Вещества, из которых состоят растения. Основные группы запасных питательных в-в, места их отложения. Их хоз использование Экзогенные и эндогенные липиды
1) Основные группы запасных питательных в-в, места их отложения. Их хоз использование.
В клетках различают три группы запасных веществ – углеводы, белки,жиры.
Распространенным запасным углеводом является крахмал. Он откладывается в запас в виде крахмальных зерен в незрелых органах растений (семенах).
1) ассимиляционный – в хлоропластах из глюкозы в процессы фотосинтеза.
2) тронзиторный – образуется на пути от фотосинтеза органов или листьев к органам запаса.
3) запасный – в запасных тканях, лейкопластах.
Жиры встречаются в семенах. Они пропитывают цитоплазму, придавая им характерный стекловидный тип или встречаются в виде отдельных капель. Образуются в олеопластах.
Запасные белки чаще накапливаются в клеточном соке формирующихся семян. При созревании семян количество воды в вакуолях их клеток постепенно уменьшается, а концентрация белка увеличивается за счет поступления его из других органов. После высыхания вакуоли на их месте остаются зернистые образования – айлероновые или протеиновые зерна. Окраска их беловатая или почти бесцветная, форма округлая или угловатая.
2) Сине-зеленые водоросли . Окраска талломов может быть различной (сине-зеленой, оливково-зеленой, желто-зеленой, розовой или фиолетовой), но никогда не бывает чисто-зеленой.
В состав пигментов входят: зеленый хлорофилл, синий фикоциан, красный фикоэритрин и желтый каротин.
Для этих водорослей характерно отсутствие в клетке оформленного ядра, нет также настоящих хроматофоров. Протоплазма, заполняющая клетку, разделена на два слоя: наружный, прилегающий к оболочке, в котором растворены пигменты, и внутренний, в котором локализовано ядерное вещество. Клеточные оболочки часто ослизняются. У многих нитчатых сине-зеленых водорослей кроме вегетативных клеток имеются также гетероцисты (могут перезимовывать) и споры. Продукт запаса в клетке - главным образом гликоген. Размножение у нитчатых форм происходит путем распада нити на отдельные фрагменты, у одноклеточных - делением клетки пополам, т.е. не половое.
Основные представители Сине-Зеленых водорослей, это глеотрихия, анабена, носток и циллятория. Многие водоросли образуют крупные колонии и довольно часто встречаются в пресных водоемах.
Значение: В сельском хозяйстве водоросли используются как органические удобрения, цианобактерии производят кислород (фотосинтез) и состоят в пищевой цепи.
3) Губоцветные или яснотковые.
Формы однолетние и многолет травы, редко деревья, кусты
Корень: стержневой
Стебель: прямосточий с железистыми эфирными волосками. Лист простой, супротивный
Цветок обоеполый Ca 5 Co 2+3 A 2+2 (длин и коротк) G (2) околоцветник над завязью.
Соцветие: различные виды тирса. Плод цекобий, распадается на 4 орешка.
Предстаивтели: лаванда, чебрец, базелик, мята, розмарин, шалфей, тимьян, душица.
Знач: лек(мята,шалфей),пища
1. Растворимые в воде углеводы (моно, дисахариды). Функции растворимых углеводов :
а,б ) Транспортировка энергопитания в клетку в ) У . входят в состав слизи, вырабатываемой бронхами, которая защищает легкие; входят в состав гепарина – антисвертывающей системы крови. г ) У . входят в состав сигнальных комплексов мембран.
1.1. Моносахариды : глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания; фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков; рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.
1.2. Дисахариды : сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях; лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих; мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.
2. Нерастворимые углеводы
(полимерные)
: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.
Функции полимерных углеводов:
Глюкоза
существует в форме двух изомеров – α
и β
.
Из α
-изомеров состоит крахмал, из β
-изомеров состоит целлюлоза.
Крахмал - состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные питательные вещества в тканях растений.
Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Гликоген – запасное питательное вещество животной клетки.
Липиды
Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях (ацетон, бензин). Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.
Функции липидов:
Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
Запасающая – жиры откладываются про запас в тканях позвоночных животных.
Энергетическая – эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. Жиры используются и как источник воды, т.к. при расщеплении жира высвобождается вода (верблюд).
Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений (амортизирующие свойства).
Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло, так как имеет низкую теплопроводность.
Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна, которые образуют оболочки нервных волокон, изолирует нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.
Питательная – многие жироподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма.
Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.
Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
К запасным питательным веществам относятся углеводы, белки и жиры.
Углеводы (глюкоза, сахароза, инулин, крахмал) (рис. 181, 182). Глюкоза С 6 Н 12 О 6 - продукт фотосинтеза Крахмал - продукт полимеризации глюкозы. Молекулы крахмала (С 6 Н 12 О 6)n мы гистохимически обнаруживаем в хлоропластах зеленого ассимилирующего растения. Это первичный крахмал. В клубнях и других вегетативных органах мы обнаруживаем уже крахмал в виде сформированных включений - крахмальных зерен (вторичный крахмал). Превращение растворимых углеводов в крахмал происходит не сразу. При движении по ситовидным трубкам в подземные клубни он успевает несколько раз по пути превращаться в крахмал и обратно. Крахмал образуется у всех растений, имеющих пластиды. Лишь бурые водоросли крахмала не образуют. Бесхлорофильные организмы бактерии, грибы вместо крахмала образуют гликоген - полисахарид с такой же формулой, но в клетке он находится в состоянии жидкого коллоида. Из крахмала в цитоплазме клетки образуются крахмальные зерна.
Из крахмала в цитоплазме образуются крахмальные зерна.
Крахмальные зерна различают по форме: простые, сложные и полусложные (рис. 182). Чаще всего встречаются простые зерна, возникающие и формирующиеся по одному в строме пластиды - в лейкопластах, называемых в связи с накоплением крахмала амилопластами. Форма крахмального зерна зависит от типа слоистости. Последняя может быть концентрической и эксцентрической. Труднее всего различать сложные зерна (например, зерна овса), так как границы между слагающими их простыми зернами не всегда четко выражены. Наличие слоев вызывается ритмическими изменениями условий нарастания крахмального зерна. Она представляет собой чередование слоев, более или менее богатых водой. Темные слои крахмального зерна богаче водой. Слоистость обуславливается также чередованием дня и ночи.
Возможны случаи внепластидного образования крахмала, когда крахмал в виде мелких зерен возникает непосредственно в цитоплазме. Откладываются чаще всего в подземных органах и семенах. Величина крахмальных зерен сильно варьирует. У картофеля 5-145 мк чаще всего 70-100 мк. Наиболее мелкие у злаков - у кукурузы 10-18 мк, у риса 4,5-6 мк). Их форма и размеры - хороший диагностический признак.
Крахмальное зерно неоднородно. Оно состоит из амилозы (М=3200-160000; 200-98 глюкозных молекул, обладает микрокристаллической структурой - это прозрачный белый порошок, хорошо растворимый в воде) и амилопектина, который в горячей воде набухает и образует клейстер. Эти составные части крахмального зерна можно хорошо видеть под воздействием раствора Люголя на крахмальные зерна. В растворе щелочи ядро крахмального зерна (амилоза) окрасится интенсивно синий цвет, а амилопектиновая часть, освобожденная от ядра - в красно-фиолетовый цвет. Амилопектина в крахмальном зерне 75-85%, амилозы 15-25%. В крахмальных зернах обнаруживаются и минеральные вещества: калий, натрий, кальций, кремний, сера и фосфор. Фосфора особенно много в амилопектине.
Крахмал не растворяется в воде, в спирте и других органических растворителях. В горячей воде набухает и образует клейстер, а при продолжительном кипячении с разведенными кислотами гидролизуется с образованием глюкозы. Гидролиз крахмала впервые осуществил русский ученый Кирхгоф К.С. в 1811 г. Искусственный синтез амилозы впервые осуществлен в 1939г, амилопектина в 1945г.
Белки - биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Они подразделяются на конституционные белки, протеиды, сложные белки - белки цитоплазмы, ядра, и запасные белки - протеины или простые белки.
Запасные белки могут быть аморфными и кристаллическими. Последние именуются кристаллоидами из-за способности набухать в воде. Запасные белки в клетках представлены в виде простых и сложных алейроновых зерен (рис. 182 - 184) и образуются на месте мелких вакуолей в цитоплазме, при их высыхании. Обогащаясь растворенными веществами и теряя воду, содержимое вакуоли затвердевает, превращаясь в алейроновое зерно. Если зерно не имеет выраженной структуры, его называют простым алейроновым зерном. Алейроновые зерна, содержащие среди аморфного белка кристаллоиды и глобоиды (алейроновые зерна в семенах клещевины) называются сложными.
Кристаллоиды в отличие от истинных кристаллов способны набухать в воде. Глобоиды - бесцветные блестящие округлые тельца аморфны, состоят и кальциевой и магниевой соли инозитгексафосфорной кислоты. Эта двойная соль носит название фитина. Наиболее часто алейроновые зерна локализуются в семенах злаковых, бобовых растений, используемых в пищу и в качестве кормовых.
Жиры (липиды) - это сложные эфиры глицерина и высших жирных одноосновных предельных и непредельных кислот. Предельные насыщенные жирные кислоты, стеариновая, пальмитиновая с глицерином дают твердые жиры, а непредельные ненасыщенные (олеиновая, линоленовая, линолевая) - жидкие жиры. Чаще всего они запасаются в семенах. Входят в состав той сложной смеси, которую представляет собой цитоплазма. Имеются они и в пластидах. Распределяются в цитоплазме в форме мелких капель разнообразной величины. С цитоплазмой образуют тонкую эмульсию (рис. 185). Кроме семян, жиры иногда запасаются и в подземных органах, например - в корневищах (черный папоротник, чуфа и др.).
Жиры очень калорийны, 1 г жира при сжигании дает 9,3 ккал, a 1 г крахмала - 2 ккал. Таким образом, при меньшем объеме и весе достигается большая энергообеспеченность клеток семян запасающих жиры. Растительные жиры - ценный лечебный продукт. Терапевтический эффект обусловлен наличием ненасыщенных олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Они предупреждают развитие атеросклероза - предвестника таких сердечно-сосудистых патологий, как стенокардия, ишемия, инфаркт и инсульт. Лучшими для медицинских целей являются масла полученные холодным прессованием с наибольшим содержанием ненасыщенных кислот - оливковое, кукурузное и подсолнечное, содержащие вышеназванных кислот 80, 50 и 40% соответственно.
Читайте также:
|
Это временно выведенные из обмена веществ клетки соединения. Они накапливаются в клетках растений в течение вегетационного периода и используются частично зимой, а главное, весной, в период бурного роста и цветения.
Перед листопадом или завяданием надземных частей многолетних трав резервные вещества оттягиваются в зимующие органы. У однолетников они концентрируются в семенах или плодах. Запасные вещества могут откладываться в клетках растений, прежде всего в семенах, в очень больших количествах, поэтому семена некоторых растений являются основой питания человека и домашних животных.
Широко распространено у растений отложение запасных жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими семена и плоды. Во время прорастания семян они гидролизуются с образованием растворимых углеводов.
Около 90 % семян покрытосеменных содержат жиры в виде основного запасного вещества. В семенах подсолнечника их накапливается более 50 % сухой массы, в семенах клещевины – 60, в плодах маслины – 50%. Жиры – наиболее калорийное запасное вещество.
Основную массу растительных жиров добывают из семян. Многие из них используют в пищу: подсолнечное, льняное, конопляное, хлопковое, кукурузное, горчичное, масло грецкого ореха, лещины. Жирные масла применяют для изготовления высококачественного мыла, в производстве олифы и лаков. Масло клещевины (касторовое) используют в медицине.
Запасные белки (протеины) наиболее часто встречаются в виде алейроновых зерен в клетках семян бобовых, гречишных, злаков и других растений.
Алейроновые зерна образуются при созревании семян из высыхающих вакуолей. Они имеют различную форму, размеры от 0,2 до 20 мкм. Алейроновое зерно окружено тонопластом и содержит белковый матрикс, в который погружены белковый кристалл (реже их два-три) ромбоэдрической формы и глобоид фитина (содержит запасной фосфор). Это сложное алейроновое зерно (у льна, тыквы, подсолнечника и др.). Алейроновые зерна, содержащие только аморфный белок, называют простыми (у бобовых, риса, кукурузы, гречихи).
При прорастании семян алейроновые зерна набухают, белки и фитин подвергаются ферментативному расщеплению, продукты которого используются растущим зародышем. При этом алейроновые зерна постепенно превращаются в типичные вакуоли, лишенные белка. Они сливаются друг с другом, формируя центральную вакуоль.
Крахмал – наиболее распространенное запасное вещество растений. Его молекула состоит из огромного числа молекул глюкозы. В клетках крахмал легко переходит в сахар и сахар – в крахмал, что позволяет растению быстро накопить этот ценный полисахарид или использовать его для создания других органических веществ в процессах дыхания и роста клеток.
Громадное значение имеет крахмал как источник пищи для людей: крахмал зерновок хлебных злаков (рис, пшеница, кукуруза, рожь), клубней картофеля, плодов банана. Пшеничная мука, например, почти на 74 состоит из зерен крахмала, в клубнях картофеля он составляет 20...30 %. Крахмал – самое важное соединение, используемое в пищу травоядными животными.
Следует различать крахмал ассимиляционный (или первичный), запасной (или вторичный) и транзиторный. Ассимиляционный крахмал образуется в процессе фотосинтеза в хлоропластах из глюкозы. Запасной крахмал откладывается в лейкопластах (амилопластах) в виде крахмальных зерен (Рис. 8).
Рис. 8 Крахмальные зерна:
а – в клетке клубня картофеля (сканирующий электронный микроскоп); б– они же (световой микроскоп); 1 – простые эксцентрические; 2– простые концентрические; 3– сложные; 4 – полусложные; в – простые зерна из клеток эндосперма: 5– кукурузы; 6– пшеницы; 7–ржи; 8 – фасоли; г – сложные зерна из клеток эндосперма: 9 – овса; 10 – риса; 11 – гречихи
Крахмальные зерна бывают простые, сложные и полусложные. Простые зерна имеют один центр крахмалообразования, вокруг которого формируются слои крахмала.
У сложных зерен в одном лейкопласте несколько центров, имеющих свои собственные слои. В полусложных зернах также несколько центров (два и больше), но кроме слоев крахмала, возникших возле каждого центра, по периферии зерна имеются общие слои.
Число центров крахмалообразования зависит от числа инвагинаций (складок) внутренней мембраны лейкопласта. Крахмальное зерно в живой клетке всегда окружено двумембранной пластидной оболочкой, даже если строма пластиды практически вся вытеснена крахмалом.
Вещества живого содержимого растительной клетки - протопласта и продукты его жизнедеятельности очень разнообразны. Условно их объединяют в две группы:
1) конституционные , входящие в состав живой материи, и участвующие в обмене веществ (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др.);
2) эргастические включения (греч. эргон - работа) - представляющие собой компоненты протопласта, играющие вспомогательную роль в его жизни и являющиеся либо источниками материи и энергии при росте и работе живой клетки, либо отбросными продуктами ее метаболизма.
Одни из них - запасные вещества , т.е. временно исключенные из процесса обмена веществ (белки, липиды, углеводы: крахмал, инулин сахар и др.). Другие вещества - конечные продукты, например, соли кальция.
Среди большого разнообразия запасных питательных веществ растительной клетки чаще других встречаются углеводы, жиры и белки.
Крахмал . Крахмал откладывается в пластидах в виде зерен различной формы эллиптической, шаровидной, многогранной, палочковидные. Различные виды растений отличаются формой и величиной крахмальных зерен. Слоистость зерен крахмала - чередование темных и светлых слоев - обусловливается неодинаковым содержанием воды в этих слоях, а, следовательно, и неодинаковым преломлением света в разных слоях зерна.
Различают:
- простые,
- полусложные,
- сложные зерна крахмала.
Простые зерна крахмала одиночные, различной формы-яйцевидные, эллипсовидные, линзовидную, многогранные и др. Они имеют один образовательный центр. Сложные имеют несколько образовательных центров и вокруг каждого из них размещаются слои. Полусложные зерна имеют в центре изолированные слои вокруг центра, которые окружены ближе к периферии еще общими слоями. Крахмальные зерна имеют разную форму и образуют слоистость вокруг одной точки, называемой образовательным центром . Возникновение слоистости приписывают чередованию двух углеводов амилазы (линейные молекулы) и амилопектина (разветвленные молекулы). Расположение слоев может быть концентрическим (например, у злаков и бобовых и эксцентрическим (например, у картофеля). В последнем случае, точка, вокруг которой откладываются слои, находится не в центре зерна, а сдвинута вбок.
Содержание крахмала в растениях различных родов неодинаков. Разное количество его содержится и в отдельных частях растений. Большое количество крахмала является в зерне риса (62-82%), пшеницы (57 - 75%), кукурузы (57-72%). Много крахмала содержится в клубнях картофеля. Размер крахмальных зерен различных растений разнообразен. Крахмальные зерна в холодной воде не растворяются. В горячей воде они неограниченно отекают, расплываются в клейкую массу и образуют клейстер. Гидролизуется крахмал в непрочных растворах кислот, от действия которых переходит в сахар. В живых растительных клетках крахмал под воздействием ферментов (катализаторов) амилазы и мальтазы гидролизуется в виноградный сахар, или глюкозу.
Различают ассимилирующий, транзиторный и запасной крахмал. Ассимилирующий , или первичный, крахмал образуется в процессе фотосинтеза в виде щепотке зерен преимущественно в клетках листьев. Здесь под влиянием ферментов он превращается в сахары, которые в растворенном виде поступают в органы растения, где снова превращаются в крахмал - вторичный, или запасной . В отдельных растений запасной крахмал откладывается в лейкопласты различных органов - в клубнях, корнях, семенах, корневищах, плодах.
Транзиторный , или передающий, крахмал находится на путях передвижения от фотосинтезирующих органов (листья) в органы - вместилищ. Под действием раствора йода крахмал окрашивается в синий цвет. Это характерная реакция на крахмал.
Как запасной углевод , крахмал используется растениями в процессе обмена веществ.
В клубнях георгина, земляной груши, корнях одуванчика и других растений семейства сложноцветных клеточный сок содержит близкий к крахмалу углевод инулин , отличающийся от крахмала растворимостью в воде. При действии спирта инулин кристаллизуется, образует так называемые сферокристаллы .
Белки - это основные органические вещества, определяющие строение и свойства живой материи. Следует различать конституционные белки, которые составляют основу всего протопласта, и запасные белки, которые откладываются в семени в так называемых алейроновых, или протеиновых зернах. Больше алейроновых зерен содержится в семенах бобовых растений (горох, фасоль, соя, арахис и др. Это простые белки - протеины. Они откладываются в вакуолях или лейкопластах (алейронопласты). Запасными белками очень богаты семена бобовых и злаковых растений. Большое количество белков находится в клетках, расположенных под семенной кожурой, в так называемом алейроновом слое .
Липиды включают большую группу соединений биологического происхождения. Липиды являются структурными компонентами клетки (входят в состав мембран, образуют липидные капли в цитоплазме) или эргастическими веществами. Запасные масла обычно откладываются в лейкопластах, называемых олеопластами.
Эфирные масла . Эфирные масла встречаются в клетках в виде капель и представляет собой сложную смесь органических соединений. Они летучие и имеют очень сильный запах. Большое количество эфирных масел содержится в клетках эфиромасличных растений (мята, герань, роза, тмин, эвкалипт, апельсин, лимон).
