Контрольная работа по "Сельское хозяйство". 2

     Вопрос  16.  Физиологическая роль нуклеиновых кислот. ДНК как генетический материал клетки. 

    Нуклеиновые кислоты - сложные  молекулярные соединения, играющие важнейшую  роль в жизнедеятельности  организмов. Они обеспечивают хранение и передачу генетической информации (наследственных свойств) и принимают непосредственное участие в биосинтезе белков в клетках, в том числе и белков-ферментов. Таким образом, все процессы обмена веществ в клетках тесно связаны с нуклеиновыми кислотами.

    Нуклеиновые кислоты в наибольших количествах  содержатся в органах и тканях, богатых ядерным веществом и  характеризующихся интенсивным  синтезом белков.

    Нуклеиновые кислоты обладают сильно выраженными  кислотными свойствами и при физиологических  значениях рН несут высокий отрицательный  заряд. В связи с этим в клетках  организмов они легко взаимодействуют  с различными катионами и прежде всего с основными белками, образуя  нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты  при полном  гидролизе распадаются  на три типа веществ: азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые), сахара (пентозы) и фосфорную кислоту. В  результате полного гидролиза 1 М  чистых нуклеиновых кислот получают 1 М пуриновых м пиримидиновых  оснований, 1 М сахара и 1 М фосфата.

    ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. В её состав входит дезоксирибоза. При изучение содержания ДНК в клетке было установлено, что основная её часть сосредоточена в ядрах (обычно около 30% на сухую массу). В ядрах она связана с белками основного характера – гистонами. ДНК присутствует также в хлоропластах зелёных растений, благодаря чему эти клеточные структуры обладают способностью к самовоспроизведению. Некоторое её количество найдено в митохондриях.

    Содержание  ДНК в клетке всегда постоянно  и зависит лишь от числа хромосом. При определении молекулярной массы  ДНК, выделенных из клеток различных  животных и растений, раньше получали значения, равные примерно 10⁶. Однако последние исследования показали, что эта величина явно занижена, так как цели молекул этого полинуклеотида очень легко разрываются и чувствительны даже к простым механическим воздействиям. Более тщательные исследования показали, что молекулярная масса ДНК, выделенной из различных объектов, достигает 10⁸-10⁹ и даже больше. Следовательно, её молекулы построены из сотен тысяч и даже миллионов пар нуклеотидов.

    Каждый  вид организмов имеет свойственный  для  данного вида нуклеотидный состав ДНК, при чём у близких видов  различия в составе ДНК обычно значительно меньше, чем у далеко отстоящих в систематическом  отношении.

    В настоящее время установлено, что  ДНК каждого определенного вида характеризуется только ей присущей специфичной последовательностью нуклеотидов, и это определяет биосинтез специфичных для каждого вида организма молекул белков. Следует подчеркнуть, что состав ДНК совершенно не зависит от условий среды, в которой выращиваются растения, он остаётся строго постоянным даже при резко различных условиях их питания.

    Если  в одной цепи ДНК имеется последовательность А – Т – Г – Т –  Ц , То в другой возможно только последовательность Т – А – Ц – А –  Г. Это особенность строения ДНК  имеет определяющее значение в передаче наследственной информации  и биосинтезе специфических белков. Её молекула представляет собой главный генетический материал и вляется основной составной  частью хромосом. 
 

    Вопрос 87. Факторы, влияющие на интенсивность  дыхания.

    Дыхание, подобно другим процессам жизнедеятельности, зависит от факторов среды: температуры, влажности, содержания кислорода, степени  освещенности и др. Для протекания процессов дыхания требуются  определенные температурные условия, причем они разные у каждого вида растений и его органов. У большинства  растений для дыхания наиболее благоприятна температура 25 -30°С. У некоторых видов  растений дыхание происходит и при  отрицательных температурах, хотя этот процесс протекает очень слабо. Например, почки лиственных и иглы хвойных деревьев дышат и при  температуре - 20 - 25°С. У арктических  растений даже при низких температурах интенсивность дыхания высокая.

    Интенсивность дыхания растений зависит от содержания воды в клетках. Чем меньше воды в  клетках, тем слабее идет в них  дыхание. Очень слабо дышат сухие  семена. С увеличением влажности  дыхание семян возрастает в сотни  и тысячи раз. Это отрицательно сказывается  на хранении семян, так как они  сильно разогреваются и погибают. Повышение интенсивности дыхания  имеет огромное биологические значение для прорастания семян, поскольку  усиление дыхания сопровождается освобождением  большого количества энергии, необходимой  для роста и развития зародыша.

    На  дыхание растений влияет содержание кислорода в окружающей среде.

    Угнетение дыхания начинается при уменьшении содержания кислорода до 5%.

    Недостаток  кислорода испытывают подземные  органы (корни и корневища) растений, обитающих на заболоченных и глинистых  почвах.

    В растениеводстве применяются различные  агротехнические приемы для улучшения  дыхания корней. Так, проводят комплексную  обработку посевов машинами, чтобы  сократить число обработок и  уменьшить уплотненность почвы.

    Специальными  культиваторами почву рыхлят и таким  путем улучшают доступ воздуха к  корням, при этом срезают сорняки, подкармливают культурные растения. Сильно увлажненные земли осушают, создают дренаж.

    На  дыхание растений влияет и свет, хотя дышат они днем и ночью, на свету и в темноте. Свет вызывает повышение температуры растения, отчего дыхание его усиливается. У светолюбивых растений, дыхание  более интенсивное, чем у теневыносливых.

    Изменения в окружающей среде, связанные с  деятельностью человека, также воздействуют на дыхание растений. Отрицательно влияют на дыхание вредные примеси, пыль, выделяемые промышленными предприятиями.

    Наиболее  интенсивно дышат молодые органы и ткани растений, находящиеся  в состоянии активного роста. Цветение и плодоношение сопровождаются усилением дыхания развивающихся  цветков и плодов, что связано  с образованием новых органов  и тканей, обладающих высоким уровнем  обмена веществ. В данном реферате мы попробуем изучить изменение  дыхания растений в онтогенезе.

    Содержание  углекислого газа. СО2 является конечным продуктом как брожения, так и аэробного дыхания. При довольно высоких концентрациях С02, значительно превышающих те, которые обычно окружают растительный организм (выше 40%), процесс дыхания тормозится. Торможение вызывается несколькими причинами: 1) высокая концентрация С02 может оказывать общее анестезирующее влияние на растительный организм; 2) С02 тормозит активность ряда дыхательных ферментов; 3) повышение содержания С02 вызывает закрытие устьиц, что затрудняет доступ кислорода и косвенно тормозит процесс дыхания. 

    Содержание  воды. Небольшой водный дефицит растущих тканей увеличивает интенсивность  дыхания. Это связано с тем, что  водный дефицит и даже подвядание листьев усиливают процессы распада  сложных углеводов (крахмала) на более  простые (сахара). Увеличение содержания Сахаров (основного субстрата дыхания) усиливает сам процесс. Вместе с  тем при водном дефиците нарушается сопряжение окисления и фосфорилирования. Дыхание в этих условиях представляет в основном бесполезную трату  сухого вещества. При длительном завядании  растение расходует сахара, и интенсивность  дыхания падает. Иная закономерность характерна для органов, находящихся  в состоянии покоя. Увеличение содержания воды в семенах с 12 до 18% уже увеличивает  интенсивность дыхания в 4 раза. Дальнейшее повышение содержания воды до 33% приводит к увеличению интенсивности дыхания  примерно в 100 раз. При перемещении  растения или ткани из воды в раствор  солей дыхание усиливается —  это так называемое солевое дыхание. 

    Свет.  Вопрос о влиянии света на интенсивность  дыхания изучался многими физиологами. Решение этого вопроса осложнено  методическими трудностями, поскольку  на свету трудно разграничить процессы фотосинтеза и дыхания, прямое и  косвенное влияние света. В свою очередь, влияние фотосинтеза на дыхание может быть различным  и даже противоположным. Так, в процессе фотосинтеза образуются основные субстраты  дыхания — углеводы. Вместе с  тем промежуточные продукты, образовавшиеся при дыхании, могут вовлекаться  в фотосинтетический цикл. Установлено, что свет стимулирует процесс  фотодыхания. Все же применение метода меченых атомов позволило, хотя и  не полностью, отграничить процесс  фотосинтеза от дыхания. В настоящее  время полагают, что влияние света  на процесс дыхания многообразно. Под влиянием света, особенно коротковолновых  сине-фиолетовых лучей, интенсивность  обычного темнового дыхания возрастает. Активация дыхания светом показана на бесхлорофилльных растениях. Возможно также, что свет активирует дыхательные  ферменты (оксидазы). 

    Питательные соли.  Интенсивность дыхания  сильно зависит от снабжения растения элементами минерального питания. Такие  элементы, как фосфор, сера, железо, медь, марганец, принимают непосредственное участие в процессе дыхания, входя  в промежуточные продукты (фосфор) или являясь составной частью дыхательных ферментов. 

    Поранение.  Поранение органов и тканей растения усиливает интенсивность дыхания. Это связано с разрушением клеток, из-за чего повышается соприкосновение дыхательных субстратов и ферментов. Частично поранение может вызывать переход клеток в меристематическую фазу роста. Интенсивность дыхания делящихся клеток всегда выше по сравнению с клетками, закончившими рост. 
 

    Показатели  интенсивности дыхания прямо  противоположны показателям интенсивности  фотосинтеза. Интенсивность дыхания  можно определить:

1. по количеству выделенного С02;
2. по количеству поглощенного кислорода;

3) по  убыли сухой массы. Все эти  три показателя рассчитываются  на единицу массы в единицу  времени.

    Различные виды и экологические формы растений дышат с разной интенсивностью. Как  уже упоминалось, светолюбивые растения характеризуются более высокой  интенсивностью дыхания по сравнению  с теневыносливыми. Растения северных широт по сравнению с растениями, произрастающими на юге, дышат более  интенсивно, особенно при пониженной температуре. 

    Интенсивность дыхания зависит от возраста. Как  правило, более молодые растущие органы и ткани дышат более  интенсивно. Интенсивность дыхания  проростков обычно резко возрастает в течение периода их наибольшего  роста (первые 4—5 суток после начала прорастания), а затем начинает падать. По-видимому, это связано с образованием закончивших рост тканей. Определенным закономерным образом изменяется интенсивность  дыхания листьев. После появления  листа в первые дни его роста  интенсивность дыхания возрастает, а затем резко падает, а в  период пожелтения часто вновь немного  повышается. Такое же явление наблюдается  у плодов перед их созреванием (климактерический период). Перед отмиранием организма  или органа обычно наступает кратковременное  усиление процесса дыхания. Это связано, по-видимому, с какими-то необратимыми процессами дегенерации тканей, при  которых сложные соединения распадаются  на более простые, что увеличивает  количество субстратов дыхания. В этот период дыхание не сопровождается фосфорилированием. Коэффициент Р/О резко падает. По-видимому, разрушается упорядоченное  расположение окислительных и фосфорилирующих  систем. 

    Изменение возраста всего растительного организма  также сказывается на интенсивности  дыхания. Наивысшей интенсивностью дыхания обладают растения перед  началом цветения. Низкой интенсивностью дыхания отличаются органы растения, закончившие рост или находящиеся  в состоянии покоя. Очень низкое дыхание характерно для сухих  семян, завершивших рост плодов, тканей, в которых имеется большой  процент мертвых клеток. Низкая интенсивность  дыхания у покровных тканей. Высокой  интенсивностью дыхания характеризуются  цветки (особенно тычинки и пестики), клетки флоэмы и камбия. Как уже  упоминалось, различные органы и  ткани растения сильно различаются  по условиям снабжения их кислородом. В листе кислород свободно поступает  практически к каждой клетке. Сочные плоды, корнеплоды, клубни вентилируются  очень плохо; они слабо проницаемы для газов, не только для кислорода, но и для углекислого газа. Естественно, в этих органах процесс дыхания  сдвигается в анаэробную сторону, дыхательный  коэффициент возрастает. Возрастание  дыхательного коэффициента и сдвиг  процесса дыхания в анаэробную сторону  наблюдаются в меристематических  тканях. Таким образом, разные органы характеризуются не только различной  интенсивностью, но и неодинаковым качеством дыхательного процесса.

Вопрос 23. Классификация  ферментов. Ферменты класса гидролаз. 

    Классификация ферментов.

    Составлено  описание примерно 2000 различных ферментов. Главный специфический признак, на основании которого отличают один фермент от другого, - это химическая реакция катализируемая им. В соответствии с систематической классификацией все ферменты подразделяются на шесть  главных классов.

1. Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы катализируют реакции переноса групп.
3. Гидролазы - гидролитические ферменты.
4. Лиазы катализируют отщепление от субстратов отдельных групп с образованием двойных связей или присоединение групп с двойными связями.
5. Изомеразы – ферменты, катализирующие реакции изомеризации.
6. Лигазы ( синтеразы)  - ферменты, катализирующие реакции синтеза с участием АТФ или аналогичных трифосфатов

    Шифр  каждого фермента состоит из четырёх  чисел, разделённых точками. Первая цифра указывает, к какому из шести  главных классов принадлежит  данный фермент. Второе число обозначает подкласс. Третья цифра обозначает ещё более мелкую группу ферментов (подподкласс), а четвёртая – номер  конкретного фермента в данном подподклассе. 

                                                            Гидролазы.

    Ферменты  класса гидролаз катализируют гидролиз, а иногда и синтез сложных соединений с участием воды:

                                  RR₁+HOH       ROH+R₁H

Гидролазы делятся на несколько подклассов.

Эстеразы. Гидролитические ферменты подкласса эстераз катализируют реакцию расщепления сложных эфиров:

                                 RCOOR₁+HOH        RCOOH+R₁OH,

                          Где R – остаток кислоты, а R₁ -  остаток спирта.

Все эстеразы делят на несколько групп.

Липазы  катализируют расщепление жиров – триацилглицеринов жирных кислот:

                                         CH₂OCOR₁                                                            CH₂OH       R₁COOH

                                         CHOCOR₂+3H₂O                                  CHOH + R₂COOH

                                         CH₂OCOR₃                                            CH₂OH   R₃COOH

                                            Триацилглицерин                                                          глицерин

    где R_1,R_2, и R₃ – остатки жирных кислот. 

    Липазы  широко распространены в растениях. Обмен жиров в клетках в  значительной степени связан с активностью  этих ферментов. У каждого вида растений есть свои собственные липазы, значительно  отличающиеся от подобных ферментов  других растений (растворимостью, оптимумом  рН и другими свойствами). Несмотря на это, специфичность липаз очень  низка, и любая липаза может расщеплять почти все жиры.

    Гидролазы тиоловых эфиров,  к ним относится ацетил-КоА-гидролаза, которая катализирует расщепление ацетилкофермента А:

                               СН₃СО   S – КоА + Н₂О         СН₃СООН + НS – КоА

    Гидролазы фосфомоноэфиров, они катализируют отщепление остатка фосфорной кислоты от соединений типа  R – O – P. К таким соединениям относят, например, фосфорные эфиры сахаров: глюкозо-6-фостат, глюкозо-1-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат и др. Соответствующие ферменты носят названия глюкозо-6-фосфатаза, глюкозо-1- фосфатаза, гексозодифосфатаза и т.д.

    Гидролазы фосфодиэфиров. К этой группе ферментов относятся дезоксирибонуклеаза и рибонуклеаза, соответственно катализирующие расщепление ДНК и РНК.

Гидролаз,  катализирующие расщепление  гликозильных соединений:

                                        ROR₁+HOH          ROH+R₁OH

    Среди этих ферментов в растениях наиболее распространены гидролазы, катализирующие гидролитическое расщепление углеводов  и гликозидов. К ним относятся  - и  - амилазы, ускоряющие расщепление  крахмала; целлюлаза, катализирующая расщепление  целлюлоза; инулаза, расщепляющая полисахарид  инулин;   - глюкозидаза, превращающая дисахарид мальтозу в две молекулы глюкозы;  -галактозидаза, участвующая  в расщеплении дисахарида лактозы  на молекулы галактозы и глюкозы;   -фруктофуранозидаза, катализирующая распад сахарозы. Схему действия гидролаз гликозидов можномпредставить на примере  гидролаза сахарозы:

                                        Сахароза + Н₂О                 Глюкоза + Фруктоза

    Протеазы, или протеолитические ферменты. Они катализируют гидролитическое расщепление пептидных – СО – NH – связей в белках или пептидах:

                          RCO – NHR₁+HOH        RCOOH + R₁NH₂,

    Где  R и R₁ – остатки аминокислот и пептидов.

    Субстратами протеаз являются белки и пептиды, которые расщепляются до пептидов меньшей  молекулярной массы или свободных  аминокислот.

    Известно  несколько десятков этого типа, из которых наиболее хорошо изучены  ферменты желудочного сока – пепсин, трипсин химотрипсин, а также  растительный фермент папаин. Все  они представляют собой однокомпонентные ферменты, получены в кристаллическом  виде и достаточно хорошо изучены.

    Дезамидазы. Это ферменты, которые действуют на C – N-связи, отличающиеся от пептидных. Чаще всего они катализируют гидролитическое дезаминирование амидов. Реакция идёт по схеме:

                             RCONH₂ + НОН           RCOOH + NH₃

    К этой группе ферментов относится  уреаза, которая катализирует гидролитическое  расщепление мочевины:

                             CO(NH₂)₂ + H₂O          CO₂ +2NH₃

    Уреаза  содержится во многих растениях, особенно много её в семенах сои. Она  очень специфична, действует только на мочевину. Уреаза – первый фермент, который был получен в кристаллическом  виде.

    Аспарагиназа и глутаминаза – ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление соответственно аспарагина и глутамина:

                    H₂NCOCH₂CHNH₂COOH + H₂O          NH₃ + COOHCH₂CHNH₂COOH

                             Аспарагин                                                                                      аспарагиновая кислота

    H₂NCOCH₂CH₂CHNH₂COOH + H₂O            NH₃ + COOHCH₂CH₂CHNH₂COOH

                          Глутамин                                                                              глутаминовая кислота

    Эти ферменты играют важную роль в азотном  обмене.

         Дезаминазы. Эти ферменты катализируют гидролитическое дезаминирование азотистых оснований и нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот, а также дезаминирование некоторых других соединений. Под действием дезаминаз реакции идут по следующей схеме:

                                      R = CHNH₂ + HOH          R = CHOH + NH₃

    Гидролазы, действующие на кислотно-ангидридные  связи. Среди них наибольшее значение имеют полифосфатазы, катализирующие отщепление фосфорной кислоты от полифосфатов.

    Из  этих ферментов важную роль играют пирофосфатаза, участвующая в реакциях следующего типа:

                           H₄P₂H₇ + H₂O        2H₃PO₄

    аденозинтрифосфатаза, катализирующая отщепление фосфорной кислоты от АТФ:

                                                АТФ + H₂O             АДФ + H₃PO₄

    и некоторые другие ферменты. 

    Вопрос 89. Накопление токсических  веществ в продуктах  растениеводства.

     Интенсификация  сельскохозяйственного производства – естественный процесс, присущий эпохе  научно-технического прогресса. По сути, это качественно новый уровень  антропогенного воздействия человека на окружающую среду, при котором  достижения науки и техники направлены на увеличения уровня производства пищевых  продуктов, в первую очередь растительных. В основе решения данной проблемы лежат не только современные агротехнические  приемы, но и применение широкого спектра  агрохимикатов: минеральных удобрений, химических средств ЗАРА, регуляторов  роста и др. Это, в свою очередь, породило другую проблему – необходимость  обеспечения химической безопасности и высокого качества продуктов питания. В последнее время появился большой  интерес к остаточным количествам  нитратов в продуктах питания  и к тем нарушениям в состоянии  здоровья человека, которые могут  быть вызваны нитратным загрязнением.

     Нитраты – соли азотной кислоты, являются элементом питания растений и  естественным компонентом пищевых  продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве  абсолютно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту надземной части растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и, следовательно, более высокому урожаю.

     Нерациональное  применение удобрений, как и несоблюдение других агротехнических требований, обуславливает увеличение остаточного  содержания нитратов в растениях. Концентрация нитратов в овощах, зеленых культурах  колеблется в широких пределах и  может достигать очень больших  величин (свекла – 1070 мг/кг, морковь  – 180 мг/кг, молодой картофель – 170 мг/кг). В сочетании с нитратами  питьевой воды это увеличивает нагрузку загрязнителя на население. Кроме того, нитраты широко используются в различных  отраслях промышленности (пищевой, химической, текстильной, резиновой, металлургической) и фармакологии. Таким образом, нитросоединения  могут поступать в организм человека с овощами и фруктами, колбасными и консервными изделиями, питьевой водой, вдыхаемым воздухом и лекарствами.

     Наиболее  чувствительны к избытку нитратов дети в первые месяцы жизни. Известны случаи отравления детей овощными соками и овощами с повышенной концентрацией  нитратов. В организме кормящей матери существует механизм защиты от нитратов, но возможности его ограниченны. Если мать употребляет продукты с  высоким содержанием нитратов, то они неизбежно попадают в грудное  молоко, что приводит к серьёзным  отравлениям, так как защитные механизмы  против вредного воздействия нитратов формируются у человека только к  концу первого года жизни.

     Нитраты попадают и в коровье молоко. При  кормлении животных силосом, содержащим 21 мг/кг нитратов, в 1л молока содержалось 800 мг нитратов.

     Смертельная доза нитратов для взрослого человека составляет 8-14 г, острые отравления наступают  при дозе в 1-4 г.

     Механизм  трансформации нитратов в тканях растений 

     Преобладающей формой минерального азота, поступающей  в растения, являются нитраты. Судьба поглощенного растениями нитрата может  быть различной. Поступившие нитраты  либо запасаются в вакуолях корня, либо подаются с пасокой в надземную  систему. Включаться в органические соединения они могут как в  корнях, так и в листьях. Причем метаболизация нитратов начинается с их восстановления до аммония. Поэтому  были основания полагать, что аммонийное питание энергетически более  выгодно, чем нитратное. Однако термодинамические  расчеты показали, что у райграса затраты энергии на транспорт  из среды в корень и усвоение нитрата  только на 8% выше, чем на использование  аммония. К тому же, аммоний усваивается  сразу и требует активного  притока углеводов в корни  и достаточной аэрации.