«Өсімдіктер физиологиясы» ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені

Тақырыбы: Өсімдіктер физиологиясы ғылым ретінде, оның мақсаты, міндеттері, басқа биологиялық ғылымдар арасындағы орыны. Өсімдік клеткасының құрылыс ерекшеліктері.

1.Өсімдіктер физиологиясының ғылым ретінде мақсаты мен міндеттері, биологиялық ғылымдар арасындағы орны.

2.Өсімдіктер физиологиясының даму кезеңдері.

3.Өсімдік тіршілігін зерттеу бағыттары.

4.Өсімдіктер физиологиясының өзекті мәселелері және болашақта даму жолдары.

5.Клетка қабықшасы: қалыптасуы, құрылымдық элементтері. Бірінші реттік, екінші реттік, үшінші реттік клетка қабықшасы. Клетка қабықшасының қызметтері. Плазмодесмалар.

6.Мембраналар: құрамы, құрылыс моделі, қызметтері.
7.Цитоқаңқа. Протоплазманың қасиеттері.

8.Өсімдік клеткасының негізгі құрылымдық элементтері: ядро, пластидтер, митохондриялар, рибосомалар, эндоплазмалық ретикулум. Олардың құрылысы мен қызметі, тіршілік барысында өзара әрекеттесуі. Клетка метаболизмінің компартменттелуі (бөлмешеленуі)

 Өсімдіктер физиологиясының объектілері – фототрофты өмір сүретін организмдер. Оларға тұқымдық және споралық өсімдіктер, балдырлар, кейбір микроорганизмдер (галобактериялар, пурпурлы және жасыл бактериялар) жатады.Тіршілік әрекеттерін зерттеудің негізгі бағыттары: 

Орта мен климаттың жер жаһандық өзгерістерін модельдеу мен алдын ала болжау үшін өсімдік жүйелерінің көміртек, азот, күкірт пен басқа да биогендік элементтердің және судың ғаламдық айналымында рөлін зерттеу өзекті мәселеге айналып келеді.

1) ақпаратты сақтау;

2) ақпаратты транскрипция, яғни мРНҚ синтезі көмегімен цитоплазмаға жеткізу;

3) ақпаратты жаңа клеткаларға ядро мен клетка бөлінген кезде репликация арқылы жеткізу.

Эукариоттардың ядросы қос қабатты мембранамен қоршалған, матриксінде ішкі ортасы – нуклеоплазма (кариоплазма) бар. Матриксте ДНҚ, РНҚ және гистондар тобындағы ақуыздар жиынтығынан тұратын хроматин учаскелері болады. ДНҚ молекуласында нуклеотидтердің орналасу ретімен анықталатын гендік ақпарат бар.

Қандай болмасын ақуыздың толық аминқышқылдық реттілігін кодтайтын ДНҚ молекуласының учаскесі ген деп аталады. ДНҚ-ң негізгі екі қызметін атап кету керек. Біріншіден, ДНҚ клеткадан клеткаға тұқым қуалайтын қасиеттерді жеткізе отырып, өзінің еселенуі кезінде матрица қызметін атқарады. Екіншіден, өсімдіктің тіршілік циклін реттеу үшін, өсу, даму, сыртқы жағдайларға бейімделу үшін жауап беретін ерекше ақуыздарды синтездейді. Бұл келесі екі үдерісті қамтиды: транскрипция, яғни ДНҚ құрамындағы ақпаратты РНҚ-ға ауыстыру, кейін трансляция – РНҚ-ң нуклеотидтік тізбегінде кодталған ақпаратты синтезделетін ақуыздың аминқышқылдық тізбегіне ауыстыру.

Эукариоттардың трансляция реакцияларының кезектілігін, оның инициация, элонгация, терминация және босап шығу кезеңдеріне бөлінетіндігін білу қажет. 

Митохондриялардың сыртқы мембранасы заттар мен иондардың басым бөлігін жақсы өткізеді, ол арқылы органеллаға митохондриялық тыныс алудың субстраты – пируват кіреді. Пируват алдында декарбоксилденеді және белсенді ацетат түзе отырып, тотығады; кейінгісі ферментативтік реакцияларға қатысып, СО2 мен Н2О дейін тотығады (Кребс циклі). Бұл реакциялар митохондриялардың матриксінде жүреді. Циклдің жеке кезеңдерінде тотығу реакциялардың нәтижесінде тотықсызданған қосылыстар – никотинамидаденинди-нуклеотид (НАД) немесе флавинадениндинуклеотид (ФАД) пайда болады. НАД . Н және ФАД . Н электрондарды тыныс алудың электрон-тасымалдаушы тізбегінің (ЭТТ) құрамына кіретін басқа компоненттеріне береді. ЭТТ-ндегі электрондардың соңғы акцепторы – оттек. Ол суға дейін тотықсызданады. ЭТТ-ң  құрамбөліктері митохондрялардың ішкі мембранасында белгілі реттілікпен орналасады. Электрон тасымалдануы арқасында бөлінетін энергия АТФ синтезі үшін жұмсалынады.

Бұл ретте ядролық ДНҚ-ң рөлін талдау керек және митохондриялардың биосинтездік қызметіне клетка геномы тарапынан бақылау қалай жүретіндігін қарастыру қажет. 
Вакуоль – өсімдік клеткасына тән ерекше органелла. Жетілген клетканың басым бөлігін вакуоль алып жатады. Ол талғап өткізетін мембранамен – тонопластпен қоршалған. Ішінде тұздар мен органикалық қосылыстардың су ерітіндісі болады. Вакуоль клетканың өсуі барысында бірнеше жолмен пайда болады. Бұл үдерістегі ЭР және Гольджи аппаратының рөлін білу қажет. Тонопласт пен плазмалемма қасиеттерін салыстырған қызықты. Мембрананың талғаулы өткізгіштігі оның құрылысына, оның құрамына кіретін құрамбөліктерінің химиялық ерекшеліктеріне, заттарды тасымалдайтын арнайы жүйелердің болуына байланысты.

Цитоплазма мен ортаның арасында рН-ң едәуір градиенті (айырмашылығы) байқалады. Ол цитоплазмадан вакуольге сутек иондарын соратын протондық АТФазалар жүйесі арқасында пайда болады. Вакуоль қызметтерінің бірі ретінде осы үдерістің клетка тіршілігі үшін маңызын түсіну қажет. Вакуоль ішіндегі минералдық заттар өзіндік қор ретінде қажеттілік туындағанда жұмсалынады. Вакуоль клетканың су алмасуында елеулі рөл атқарады. Оның қатысуымен клетканың осмостық потенциалы мен тургорлық қысымы пайда болады. Сонымен, вакуоль клетканың зат алмасуында белсенді қатысады, клетка гомеостазын (ішкі ортасының тұрақтылығын) қамтамасыз етеді. 

Клетка мен органеллалардың құрылысы мен қызметтерін талдау кезінде, біртұтас жүйе ретінде клетканың тіршілігі оны құрайтын барлық компоненттерінің қызметтік әрекеттесуіне байланысты екендігін есте сақтау керек. Фотосинтезді іске асыратын хлоропласттар – фотоавтотрофты органеллалар. Олар күн энергиясын қолдана отырып, бейорганикалық заттардан – СО2 мен Н2О-дан органикалық заттарды синтездейді. Түзілген органикалық заттар клетканың басқа органеллаларында биосинтезге немесе энергия алу үшін жұмсалынады. Бұл энергия эндэргониялық (энергияны талап ететін) үдерістерде пайдаланылады. Ол биохимиялық жұмыс, яғни түрлі биосинтездер, осмостық жұмыс, заттар тасымалы, электрлік жұмыс және т.б.

Тірі жүйенің энергия сіңіру мен айналу үдерістері термодинамика заңдылықтарына бағынады. Тірі клетканың зат алмасуы өзара байланысқан жеке химиялық реакциялардан тұратын көптеген метаболиттік тізбектердің арқасында жүреді. Бұл орайда эндэргониялық өзгерістер экзэргониялық реакциялармен қатар жүреді, бұл оларды энергиямен қамтамасыз етеді. Энергияны түзетін және жұмсайтын реакциялардың арасында делдал ретінде энергия тасымалдаушысы – аденозинүшфосфор қышқылының (АТФ) жүйесі қызмет етеді. Ол тірі клеткаларда негізінен магнийлік кешен түрінде болады. АТФ синтезі мына теңдеуге сәйкес жүреді: АДФ + Фб  → АТФ + Н2О. 

Бұл реакция экзэргониялық реакциямен қатар жүрген кезде бөлінген энергия АТФ молекуласында жиналады. Энергияны бөле жүретін АТФ-ң ыдырауы эндэргониялық реакцияны іске асыра алады.  АТФ – макроэргиялық қосылыс. Осы типтегі қосылыстардың ерекшеліктерін талдау керек, макроэргиялық байланысы бар басқа қосылыстарды сипаттап, олардың метаболизмдегі рөлін білу қажет. 

Тақырыбы: Ферменттер – тіршілік негізі

1.Ферменттер – органикалық катализаторлар, олардың әрекет ету механизмі. 2.Клетка - энергетикалық жүйе ретінде. АҮФ (АТФ) – энергия аккумуляторы.

1. 
   оксидоредуктазалар,
   
2. 
   трансферазалар,
   
3. 
   гидролазалар,
   
4. 
   лиазалар,
   
5. 
   изомеразалар,
   
6. 
   лигазалар.
   

С12Н22О11   + Н2О     →          С6Н12О6   +    С6Н12О6 

Өсімдік әлемінде кең тараған инвертаза ферментін берілген жұмыс мақсатында қолданылатын ашытқы саңырауқұлағынан оңай бөліп алуға болады. Әр түрлі жағдайда инвертаза белсенділігінің жуық сандық шамасын алу үшін өзінің құрамында мыс тотығы (көк түсті) болатын Фелинг ерітіндісін қолданады. Егер Фелинг ерітіндісіне глюкозаның тобына жататын құрамында шамалы қанты бар ерітіндіні тамшылатып қосса, (яғни бос альдегид тобы бар) онда ерітіндінің көк түсі сарғыш қызыл түске айналады, өйткені мыс тотығы тұнба түзіп, мыстың шала тотығына дейін тотықсызданады. 

2.Ферменттердің химиялық табиғаты қандай?

3.Ферменттердің катализдік әсерінің принциптері мен механизмі қалай?

4.Ферменттердің жалпы қасиеттерін атаңыз?

Тақырыбы: Клетканың су алмасуы

1.Өсімдіктер тіршілігі үшін судың маңызы.

2.Суды осмостық жолмен сіңіру.

3.Өсімдік клеткасы осмостық жүйе ретінде.

Өсімдіктердің су алмасуы – тұтас өсімдіктің қызметі. Ол судың енуі, тасымалдануы және оның өсімдікпен буландыру үрдістерінен тұрады. Су – тірі организмдердің басты заты және өсімдік тіршілігінде оның маңызы зор:

1. клетка мен организмнің барлық құрылымдарын біріктіретін тұтас жүйе;

2. еріткіш және биохимиялық реакциялардың ортасы;

3. метаболит және биохимиялық үдерістердің тікелей қатысушысы;    

   4.  мембраналық құрылымдарды құрып, ретке келтіреді, ақуыздарды, полисахаридтерді, нуклеин қышқылдарын гидраттайды;

5. термореттеуші фактор;

6. өсімдіктің тургесценттілігін қамтамасыз етеді;

7. заттардың өсімдік бойымен ксилема сосудтары мен флоэма элементтерінде жылжуы су ортасында жүреді.

Судың бір қатар аномальдық қасиеттері бар: тығыздық, қайнау мен қату температурасы, балқу жылылығы, жылу сыйымдылығы, беттік кернеу және жұғу қабілеті. Судың осы ғажайып қасиеттері тіршілікті қалай қамтамасыз ететіндігін қарастырыңыз.
Клетка мен ұлпаларда су екі – бос және байланысқан күйде болады. Бос су – таза, жылжымалы су. Байланысқан су:

1) осмостық байланысқан,

2) коллоидтық байланысқан,

3) капиллярық байланысқан.

Клеткаға судың енуін қамтамасыз ететін негізгі заңдылықтар – осмос, биоколлоидтардың бөртуі, электроосмос. Осмос – судың жарты-лай өткізгіш мембрана арқылы диффузиясы. Өсімдік клеткасында жартылай өткізгіш мембрана қызметін плазмалемма мен тонопласт атқарады. Су молекулалары кішкентай болғандықтан клетка мембра-насы арқылы басқа заттарға қарағанда тезірек өтеді. Суды арнайы арналарды қалыптастыратын мембраналық ақуыздар – аквапориндер тасымалдайды. 
Зат молекулаларының диффузия жылдамдығында байқалатын энергиялық деңгейі заттың химиялық потенциалы деп аталады. Судың су потенциалы (Ѱ) оның диффузияға, булануға немесе сіңірілуіне қабілетін сипаттайды. Ең жоғары химиялық потенциал таза суда, ол 0 тең. Кез келген ерітінділер мен биологиялық сұйықтықтардың Ѱ теріс мәнді. Суда еріген заттардың болуы оның белсенділігін төмендетеді және ерітіндінің осмостық потенциалын туғызады. 

Қанттар, органикалық қышқылдар мен олардың тұздары бар және жартылай өткізгіш мембранамен қоршалған вакуольдің шырыны осмостық қысымды көрсетеді. Ерітіндінің осмостық қысымы оған суды енгізбейтін қысымға тең. Вакуольге судың осмостық енуі арқасында онда тургорлық деп аталатын гидростатикалық қысым пайда болады. Бұл қысым цитоплазманы клетка қабықшасына қысып, оны созады. Созылған клетка қабықшасы қарсы қысым көрсетеді. Судың вакуольге осмостық енгізілген қысым осмостық пен тургорлық қысымдарының айырмасына тең және сору күші деп аталады. Бөрту – жоғары молекулалық заттардың диффузия арқылы суды сіңіруі. Өсімдіктің кейбір мүшелері, мысалы, тұқымдар суды тек бөрту жолымен сіңіреді және өте жоғары бөрту қысымын туғызады. Су келуінің қандай болмасын механизмнің қалыптасуы клетканың жас ерекшеліктеріне байланысты екендігін білу керек. Студенттер су молекуласының құрылыс ерекшеліктерін және клеткаға судың келуі үшін негізгі қасиеттерін жақсы білуге тиісті. 

Тақырыбы: Өсімдікте су қозғалысының механизмдері

1.Өсімдіктің суды сіңіруі, оны тасымалдау мен жұмсауы.

2.Тамыр қысымы және транспирация.

Су – өсімдік массасының 70-95% құрайды. Оның клеткаға кіруі сору күшіне (су потенциалына) байланысты. Өз кезегінде сору күші вакуоль шырынының осмостық қысымына және клетканың тургорлық (гидростатикалық) қысымына байланысты. Тамыр клеткаларымен осмостық сіңірілген су тамыр бойындағы апопласт пен симпласт арқылы радиальды жолмен ксилемаға дейін жылжиды. Ксилема арқылы су тасымалы тамыр қысымы арқасында (төменгі қозғаушы күш) және транспирация (жоғарғы қозғаушы күш) көмегімен жүреді. Ксилема бойымен судың өрлеуші ағынын тасымалдайтын күш – топырақтан бастап атмосфераға дейін өсімдік арқылы су потенциалының градиенті, яғни айырмашылығы. Сіңген судың басым бөлігі транспирация барысында буланады, ал 0,2% жуығы клеткалардың тургорын қамтамасыз ету үшін, зат алмасуға, флоэма арқылы органикалық заттарды тасымалдауға жұмсалынады. Клеткалардағы су тапшылығы барлық физиологиялық үдерістерге әсер етіп, өсімдік өнімділігін төмендетеді.