten- oder Adventivwurzeln bilden Wurzelknollen bei Dahlien, Erdnüssen, Chistyak usw., Verkürzung der Wurzeln bei Zwiebelgewächsen ).

Wurzel - ein axiales Organ, normalerweise zylindrisch, mit radialer Symmetrie und Geotropismus. Es wächst, solange das Apikalmeristem erhalten bleibt und mit einer Wurzelkappe bedeckt ist. An der Wurzel bilden sich im Gegensatz zum Spross nie Blätter, sondern es bilden sich, wie beim Spross, die Wurzelverzweigungen Wurzelsystem.

Das Wurzelsystem ist die Gesamtheit der Wurzeln einer einzelnen Pflanze. Die Beschaffenheit des Wurzelsystems hängt vom Wachstumsverhältnis der Haupt-, Seiten- und Adventivwurzeln ab.

Arten von Wurzeln und Wurzelsystemen. Im Embryo des Samens stecken alle Organe der Pflanze noch in den Kinderschuhen. Daraus entwickelt sich die Haupt- oder erste Wurzel Keimwurzel. Die Hauptwurzel befindet sich im Zentrum des gesamten Wurzelsystems, der Stamm dient als Fortsetzung der Wurzel und zusammen bilden sie eine Achse erster Ordnung. Als bezeichnet wird der Bereich an der Grenze zwischen Hauptwurzel und Stängel Wurzelkragen. Dieser Übergang vom Stängel zur Wurzel macht sich durch die unterschiedliche Dicke von Stängel und Wurzel bemerkbar: Der Stängel ist dicker als die Wurzel. Als Keimblätter wird der Abschnitt des Stängels vom Wurzelhals bis zu den ersten Keimblättern bezeichnet Hypokotyles Knie oder Hypokotyl(Abb. 46). Seitenwurzeln der nächsten Ordnungen weichen von der Hauptwurzel zu den Seiten ab. Solch Wurzelsystem genannt ausschlaggebend(Abb. 47, A, B) In vielen zweikeimblättrigen Pflanzen ist es zur Verzweigung fähig. Ein verzweigtes Wurzelsystem ist eine Art Pfahlwurzelsystem. Die seitliche Verzweigung der Wurzel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in einiger Entfernung von der Spitze neue Wurzeln bilden und endogen gebildet werden – im inneren Gewebe der Mutterwurzel der vorherigen Ordnung aufgrund der Aktivität des Perizykels. Je mehr Seitenwurzeln von der Hauptwurzel abweichen, desto größer ist die Nahrungsfläche der Pflanze. Daher gibt es spezielle landwirtschaftliche Praktiken, die die Fähigkeit der Hauptwurzel zur Bildung von Seitenwurzeln verbessern, z. B. Kneifen oder tauchen Hauptwurzel um l/3 ihrer Länge. Nach einiger Zeit des Tauchens hört die Hauptwurzel auf, in die Länge zu wachsen, während die Seitenwurzeln intensiv wachsen.

Bei zweikeimblättrigen Pflanzen bleibt die Hauptwurzel in der Regel ein Leben lang bestehen, bei einkeimblättrigen Pflanzen stirbt die Keimwurzel schnell ab, die Hauptwurzel entwickelt sich nicht und aus der Basis bilden sich Triebe Anhang Wurzeln (Abb. 47, G), die auch Zweige des ersten, zweiten usw. haben. Aufträge. Dieses Wurzelsystem heißt faserig(Abb. 47, CD). Adventivwurzeln werden wie Seitenwurzeln endogen gelegt. Sie können sich an Stängeln und Blättern bilden. Die Fähigkeit von Pflanzen, Adventivwurzeln zu entwickeln, wird im Pflanzenbau häufig genutzt Vegetative Reproduktion Pflanzen (Vermehrung durch Stängel- und Blattstecklinge). Weide, Pappel, Ahorn, schwarze Johannisbeere usw. werden durch Hochstammstecklinge vermehrt; Blattstecklinge - Uzambar-Veilchen oder Saintpaulia, einige Arten von Begonien. Unterirdische Stecklinge modifizierte Triebe(Rhizome) von vielen vermehrt medizinische Pflanzen, zum Beispiel Maiglöckchen, Officinalis usw. Einige Pflanzen bilden beim Hillen des unteren Teils des Stängels viele Adventivwurzeln (Kartoffeln, Kohl, Mais usw.) und schaffen so zusätzliche Nahrung.

Höher Sporenpflanzen(Moose, Schachtelhalme, Farne) Die Hauptwurzel kommt überhaupt nicht vor, sie bilden nur Adventivwurzeln, die vom Rhizom ausgehen. Bei vielen zweikeimblättrigen, krautigen Rhizompflanzen stirbt häufig die Hauptwurzel ab und das System der von den Rhizomen ausgehenden Adventivwurzeln (Rotzkraut, Brennnessel, Kriechende Hahnenfußpflanze usw.) überwiegt.

In Bezug auf die Eindringtiefe in den Boden steht das Pfahlwurzelsystem an erster Stelle: Die Rekordeindringtiefe der Wurzeln liegt einigen Berichten zufolge bei 120 m! Allerdings trägt das faserige Wurzelsystem mit seiner meist oberflächlichen Lage der Wurzeln zur Bildung einer Grasnarbendecke bei und beugt Bodenerosion vor.

Die Gesamtlänge der Wurzeln im Wurzelsystem ist unterschiedlich, manche Wurzeln erreichen mehrere Dutzend und sogar Hunderte Kilometer. Beispielsweise erreicht bei Weizen die Länge aller Wurzelhaare 20 km, und bei Winterroggen beträgt die Gesamtlänge der Wurzeln erster, zweiter und dritter Ordnung über 180 km, zusammen mit den Wurzeln der vierten Ordnung Bestellung, 623 km. Obwohl die Wurzel ihr ganzes Leben lang wächst, wird ihr Wachstum durch den Einfluss der Wurzeln anderer Pflanzen begrenzt.

Der Entwicklungsgrad von Wurzelsystemen auf verschiedenen Böden ist unterschiedlich Naturgebiete ist nicht das Gleiche. In Sandwüsten, in denen das Grundwasser tief ist, reichen die Wurzeln einiger Pflanzen bis zu einer Tiefe von 40 m oder mehr (Selingras, Prosopis seriflora aus der Familie der Hülsenfrüchte usw.). Vergängliche Pflanzen von Halbwüsten haben oberflächlich Wurzelsystem, das an die schnelle Aufnahme von Frühjahrsfeuchtigkeit angepasst ist, was für den schnellen Durchgang aller Phasen der Pflanzenvegetation völlig ausreichend ist. Auf tonigen, schlecht belüfteten Podsolen der Taiga-Waldzone ist das Wurzelsystem der Pflanzen zu 90 % in der Oberflächenschicht des Bodens (10-15 cm) konzentriert, die Pflanzen haben „nährende Wurzeln“ (Europäische Fichte). Beispielsweise nutzen die Wurzeln von Saxaul die Feuchtigkeit verschiedener Horizonte zu verschiedenen Jahreszeiten.

Ein sehr wichtiger Faktor bei der Verteilung des Wurzelsystems ist Feuchtigkeit. Die Richtung der Wurzeln geht in Richtung höherer Luftfeuchtigkeit, im Wasser und in durchnässten Böden verzweigen sich die Wurzeln jedoch deutlich schwächer.

  • Azofarbstoff bildet keine Arzneimittel und Derivate
  • Alexander Lowen VERRÜCKT DEN KÖRPER. 1. Es ist nicht ungewöhnlich, dass eine akute psychotische Episode aufgrund der Einnahme einer Droge auftritt, die den Geist vorübergehend außer Kontrolle über den Körper bringt.

    • Wasser- einer der grundlegendsten Bestandteile einer lebenden Zelle, der durchschnittlich 70-80 % der Zellmasse ausmacht. In der Zelle liegt Wasser in freier (95 %) und gebundener (5 %) Form vor. Für viele Organismen ist es nicht nur Teil ihrer Zusammensetzung, sondern auch Lebensraum.

    Die Rolle des Wassers in der Zelle wird durch seine einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt, die hauptsächlich mit der geringen Größe der Moleküle, der Polarität seiner Moleküle und ihrer Fähigkeit, untereinander Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, zusammenhängen. Wasser als Bestandteil biologischer Systeme erfüllt folgende wichtige Funktionen:

    1. Wasser ist ein universelles Lösungsmittel für polare Stoffe wie Salze, Zucker, Alkohole, Säuren usw. Stoffe, die in Wasser gut löslich sind, werden als hydrophil bezeichnet.

    2. Wassermoleküle sind an vielen chemischen Reaktionen beteiligt, beispielsweise an der Hydrolyse von Polymeren.

    3. Im Prozess der Photosynthese ist Wasser ein Elektronendonor, eine Quelle für Wasserstoffionen und freien Sauerstoff.

    4. Wasser löst oder vermischt sich nicht mit unpolaren Substanzen, da es mit ihnen keine Wasserstoffbrückenbindungen eingehen kann. Stoffe, die in Wasser unlöslich sind, werden als hydrophob bezeichnet.

    5. Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität. Es braucht viel Energie, um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen, die die Wassermoleküle zusammenhalten. Diese Eigenschaft gewährleistet die Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts des Körpers bei erheblichen Temperaturschwankungen in der Umgebung.

    6. Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die es dem Körper ermöglicht, in seinem gesamten Volumen die gleiche Temperatur aufrechtzuerhalten.

    7. Wasser zeichnet sich durch eine hohe Verdampfungswärme aus, also die Fähigkeit der Moleküle, eine erhebliche Menge Wärme mitzunehmen und gleichzeitig den Körper zu kühlen. Durch diese Eigenschaft des Wassers, die sich beim Schwitzen bei Säugetieren, thermischer Atemnot bei Krokodilen und anderen Tieren, Transpiration bei Pflanzen manifestiert, wird deren Überhitzung verhindert.

    8. Wasser zeichnet sich durch außergewöhnlich hohe Werte aus Oberflächenspannung. Diese Eigenschaft ist für die Bewegung von Lösungen durch Gewebe (Blutzirkulation, auf- und absteigende Strömungen in Pflanzen) von großer Bedeutung. Bei vielen kleinen Organismen ermöglicht die Oberflächenspannung, dass sie auf der Wasseroberfläche schwimmen oder gleiten.

    9. Wasser sorgt für die Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, die Aufnahme von Stoffen und die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten.

    10. Bei Pflanzen bestimmt Wasser den Turgor der Zellen und bei manchen Tieren wirkt es auch Unterstützungsfunktionen, ein hydrostatisches Skelett (Rund- und Ringelwürmer, Stachelhäuter).

    11. Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil von Schmierflüssigkeiten (Synovialflüssigkeit – in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleuraflüssigkeit – in der Pleurahöhle, Perikardflüssigkeit – im Herzbeutel) und Schleim (erleichtert die Bewegung von Substanzen durch den Darm und schafft ein feuchtes Milieu). die Schleimhäute der Atemwege). Es ist Bestandteil von Speichel, Galle, Tränen usw.

    Eigenschaften, Funktionen und Bedeutung von Wasser

    Mineralsalze. Salzmoleküle in einer wässrigen Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Von größter Bedeutung sind Kationen (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+) und Anionen (Cl-, H2P04 -, HP042-, HC03 -, NO3 2-, SO4 2-). Einige Ionen sind an der Aktivierung von Enzymen beteiligt , die Entstehung von osmotischem Druck in der Zelle, bei Muskelkontraktionen, Blutgerinnung usw. Eine Reihe von Kationen und Anionen sind für die Synthese wichtiger organischer Substanzen (z. B. Phospholipide, ATP, Nukleotide, Hämoglobin, Chlorophyll) notwendig usw.) sowie Aminosäuren, die Quellen für Stickstoff- und Schwefelatome sind. Salzsäure ist Bestandteil des Magensaftes. Im Knochengewebe von Tieren und Menschen kommen Salze von Kalzium und Phosphor vor.

    organische Substanz. Die Basis aller organischen Verbindungen ist Kohlenstoff (C), der Bindungen mit anderen Atomen und deren Gruppen eingeht. Dadurch komplex Chemische Komponenten, unterschiedlich in Struktur und Funktion, sind Makromoleküle (von griechisch „makros“ – groß).

    Makromoleküle bestehen aus sich wiederholenden Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, - Monomere(von griechisch monos – eins).

    Polymer(vom griechischen Poly – viel) – ein aus Monomeren gebildetes Makromolekül.

    In Polymermolekülen können Monomere gleich oder unterschiedlich sein. Abhängig davon, welche Monomere in der Zusammensetzung von Polymeren enthalten sind, werden Polymere in folgende Gruppen eingeteilt:

    Polymere


    Regelmäßig unregelmäßig

    A-A-A-A-A-A- - A-B-A-C- B-A-A-D- C- A-

    A-S-D-A-S-D-A-S-D-

    Die Polymere, aus denen lebende Organismen bestehen, werden genannt Biopolymere, deren Eigenschaften von der Struktur ihrer Moleküle, der Anzahl und Vielfalt der Monomere abhängen. Biopolymere sind universell, da sie in allen lebenden Organismen nach einem einzigen Plan aufgebaut werden. Die Vielfalt der Eigenschaften von Biopolymeren ist auf unterschiedliche Kombinationen von Monomeren zurückzuführen, die unterschiedliche Varianten bilden. Die Eigenschaften von Biopolymeren manifestieren sich nur in einer lebenden Zelle.

    Kohlenhydrate oder Saccharide, - organische Verbindungen, zu denen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff gehören. Den Namen „Kohlenhydrate“ erhalten sie aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung: Die allgemeine Formel der meisten von ihnen lautet Сn(H2O)n.

    Die Zusammensetzung und Struktur von Kohlenhydraten

    Monosaccharide- Einfachzucker mit der allgemeinen Formel (CH2O)n, wobei n=3-9. Unter den Monosacchariden werden Triosen (3C), Tetraosen (4C), Pentosen (5C) – Ribose, Desoxyribose, Hexosen (6C) – Glucose, Galactose unterschieden. Monosaccharide lösen sich gut in Wasser und haben einen süßen Geschmack. Fruktose ist Bestandteil von Honig und kommt in Früchten und grünen Pflanzenteilen vor. Glukose kommt in Früchten, Blut und Lymphe vor, ist die Hauptenergiequelle und Teil von Disacchariden und Polysacchariden.

    Disaccharide- Stoffe, die durch die Kondensation zweier Monosaccharidmoleküle unter Verlust eines Wassermoleküls entstehen. Bei Pflanzen handelt es sich um Saccharose (С12Н22О11) und Maltose, bei Tieren um Laktose. Saccharose ist die Haupttransportform von Kohlenhydraten in Pflanzen. Laktose wird in der Brustdrüse produziert und ist in der Milch enthalten.

    Glucose + Glucose = Maltose;
    Glucose + Galactose = Lactose;
    Glucose + Fructose = Saccharose.

    Aufgrund ihrer Eigenschaften ähneln Disaccharide Monosacchariden. Sie lösen sich gut in Wasser auf und haben einen süßen Geschmack.

    Polysaccharide- Dies sind hochmolekulare Kohlenhydrate, die durch die Kombination einer großen Anzahl von Monosaccharidmolekülen entstehen. In Pflanzen - Stärke, Cellulose (Ballaststoffe), Formel (C6H10O5) n; bei Tieren - Glykogen, Chitin. Cellulose ist der wichtigste Stützbestandteil der Zellwand in Pflanzen. Stärke ist das wichtigste Reservekohlenhydrat in Pflanzen. Glykogen ist ein Reservepolysaccharid von Tieren (akkumuliert sich in Leber und Muskeln). Chitin ist Teil der Haut von Arthropoden und sorgt für die Festigkeit der Hautstrukturen von Pilzen.

    Lokalisierung in Zelle und Körper: Zellwand, Zelleinschlüsse, Zellflüssigkeit Pflanzen, Arthropodenhüllen.

    Funktionen von Kohlenhydraten:

    1) Energie. Kohlenhydrate sind die Hauptenergiequelle für Organismen. Bei der Oxidation setzt 1 g Kohlenhydrate 17,6 kJ frei.

    2) Strukturell. Die Zellwände von Pflanzen bestehen aus Zellulose. Die Körperhüllen der Arthropoden und die Zellwände der Pilze bestehen aus Chitin. Kohlenhydrate sind Teil von Organellen, DNA- und RNA-Molekülen.

    3) Reservieren. Diese Funktion wird bei Pflanzen durch Stärke, bei Tieren durch Glykogen übernommen. Sie haben die Fähigkeit, sich in Zellen anzusammeln und bei steigendem Energiebedarf verbraucht zu werden.

    4) Schutz. Die Drüsen scheiden Sekrete aus, die Kohlenhydrate enthalten. Geheimnisse schützen die Wände von Hohlorganen (Magen, Darm) vor mechanischer Beschädigung und dem Eindringen pathogener Bakterien.

    Lipide- das sind fettähnliche Stoffe, die größtenteils aus Fettsäuren und dreiwertigem Alkohol bestehen; Dabei handelt es sich um Ester höherer Fettsäuren und des dreiwertigen Alkohols Glycerin.

    Fette sind die einfachsten und am häufigsten vorkommenden Lipide. Flüssige Fette werden Öle genannt. Bei Tieren kommen Öle in der Milch vor, bei Pflanzen kommen sie jedoch häufiger in Samen und Früchten vor.

    Die Zusammensetzung und Struktur von Lipiden

    Ort der Synthese in der Zelle: auf den Membranen des glatten endoplasmatischen Retikulums.

    Lokalisierung in der Zelle und im Körper: Zellmembran, Zelleinschlüsse, Unterhautfettgewebe und Netze.

    Funktionen von Lipiden:

    1) Energie. Lipide – „Energiedepot“. Wenn 1 g Lipide zu CO2 und H2O oxidiert wird, werden 38,9 kJ freigesetzt, was doppelt so viel ist wie bei Kohlenhydraten und Proteinen.

    2) Strukturell. Lipide sind am Aufbau von Zellmembranen und der Bildung wichtiger biologischer Verbindungen wie Hormone und Vitamine beteiligt.

    3) Reservieren. Pflanzen neigen dazu, Öle statt Fette zu speichern. Soja- und Sonnenblumenkerne sind reich an Ölen.

    4) Schützend und wärmeisolierend. Fette leiten Wärme nicht gut. Sie lagern sich unter der Haut von Tieren ab, teilweise erreichen solche Ansammlungen eine Dicke von bis zu 1 m, beispielsweise bei Walen. Die Fettschicht schützt Tiere vor Unterkühlung. Fettgewebe fungiert als Thermostat. Bei Walen spielt es darüber hinaus noch eine weitere Rolle – es trägt zum Auftrieb bei. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit trägt die Unterhautfettschicht dazu bei, die Wärme zu speichern, was beispielsweise vielen Tieren das Leben in kalten Klimazonen ermöglicht.

    5) Schmierend und wasserabweisend. Wachs umhüllt Haut, Wolle und Federn, macht sie elastischer und schützt sie vor Feuchtigkeit. Blätter und Früchte vieler Pflanzen haben einen Wachsüberzug. Diese Schicht schützt die Blätter vor Nässe bei starkem Regen.

    6) Regulatorisch. Viele biologisch aktive Substanzen (Sexualhormone - Testosteron in

    Bei Männern und Progesteron bei Frauen sind Vitamine (A, D, E) Verbindungen des Lipids

    7) Quelle für Stoffwechselwasser. Eines der Produkte der Fettoxidation ist Wasser

    sehr wichtig für einige Bewohner der Tierwelt der Wüsten, zum Beispiel für Kamele.

    Das Fett, das diese Tiere in ihren Höckern speichern, ist eine Wasserquelle. Oxidation 100 g

    Fett ergibt etwa 105 g Wasser. Das für die Lebenstätigkeit von Bären, Murmeltieren usw. notwendige Wasser

    Andere Tiere im Winterschlaf werden durch Oxidation fett.

    8) In den Myelinscheiden der Axone von Nervenzellen dienen Lipide als Isolatoren bei der Weiterleitung von Nervenimpulsen.

    9) Wachs wird von Bienen zum Bau von Waben verwendet.

    Lipide können mit anderen biologischen Molekülen – Proteinen und Zuckern – Komplexe bilden.

    Proteine, bzw Proteine (aus dem Griechischen protos – das erste) – die zahlreichsten, vielfältigsten und wichtigsten organischen Verbindungen. Proteine ​​sind Makromoleküle, weil sie groß sind.

    Chemische Zusammensetzung Proteinmoleküle: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Eisen, Zink, Kupfer können ebenfalls sein.

    Proteine ​​sind Polymere, die aus sich wiederholenden Monomeren mit niedrigem Molekulargewicht bestehen. Aminosäuren sind Monomere von Proteinmolekülen. Es ist bekannt, dass etwa 200 Aminosäuren in lebenden Organismen vorkommen, aber nur 20 davon sind Bestandteil von Proteinen. Dabei handelt es sich um die sogenannten basischen bzw. proteinbildenden Aminosäuren. 20 Aminosäuren sorgen für eine Vielzahl an Proteinen. In Pflanzen werden alle notwendigen Aminosäuren aus den Primärprodukten der Photosynthese synthetisiert. Mensch und Tier sind nicht in der Lage, eine Reihe von Aminosäuren selbst zu synthetisieren und müssen diese in fertiger Form mit der Nahrung aufnehmen. Solche Aminosäuren werden als essentiell bezeichnet. Dazu gehören Lysin, Valin, Leucin, Isoleucin, Threonin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin, Arginin und Histidin (insgesamt 10).

    Die Struktur der Aminosäure:

    Zwischen der Aminogruppe einer Aminosäure und der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure entsteht eine kovalente Bindung. Peptidbindung, und das Proteinmolekül Polypeptid.


    In einer Lösung können Aminosäuren sowohl als Säuren als auch als Basen wirken, d. h. sie sind amphotere Verbindungen. Die Carboxylgruppe -COOH ist in der Lage, ein Proton abzugeben und fungiert als Säure, und die Amingruppe - NH2 - kann ein Proton aufnehmen und weist somit die Eigenschaften einer Base auf.

    Die Struktur von Proteinen. Jedes Protein in einer bestimmten Umgebung zeichnet sich durch eine besondere räumliche Struktur aus. Bei der Charakterisierung der räumlichen (dreidimensionalen) Struktur werden vier Organisationsebenen von Proteinmolekülen unterschieden.

    Ebenen strukturelle Organisation Protein: a – Primärstruktur – die Aminosäuresequenz des Proteins; b – Sekundärstruktur – die Polypeptidkette ist spiralförmig verdreht; c – Tertiärstruktur des Proteins; d – Quartärstruktur von Hämoglobin.

    Ort der Proteinsynthese in der Zelle: an Ribosomen.

    Lokalisierung von Proteinen in der Zelle und im Körper: in allen Organellen und der zytoplasmatischen Matrix vorhanden.

    Die räumliche Struktur des Proteins:

    Primärstruktur Protein – eine Folge von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind, um eine Polypeptidkette zu bilden. Alle Eigenschaften und Funktionen von Proteinen hängen von der Primärstruktur ab. Der Austausch einer einzelnen Aminosäure in der Zusammensetzung von Proteinmolekülen oder eine Verletzung der Reihenfolge in ihrer Anordnung führt in der Regel zu einer Änderung der Funktion des Proteins.

    Sekundärstruktur Proteinmolekül wird durch seine Spiralisierung erreicht: Die Polypeptidkette, bestehend aus hintereinander verbundenen Aminosäuren, verdreht sich zu einer Spirale, es bilden sich fragile Wasserstoffbrückenbindungen zwischen - CO- und - NH-Gruppen.

    Bei der Bildung Tertiärstruktur Das spiralförmige Proteinmolekül faltet sich immer wieder und bildet eine Kugel – ein Kügelchen. Die Stärke der Tertiärstruktur wird durch verschiedene Bindungen bestimmt, beispielsweise Disulfidbindungen (-S-S-), ionische, Wasserstoff- und hydrophobe Wechselwirkungen.

    Quartärstruktur ist eine Verbindung aus mehreren Proteinmolekülen mit Tertiärstruktur. chemische Bindungen- ionische, Wasserstoff-, hydrophobe Wechselwirkung.

    Die Primärstruktur ist also eine lineare Struktur in Form einer Polypeptidkette; sekundär - spiralförmig, aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen; tertiär - kugelförmig; Quartär – die Vereinigung mehrerer Proteinmoleküle mit einer Tertiärstruktur.

    Die Eigenschaft eines Proteins Denaturierung- Verletzung der natürlichen Struktur des Proteins, die reversibel ist, wenn die Primärstruktur nicht zerstört wird, und irreversibel, wenn die Primärstruktur zerstört wird.

    Einfluss von Umweltfaktoren

    (Temperatur, Chemikalien, Strahlung usw.)


    Proteindenaturierung (Zerstörung von Strukturen)

    Renaturierung- vollständige Wiederherstellung der Proteinstruktur.

    Unter dem Einfluss verschiedener chemischer und physikalischer Faktoren (Behandlung mit Alkohol, Aceton, Säuren, Laugen, hohe Temperatur, Bestrahlung, hoher Druck usw.) kommt es aufgrund des Aufbrechens von Wasserstoff- und Ionenbindungen zu einer Veränderung der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen des Proteins. Der Vorgang, bei dem die natürliche Struktur eines Proteins zerstört wird, wird Denaturierung genannt. Dabei kommt es zu einer Abnahme der Proteinlöslichkeit, einer Veränderung der Form und Größe der Moleküle, einem Verlust der enzymatischen Aktivität usw. Der Denaturierungsprozess kann vollständig oder teilweise erfolgen. In einigen Fällen geht der Übergang zu normalen Umweltbedingungen mit einer spontanen Wiederherstellung der natürlichen Struktur des Proteins einher. Dieser Vorgang wird Renaturierung genannt.

    Einfache und komplexe Proteine. Je nach chemischer Zusammensetzung werden Proteine ​​in einfache und komplexe Proteine ​​unterteilt. Zu den einfachen Proteinen gehören Proteine, die nur aus Aminosäuren bestehen, und zu den komplexen Proteinen gehören Proteine, die einen Proteinteil und einen Nicht-Proteinteil enthalten – Metallionen, einen Phosphorsäurerest, Kohlenhydrate, Lipide usw.

    Funktionen von Proteinen:

    1) Enzymatisch, oder katalytisch. Katalysatoren sind Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen. Enzyme sind Katalysatoren für biochemische Reaktionen. Enzyme beschleunigen Reaktionen im Körper um das Zehn- und Hunderttausendfache. Sie sind hochspezifisch, da jedes Enzym nur eine bestimmte Reaktion katalysiert.

    Enzyme = Biokatalysatoren (Beschleuniger chemischer Reaktionen in Zellen)

    2) Strukturell. Proteine ​​sind Bestandteil aller Membranen und Organellen der Zelle (z. B. bildet das Protein in Kombination mit RNA Ribosomen).

    3) Energie. Beim Abbau von 1 g Proteinen zu Endprodukten (CO2, H2O und stickstoffhaltige Stoffe) werden 17,6 kJ freigesetzt.

    4) Reservieren. Diese Funktion wird von Proteinen – Nahrungsquellen (Eiprotein – Albumin,

    Milchprotein - Kasein, Endospermzellen und Eizellen).

    5) Schützend. Alle lebenden Zellen und Organismen verfügen über Schutzsysteme. Bei Menschen und Tieren handelt es sich um eine Immunabwehr. In Lymphozyten werden Antikörper gebildet – Schutzproteine, die Fremdkörper neutralisieren. Ein weiteres Beispiel für eine Schutzfunktion ist die Gerinnung des Fibrinogen-Proteins im Blut, die zur Bildung eines Blutgerinnsels führt – einem Blutgerinnsel, das das Gefäß verstopft und die Blutung stoppt. Für mechanischen Schutz sorgen Hornformationen – Haare, Hörner, Hufe. Diese Strukturen enthalten Proteine. Pflanzen bilden außerdem schützende Proteine ​​wie Alkaloide, die Pflanzenbedeckungen stärker und widerstandsfähiger machen.

    6) Regulatorisch. Viele Proteine ​​sind Hormone Regulierung physiologischer Prozesse (Insulin und Glucagon haben Proteincharakter). Bauchspeicheldrüsenzellen produzieren das Hormon Insulin, das den Blutzuckerspiegel reguliert.

    Pankreas

    Das Hormon Insulin

    Glukose (im Blut) à Glykogen (in Leberzellen)

    7) Transport. Die Funktion von Transportproteinen besteht darin, chemische Elemente oder biologisch aktive Substanzen zu binden und an Gewebe und Organe zu übertragen.

    Hämoglobin (in roten Blutkörperchen enthalten)


    Hämoglobin + Sauerstoff Hämoglobin + Kohlendioxid

    8) Motor. Kontraktile Proteine ​​sind an allen Arten von Bewegungen beteiligt, zu denen Zellen und Organismen fähig sind. Beispiele: die Bewegung von Flagellen und Flimmerhärchen bei den einfachsten einzelligen Tieren, Muskelkontraktion bei mehrzelligen Tieren (die Proteine ​​Myosin und Aktin sorgen für die Kontraktion von Muskelzellen), die Bewegung von Blättern bei Pflanzen.

    9) Signal. In der Zellmembran eingebettete Proteine ​​empfangen Signale von

    äußere Umgebung und die Übertragung von Informationen an die Zelle. Diese Proteinmoleküle sind dazu in der Lage

    verändern ihre Tertiärstruktur als Reaktion auf die Einwirkung von Umweltfaktoren.

    10) Giftig(Toxine, die Schutz vor Feinden und das Töten von Beutetieren bieten).

    Proteinfunktionen Charakteristisch
    1. Strukturell Proteine ​​sind Teil von Zellmembranen und Organellen
    2. Energie Bei der Oxidation von 1 g Protein werden 17,6 kJ freigesetzt
    3. Ersatz Proteine ​​sind ein Reservenährstoff und Energiestoff
    4. Katalytisch, enzymatisch Proteine ​​sind Enzyme, die chemische Reaktionen beschleunigen.
    5. Regulatorisch Viele Proteine ​​sind Hormone, die physiologische Prozesse regulieren.
    6. Transport Überweisen verschiedene Substanzen(Hämoglobin + Sauerstoff)
    7. Motor Kontraktile Proteine ​​sorgen für Bewegung (Chromosomen zu den Zellpolen)
    8. Schutz Schützen Sie den Körper vor Fremdkörpern
    9. Signal Sie empfangen Signale aus der äußeren Umgebung und übermitteln Informationen an die Zelle
    10. Giftig Giftstoffe bieten Schutz vor Feinden und töten Beute

    Proteine ​​werden selten als Energiequelle genutzt, da sie eine Reihe anderer wichtiger Funktionen erfüllen. Proteine ​​werden normalerweise verwendet, wenn Quellen wie Kohlenhydrate und Fette erschöpft sind. Kohlenhydrate und Fette werden in Reserve gespeichert; Wenn der Nahrung jegliche organische Verbindung fehlt, ist es für den Körper möglich, einige organische Verbindungen in andere umzuwandeln: Proteine ​​in Fette und Kohlenhydrate, Kohlenhydrate und Fette ineinander. Aber Kohlenhydrate und Fette können nicht in Proteine ​​umgewandelt werden.

    KOHLENHYDRATE, FETTE

    Aminosäuren, die beim Abbau von Proteinmolekülen entstehen, sind für den Aufbau neuer Proteine ​​notwendig. Der Mangel an Proteinen in der Nahrung ist unersetzlich, da sie nur aus Aminosäuren gebildet werden. Daher ist Proteinmangel gefährlich für den Körper.

    Nukleinsäuren. ATP

    Nukleinsäuren(von lat. Kern - Kern) - Säuren, erstmals bei der Untersuchung der Kerne von Leukozyten entdeckt; wurden 1868 von I.F. entdeckt. Miescher, Schweizer Biochemiker. biologische Bedeutung Nukleinsäuren – Speicherung und Übertragung erblicher Informationen; Sie sind notwendig, um Leben zu erhalten und zu reproduzieren.

    Nukleinsäuren

    Das DNA-Nukleotid und das RNA-Nukleotid weisen Ähnlichkeiten und Unterschiede auf.

    Die Struktur des DNA-Nukleotids

    Die Struktur des RNA-Nukleotids

    Das DNA-Molekül ist ein Doppelhelixstrang.

    Ein RNA-Molekül ist ein einzelner Nukleotidstrang, dessen Struktur einem einzelnen DNA-Strang ähnelt. Nur enthält die RNA anstelle von Desoxyribose ein anderes Kohlenhydrat – Ribose (daher der Name) und anstelle von Thymin – Uracil.

    Zwei DNA-Stränge sind durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. In diesem Fall ist ein wichtiges Muster zu beobachten: Gegenüber der stickstoffhaltigen Base Adenin A in der einen Kette befindet sich die stickstoffhaltige Base Thymin T in der anderen Kette, und Cytosin C befindet sich immer gegenüber dem Guanin G. Diese Basenpaare werden aufgerufen komplementäre Paare.

    Auf diese Weise, Prinzip der Komplementarität(von lat. Komplementum – Addition) bedeutet, dass jede im Nukleotid enthaltene stickstoffhaltige Base einer anderen stickstoffhaltigen Base entspricht. Es gibt streng definierte Basenpaare (A – T, G – C), diese Paare sind spezifisch. Es gibt drei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Guanin und Cytosin, und zwischen Adenin und Thymin treten zwei Wasserstoffbrückenbindungen im DNA-Nukleotid auf, und in der RNA treten zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Adenin und Uracil auf.

    Wasserstoffbrückenbindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen von Nukleotiden

    G ≡ C G ≡ C

    Infolgedessen ist in jedem Organismus die Anzahl der Adenylnukleotide gleich der Anzahl der Thymidylnukleotide und die Anzahl der Guanylnukleotide entspricht der Anzahl der Cytidylnukleotide. Aufgrund dieser Eigenschaft bestimmt die Reihenfolge der Nukleotide in einer Kette ihre Reihenfolge in einer anderen. Diese Fähigkeit, Nukleotide selektiv zu kombinieren, wird als Komplementarität bezeichnet. Diese Eigenschaft liegt der Bildung neuer DNA-Moleküle auf der Grundlage des ursprünglichen Moleküls zugrunde (Replikation, d. h. Verdoppelung).

    Somit unterliegt der quantitative Gehalt an stickstoffhaltigen Basen in der DNA bestimmten Regeln:

    1) Die Summe aus Adenin und Guanin ist gleich der Summe aus Cytosin und Thymin A + G = C + T.

    2) Die Summe aus Adenin und Cytosin ist gleich der Summe aus Guanin und Thymin A + C = G + T.

    3) Die Menge an Adenin ist gleich der Menge an Thymin, die Menge an Guanin ist gleich der Menge an Cytosin A = T; G = C.

    Wenn sich die Bedingungen ändern, kann die DNA wie Proteine ​​​​denaturiert werden, was als Schmelzen bezeichnet wird.

    DNA verfügt über einzigartige Eigenschaften: die Fähigkeit zur Selbstverdoppelung (Replikation, Reduplikation) und die Fähigkeit zur Selbstreparatur (Reparatur). Reproduzieren sorgt für die exakte Reproduktion der im Muttermolekül aufgezeichneten Informationen in den Tochtermolekülen. Aber manchmal treten während des Replikationsprozesses Fehler auf. Als Fähigkeit eines DNA-Moleküls wird bezeichnet, in seinen Ketten auftretende Fehler zu korrigieren, also die korrekte Nukleotidsequenz wiederherzustellen Wiedergutmachungen.

    DNA-Moleküle kommen hauptsächlich in Zellkernen und in geringer Menge in Mitochondrien und Plastiden – Chloroplasten – vor. DNA-Moleküle sind Träger von Erbinformationen.

    Struktur, Funktionen und Lokalisation in der Zelle. Es gibt drei Arten von RNA. Die Namen sind mit den ausgeführten Funktionen verbunden:

    Vergleichsmerkmale Nukleinsäuren

    Adenosinphosphorsäuren – a Denosintriphosphorsäure (ATP), A Denosindiphosphorsäure (ADP), A Denosinmonophosphorsäure (AMP).

    Das Zytoplasma jeder Zelle sowie Mitochondrien, Chloroplasten und Zellkerne enthalten Adenosintriphosphorsäure (ATP). Es liefert Energie für die meisten Reaktionen, die in der Zelle ablaufen. Mit Hilfe von ATP synthetisiert die Zelle neue Protein-, Kohlenhydrat- und Fettmoleküle, führt einen aktiven Stofftransport durch und besiegt Flagellen und Flimmerhärchen.

    ATP ähnelt in seiner Struktur dem Adeninnukleotid, das Teil der RNA ist, nur dass ATP anstelle einer Phosphorsäure drei Phosphorsäurereste enthält.

    Die Struktur des ATP-Moleküls:

    Die instabilen chemischen Bindungen, die die Phosphorsäuremoleküle im ATP verbinden, sind sehr energiereich. Beim Aufbrechen dieser Bindungen wird Energie freigesetzt, die jede Zelle nutzt, um lebenswichtige Prozesse sicherzustellen:

    ATP ADP + P + E

    ADP AMP + F + E,

    wobei F Phosphorsäure H3PO4 ist, E die freigesetzte Energie.

    Als energiereiche chemische Bindungen im ATP werden Phosphorsäurereste bezeichnet makroerge Bindungen. Die Spaltung eines Phosphorsäuremoleküls geht mit der Freisetzung von Energie einher – 40 kJ.

    ATP entsteht aus ADP und anorganischem Phosphat aufgrund der Energie, die bei der Oxidation organischer Substanzen und im Prozess der Photosynthese freigesetzt wird. Dieser Vorgang wird Phosphorylierung genannt.

    Dabei müssen mindestens 40 kJ/mol Energie aufgewendet werden, die in makroergen Bindungen akkumuliert wird. Folglich liegt die Hauptbedeutung der Prozesse Atmung und Photosynthese darin, dass sie Energie für die ATP-Synthese liefern, unter deren Beteiligung die meiste Arbeit in der Zelle verrichtet wird.

    ATP wird extrem schnell aktualisiert. Beim Menschen zum Beispiel jeweils ATP-Molekül 2.400 Mal am Tag spaltet und regeneriert sich, sodass seine durchschnittliche Lebensdauer weniger als 1 Minute beträgt. Die ATP-Synthese erfolgt hauptsächlich in Mitochondrien und Chloroplasten (teilweise im Zytoplasma). Das dabei gebildete ATP wird an die Stellen der Zelle weitergeleitet, an denen Energie benötigt wird.

    ATP spielt eine wichtige Rolle in der Zellbioenergie: Es erfüllt eine der wichtigsten Funktionen – ein Energiespeicher, es ist ein universeller biologischer Energiespeicher.

    Die chemische Zusammensetzung der Zelle. Anorganische Stoffe der Zelle

    Grundlegende Eigenschaften und Organisationsebenen der belebten Natur

    Die Organisationsebenen lebender Systeme spiegeln die Unterordnung und Hierarchie der strukturellen Organisation des Lebens wider:

    Molekulargenetik – einzelne Biopolymere (DNA, RNA, Proteine);

    Zellulär - eine elementare, sich selbst reproduzierende Lebenseinheit (Prokaryoten, einzellige Eukaryoten), Gewebe, Organe;

    Organismisch – unabhängige Existenz Individuell;

    Populationsart – eine elementare sich entwickelnde Einheit – eine Population;

    Biogeozänotisch – Ökosysteme, die aus verschiedenen Populationen und ihrem Lebensraum bestehen;

    Biosphärisch – die gesamte lebende Bevölkerung der Erde, die für den Stoffkreislauf in der Natur sorgt.

    Die Natur ist die gesamte existierende materielle Welt in all ihrer Formenvielfalt. Die Einheit der Natur manifestiert sich in der Objektivität ihrer Existenz, der gemeinsamen elementaren Zusammensetzung, der Unterordnung unter dieselben physikalischen Gesetze, in der systemischen Natur der Organisation. Verschiedene natürliche Systeme, sowohl lebende als auch nicht lebende, sind miteinander verbunden und interagieren miteinander. Ein Beispiel für systemische Interaktion ist die Biosphäre.

    Die Biologie ist ein Wissenschaftskomplex, der die Entwicklungs- und Lebensmuster lebender Systeme, die Gründe für ihre Vielfalt und Anpassungsfähigkeit an die Umwelt sowie die Beziehung zu anderen lebenden Systemen und Objekten der unbelebten Natur untersucht.

    Gegenstand der biologischen Forschung ist die Tierwelt.

    Gegenstand der Biologieforschung sind:

    Allgemeine und besondere Muster der Organisation, Entwicklung, des Stoffwechsels, der Übertragung erblicher Informationen;

    Die Vielfalt der Lebensformen und Organismen selbst sowie ihre Beziehung zur Umwelt.

    Die ganze Vielfalt des Lebens auf der Erde wird erklärt evolutionärer Prozess und Aktion Umfeld auf Organismen.

    Das Wesen des Lebens wird von M.V. bestimmt. Volkenstein als Existenz „lebender Körper auf der Erde, die offene, selbstregulierende und sich selbst reproduzierende Systeme sind, die aus Biopolymeren – Proteinen und Nukleinsäuren“ aufgebaut sind.

    Die Haupteigenschaften lebender Systeme:

    Stoffwechsel;

    Selbstregulierung;

    Reizbarkeit;

    Variabilität;

    Vererbung;

    Reproduktion;

    Die chemische Zusammensetzung der Zelle. Anorganische Stoffe der Zelle

    Zytologie ist eine Wissenschaft, die die Struktur und Funktionen von Zellen untersucht. Die Zelle ist die elementare Struktur- und Funktionseinheit lebender Organismen. Zellen Einzeller Alle Eigenschaften und Funktionen lebender Systeme sind inhärent. Zellen mehrzellige Organismen differenziert nach Struktur und Funktion.

    Atomzusammensetzung: Die Zelle enthält etwa 70 Elemente Periodensystem Elemente von Mendelejew, und 24 von ihnen sind in allen Zelltypen vorhanden.

    Makronährstoffe – H, O, N, C, Mikroelemente – Mg, Na, Ca, Fe, K, P, CI, S, Ultramikroelemente – Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si usw.

    Molekulare Zusammensetzung: Die Zusammensetzung der Zelle umfasst Moleküle anorganischer und organischer Verbindungen.

    Anorganische Stoffe der Zelle

    Wasser. Das Wassermolekül hat eine nichtlineare räumliche Struktur und Polarität. Zwischen einzelnen Molekülen bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen, die die physikalischen und physikalischen Eigenschaften bestimmen Chemische Eigenschaften Wasser.

    Reis. 1. Wassermolekül 2. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen

    Physikalische Eigenschaften Wasser:

    Wasser kann in drei Zuständen vorliegen – flüssig, fest und gasförmig;

    Wasser ist ein Lösungsmittel. Polare Wassermoleküle lösen polare Moleküle anderer Stoffe. Stoffe, die in Wasser löslich sind, werden als hydrophil bezeichnet. In Wasser unlösliche Stoffe sind hydrophob;

    Hohe spezifische Wärmekapazität. Es braucht viel Energie, um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen, die die Wassermoleküle zusammenhalten. Diese Eigenschaft des Wassers sorgt für die Aufrechterhaltung des Wärmegleichgewichts im Körper;

    Hohe Verdampfungswärme. Es braucht viel Energie, um Wasser zu verdampfen. Der Siedepunkt von Wasser ist höher als der vieler anderer Stoffe. Diese Eigenschaft des Wassers schützt den Körper vor Überhitzung;

    Wassermoleküle sind in ständiger Bewegung, sie kollidieren in der flüssigen Phase miteinander, was für Stoffwechselprozesse wichtig ist;

    Haftung und Oberflächenspannung. Wasserstoffbrückenbindungen bestimmen die Viskosität von Wasser und die Adhäsion seiner Moleküle an die Moleküle anderer Stoffe (Kohäsion). Aufgrund der Adhäsionskräfte von Molekülen entsteht auf der Wasseroberfläche ein Film, der durch Oberflächenspannung gekennzeichnet ist;

    Dichte. Beim Abkühlen verlangsamt sich die Bewegung der Wassermoleküle. Die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen wird maximal. Wasser hat bei 4°C die höchste Dichte. Beim Gefrieren dehnt sich Wasser aus (es wird Platz für die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen benötigt) und seine Dichte nimmt ab, sodass Eis auf der Wasseroberfläche schwimmt, was das Reservoir vor dem Einfrieren schützt;

    Die Fähigkeit, kolloidale Strukturen zu bilden. Wassermoleküle bilden eine Hülle um die unlöslichen Moleküle einiger Stoffe und verhindern so die Bildung großer Partikel. Diesen Zustand dieser Moleküle nennt man dispergiert (verstreut). Die kleinsten Stoffpartikel, die von Wassermolekülen umgeben sind, bilden kolloidale Lösungen (Zytoplasma, Interzellularflüssigkeiten).

    Biologische Funktionen von Wasser:

    Transport – Wasser sorgt für die Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, für die Aufnahme von Stoffen und die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten. In der Natur transportiert Wasser Abfallprodukte zu Böden und Gewässern;

    Stoffwechsel – Wasser ist ein Medium für alle biochemischen Reaktionen und ein Elektronendonator während der Photosynthese, es ist für die Hydrolyse von Makromolekülen zu ihren Monomeren notwendig;

    Beteiligt sich an der Bildung:

    1) Schmierflüssigkeiten, die die Reibung verringern (Synovialflüssigkeit – in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleuraflüssigkeit, in der Pleurahöhle, Perikardflüssigkeit – im Herzbeutel);

    2) Schleim, der die Bewegung von Substanzen durch den Darm erleichtert, schafft ein feuchtes Milieu auf den Schleimhäuten der Atemwege;

    3) Geheimnisse (Speichel, Tränen, Galle, Sperma usw.) und Säfte im Körper.

    anorganische Ionen. Anorganische Zellionen werden dargestellt durch: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3-Kationen und Cl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42- Anionen.

    Der Unterschied zwischen der Anzahl der Kationen und Anionen an der Oberfläche und im Inneren der Zelle sorgt für die Entstehung eines Aktionspotentials, das der Nerven- und Muskelerregung zugrunde liegt.

    Phosphorsäureanionen bilden ein Phosphatpuffersystem, das den pH-Wert der intrazellulären Umgebung des Körpers auf einem Niveau von 6–9 hält.

    Kohlensäure und ihre Anionen bilden ein Bikarbonat-Puffersystem und halten den pH-Wert des extrazellulären Mediums (Blutplasma) auf dem Niveau von 4-7.

    Stickstoffverbindungen dienen als Quelle für mineralische Ernährung, Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren. Phosphoratome sind Teil der Nukleinsäuren, Phospholipide sowie der Knochen von Wirbeltieren und der Chitinhülle von Arthropoden. Calciumionen sind Teil der Knochensubstanz und werden auch für die Muskelkontraktion und die Blutgerinnung benötigt.