Пятница, 29.03.2024, 12:55
Приветствую Вас Гость | RSS

Биология.Гуманская Наталья

Каталог файлов

Главная » Файлы » Мои файлы

физиология растений. усвоение азота и азотофиксация атмосферного азота вольноживущими и симбиотическими азотофиксаторами. синтез биополимеро
25.01.2011, 17:14
Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь). Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4×108 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать молекулярный азот могут только небольшое количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространённых на поверхности Земли): бактерии Azotobacter и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhizobium, цианобактерии Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубнях ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH4+). Этот процесс требует значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньках бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий — первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» — глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усваиваемой ими форме. Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и в конце концов попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8×107 т/год). Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях. В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство.
Токсикология азота и его соединений. Сам по себе атмосферный азот достаточно инертен, чтобы оказывать непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при недостатке кислорода); при быстром снижении давления азот вызывает кессонную болезнь. Представители рода Azotobacter являются свободноживущими азотфиксаторами, то есть в отличие от представителей рода Rhizobium фиксируют молекулярный азот из атмосферы, не вступая в симбиотические отношения с растениями, хотя некоторые представители рода вступают в ассоциацию с растением-хозяином. Фиксация азота ингибируется наличием доступных источников азота, например ионов аммония, нитратов.

Представители рода Azotobacter имеют полный комплекс ферментов, необходимый для осуществления азотфиксации: ферредоксины, гидрогеназы и важнейший фермент — нитрогеназу. Процесс азотфиксации энергозависим и требует притока энергии в виде АТФ. Процесс фиксации азота крайне чувствителен к присутствию кислорода, поэтому у представителей рода Azotobacter выработался особый механизм защиты от действия кислорода — так называемая дыхательная защита, осуществляемая путём значительной интенсификации дыхания, снижающего концентрацию кислорода в клетках.Также имеется особый белок Shethna, защищающий нитрогеназу и участвующий в предотвращении гибели клетки, вызванной кислородом: мутанты, не вырабатывающие этот белок, гибнут в присутствии кислорода во время азотфиксации в отсутствие источника азота в среде Определённую роль в процессах азотфиксации у Azotobacter играют гомоцитрат-ионы. БИОПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные (молекулярная масса 103 — 109) природные соединения — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности. Синтез биополимеров на примере белков: для синтеза аминокислот животные и грибы используют азотосодержащие соединения. У человека в кровь аминокислоты поступают после переваривания белков пищевых продуктов. Растения способны сами синтезировать необходимые аминокослоты.. устоновлено, что каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется определенной последовательностью нуклеатодов(кодо – триплет). Одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов. Это повышет надежность генетического кода, установлено также, что большенство основных аминокислот (18 из 20) кодируются несколькими триплетами. Генетический код является однозначным и универсальным. В генетическом коде есть три триплета(УАА,УАГ,УГА), каждый их которых означает окончание синтеза полипептидной цепи(стоп-кодоны), и триплет АУГ, определяющий место ее синтеза. Начальный этап синтеза белков –транскрипция, на котором в ядре происходит синтез предшественника иРНК. Вначале фермент расщепляет двойную спираль ДНК и на одной из ее цепей по принципу комплементарности синтезируется молекула-предшественник иРНК. После этого иРНК превращается в активную форму иРНК. Трансляция. На этом этапе последовательность нуклеатидов в молекуле иРНК переводится в последовательность аминокислотных остатков синтезируемой молекулы белка. Далее полипептидная цепь удлиняется благодаря тому, что оминокислотные остатки последовательно связываются между пептидными связями. Каждая из аминокислот трнаспортируется к рибосомам и размещается в на полипептидной цепи с помощью особой тРНК. Во время синтеза молекулы белка рибосома надвигается на молекулу иРНК и «складывает» молекулу белка. Молекула иРНК с нанизанными на нее рибосомами называется полисомой, или полиробосомой. Когда рибосома достигает стоп –кодона, синтез полипептидной цепи заканчивается ирибосома покидает молекулу(распадается). Потом рибосома попадает в другую молекулу иРНК, а синтезированная молекула бнлка – в полость ЭПС, по которой она транспортируется в определенный участок клетки. На иРНК с левого конца надвигаются новые рибосомы и биосинтез белка продолжается. И наконец белок преобретает свою естественную структуру. Происходит отщепление лишних аминокислотных остатков, введение фосфатных и молекула ьелка становится активной. Биосинтез ДНК : в его основе лежит способность ДНК к самоудвоению. Цепи материнской цепи расплетаются. Каждая из образовавшихся цепей становится матрицей (для синтеза дочерней молекулы ДНК) синтез второй цепи молекулы ДНК катализирует фермент ДНК-полимераза. После разрушения водородных связей цепи молекулы ДНК разделяются по принципц комплементарности. Новая цепь ДНК синтезируется в виде коротких ферментов, которые «сшиваются» ковалентными связями особых ферментов. Биосинтез РНК: все виды РНК (иРНК, тРНК, рРНК) синтезируются по принципу комплементарноси на молекулах ДНК. Эти реакции синтеза осуществляются ферментами РНК-полимеразами. В клетках эукариот сущесвует три вида ядерных РНК-полимераз и четвертрая – в митохондриях и пласиидах. Во время синтеза РНК фермент РНК-полимераза продвигается вдрль определенного участка ДНК и разъединяет двойную спираль, а сзади него в каждой раскрытой цепи происходит синтез РНК. Заканчивается синтез РНК на специальных участках молекулы ДНК, вначале образуются незрелые формы РНК, потом они превращаются в функионально активные молекулы.
*** Для успішного синтезу амінокислот рослинам потрібна велика кіль¬кість вуглеводів. У злаків синтез здійснюється найлегше при співвідношен¬ні «вуглеводи : білки = 6:1». При зниженні цього відношення синтез аміно¬кислот гальмується. Гарним прикладом є люпин, для якого властиве відно¬шення «вуглеводи : білки = 0,6:1». У нього синтез амінокислот узагалі не відбувається в темряві, коли внаслідок припинення фотосинтезу кількість вуглеводів падає ще нижче. Білки утворюються з амінокислот звичайним способом шляхом утво¬рення між ними пептидних зв'язків. На відміну від тварин і людини, метаболізм яких протікає так, що надлиш¬ки нітрогену виводяться через видільну систему, у рослинах нітроген, що вже надійшов, назавжди зберігається в тканинах. Але вільні іони NH4+ і NO3- для клітин токсичні, а також можуть втрачатися, легко вимиваючись із тканин рослин при дощах, тому вони тимчасово знешкоджуються шляхом механізму, який Д.М. Прянишников назвав вторинним синтезом білка. Вторинний синтез білка полягає в тому, що вільні амонійні й нітратні іони при утворенні їх надлишку реагують з однією з двох амінокислот: або з аспарагіновою, або з глютаміновою. При цьому утворюються аміди - речо¬вини, що містять по два радикали -NH2. Аміди, що утворюються при такому процесі - аспарагін або глютамін, - інертні і нетоксичні. Вони можуть тривалий час зберігатися в клітинах рослин, але при виникненні дефіциті нітрогену і наявності вільних кетокислот реакція протікає у зворотному напрямку, з'являється вільний аміак, який і спрямову¬ється на реакції первинного амінування. Таким чином забезпечується дуже дбайливе й ощадливе використання всіма зеленими рослинами нітрогену. Ре¬акції вторинного білкового синтезу відбуваються в коренях рослин. У рослин з кислим клітинним соком (наприклад, щавель) працює додат¬ковий механізм знешкодження вільного аміачного азоту. У них він реагує з органічними кислотами, утворюючи відповідні солі. У щавлю при цьому утворюється щавлевокислий амоній. Тому щавель витримує у своїх ткани¬нах концентрацію аміаку до 200 мг/кг фітомаси, тоді як кукурудза, напри¬клад, при такій концентрації одержує отруєння.

Категория: Мои файлы | Добавил: мимино
Просмотров: 2103 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Форма входа
Категории раздела
Поиск
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 324
Мини-чат