Laboratoriotyö Solukalvon fysiologiset ominaisuudet. Laboratoriotyöt: Biologisten kalvojen läpäisevyyden mekanismit. Entsyymien toiminnan spesifisyyden määrittäminen

Selittävä huomautus

Ehdotettu valinnainen kurssi sisältää tietoa solusta - villieläinten perusyksiköstä - ja on tarkoitettu opiskelijoille profiililuokat osoittavat kiinnostusta sytologiaan ja biokemiaan. Ehdotettu valinnainen kurssi tukee ja syventää biologian perustietoja. Opiskelu valinnainen kurssi auttaa jatkokoulutuksen ja ammatillisen toiminnan valinnassa.

Kurssi perustuu opiskelijoiden biologian opiskelussa hankkimiin tietoihin ja taitoihin. Oppituntien aikana opiskelijoiden on tarkoitus hankkia kokemusta tiedon etsimisestä ehdotetuista asioista. Opiskelija kehittää taitojaan laatia esseitä, raportteja, viestejä valitusta aiheesta, kehittää kokeen tekniikkaa.

Valinnainen kurssi on suunniteltu 35 tunnin mittaiseksi, ja siihen sisältyy teoreettisten kysymysten opiskelu, seminaarit ja laboratoriotyöt.

Kurssin tavoite: syvällinen tutkimus solun rakenteesta ja ominaisuuksista, mikä on välttämätöntä biologisten tosiasioiden, ilmiöiden ja prosessien kokonaisvaltaiselle ymmärtämiselle.

Kurssin tavoitteet: kyvyn muodostuminen tunnistaa, paljastaa ja käyttää solun rakenteen ja toiminnan välistä suhdetta pohdittaessa biologisia prosesseja ja ilmiöt; laboratoriotyössä tarvittavien taitojen ja kykyjen vahvistaminen; saada opiskelijat mukaan itsenäinen työ lisäkirjallisuuden kanssa; stimulaatiota kognitiivinen toiminta sytologiasta ja biokemiasta kiinnostuneet opiskelijat; biologian tiedon monimutkaisen ymmärtämisen taitojen ja kykyjen muodostuminen.

Kurssin pääkonsepti: integroidun lähestymistavan käyttö organismien tutkimuksessa organisaation eri tasoilla, evolutionaarisen ajattelun muodostuminen.

Kurssin opiskelun seurauksena opiskelijoiden tulee tietää:

- mikroskoopin laite ja menetelmät sen kanssa työskentelemiseen;
- soluteorian säännökset;
- yhtäläisyydet ja erot kasvi- ja eläinsolujen välillä;
- erilaisten kemiallisten yhdisteiden rooli solussa;
- solun pääkomponentit ja organellit;
– prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen rakenteelliset ominaisuudet;
- proteiinien, hiilihydraattien aineenvaihdunnan rikkomukset;
- yksittäisten mineraalielementtien arvo.

Opiskelijoiden tulee pystyä:

- työskennellä mikroskoopilla;
- Nimeä solun pääosat, tunnista ne kaavioista, valokuvista;
– tuottaa yksinkertaisimpia valmisteita mikroskooppiseen tutkimukseen;
- Oikea laboratoriotyö
– työskennellä itsenäisesti lisäkirjallisuuden kanssa ja käyttää nykyaikaista tekniikkaa.

Artikkeli julkaistiin matematiikan yhtenäisen valtiontutkinnon sähköisen valmennuskurssin tuella. KÄYTTÖ matematiikan perus- ja profiilin taso. Videoluentoja, online-esityksiä ja käteviä kokeita valmistautua Unified State Examination 2016:een. Nopea ja tehokas valmistautuminen matematiikan yhtenäiseen valtionkokeeseen pääsyä varten Venäjän johtaviin yliopistoihin. Lisätietoja on sivustolla, joka sijaitsee osoitteessa "exe-in-mathematics.online".

Aihe 1. Solu: opiskeluhistoria (3 tuntia)

Oppitunti 1 Johdatus solusytologiaan. Solu - täydellinen järjestelmä. Solututkimuksen historia. Nykyaikaisen sytologian tehtävät.

Oppitunti #2 . Soluteorian luominen. Menetelmät solujen tutkimiseen. Rinnakkaisuus mikroskooppisen tekniikan kehityksessä ja sytologisten tutkimusten taso.

Oppitunti #3 . Laboratoriotyöt № 1. Mikroskooppilaite ja mikroskooppitekniikka.

Aihe 2. Solun kemia (8 tuntia)

Oppitunti 1 Kemialliset alkuaineet solussa. Elävien olentojen kemiallisen koostumuksen ominaisuudet. Ionit solussa ja kehossa. Kemiallisten yhdisteiden pitoisuus solussa. Veden rooli elävässä järjestelmässä.

Oppitunti #2 . orgaaniset yhdisteet. Proteiinien kemia. Proteiinit ovat kolloideja, proteiinit amfoteerisia elektrolyyttejä, proteiinit ovat hydrofiilisiä yhdisteitä.

Laboratoriotyö numero 2."Todisteet proteiinientsyymien biokatalyyttisestä toiminnasta".

Oppitunti #3 . Välttämättömiä aminohappoja. Patologiset ilmiöt proteiinien puuttuessa ruoassa ja proteiinien aineenvaihdunnan häiriöt.

Oppitunti #4 . Laboratoriotyö numero 3."Proteiinien havaitseminen biologisissa esineissä".

Oppitunti #5 . Hiilihydraatit ovat maan yleisimpiä orgaanisia aineita. Hiilihydraattien rakenteen ja biologiset toiminnot. Kehon hiilihydraattiaineenvaihdunnan heikkenemiseen liittyvät sairaudet: verensokeritasot normaaleissa ja patologisissa olosuhteissa, hyper- ja hypoglykemia, diabetes mellitus.

Oppitunti #6 . Laboratoriotyö numero 4."Hiilihydraattien havaitseminen biologisissa esineissä".

Oppitunti #7 . Lipidit. Lipidien rooli sellaisen biologisen järjestelmän tietyn autonomian syntymisessä soluna.

Laboratoriotyö numero 5."Lipidien havaitseminen biologisissa esineissä".

Oppitunti #8 . Nukleiinihapot. Watsonin ja Crickin malli.

Laboratoriotyö numero 6."Deoksinukleoproteiinin eristäminen pernan (maksa) kudoksesta. Laadullinen reaktio DNA:lla.

Aihe 3. Solurakenteen yleissuunnitelma (10 tuntia)

Oppitunti 1 . Kalvo. Nykyaikainen malli solukalvon rakenteesta. Soluseinä, glykokaliksi.

Oppitunti #2 . Sytoskeleton, sen komponentit ja toiminnot erityyppisissä soluissa.

Oppitunti #3 . kalvon kuljetus.

Oppitunti #4 . Endosytoosi ja kalvoreseptorin toiminta.

Oppitunnit 5–6 . Kalvosoluorganellit.

Oppitunnit 7-8 ei-kalvoiset soluorganellit. Prokaryootit ja eukaryootit. Eläinten ja kasvien eukaryoottisolut.

Laboratoriotyö numero 7. Prokaryoottien ja eukaryoottien rakenteelliset ominaisuudet.

Oppitunti #9 . Laboratoriotyö numero 8."Solukalvon fysiologiset ominaisuudet".

Oppitunti #10 . Seminaari. Membranologian kehitysnäkymät.

Aihe 4. Aineenvaihdunta (6 tuntia)

Oppitunti 1 . Solun energialähteet. Heterotrofit ja autotrofit.

Oppitunti #2 . Mitokondriot ovat solun voimalaitoksia. ATP:n biosynteesin kaavio.

Oppitunti #3 . Fotosynteesin mekanismi. Kemosynteesi.

Oppitunti #4 . Proteiinien biosynteesi. Geenirakenne. Transkriptio.

Oppitunti #5 . Ribosomit. Prokaryoottien ja eukaryoottien ribosomien tyypit ja rakenteet.

Oppitunti #6 . Lähettää. transkription ja kääntämisen sääntely. epigeneettiset tekijät.

Aihe 5. Ydinlaitteisto ja solujen lisääntyminen (6 tuntia)

Oppitunti 1 . Kromatiinin käsite. Eukaryoottisolun ydin. Karyoplasma.

Oppitunti #2 . Solun elinkaari. solujen lisääntyminen.

Oppitunti #3 . Kantasolujen käsite.

Oppitunti #4 . Ikääntyminen ja solukuolema. Nekroosi ja apoptoosi. Syöpä.

Oppitunti #5 . Lab #9. "Mitoosi sipulin juurisoluissa".

Oppitunti #6 . Seminaari.

Aihe 6. Solujen evoluutio (2 tuntia)

Oppitunnit 1-2 . Prokaryoottien ja eukaryoottien evoluutioteoria. Loppukonferenssi "Biologisen evoluution primaarivaiheet".

Laboratoriotyö nro 1. "Valomikroskooppilaite ja mikroskooppitekniikka"

Työn tavoite: valomikroskoopin laitteen tuntemuksen perusteella hallitsee mikroskopiatekniikan ja tilapäisten mikrovalmisteiden valmistuksen. Tutustu laboratoriotyön rekisteröinnin sääntöihin.

Laitteet: mikroskooppi jokaiselle opiskelijalle. Diat ja peitinlasit, pipetit, vesikupit, vanu, suodatinpaperi, pinsetit, sakset, muistivihko, albumi. Mikroskoopin laitteen ja sen osien kaavio.

Edistyminen

Harkitse mikroskoopin pääosia: mekaaninen, optinen ja valaistus.

Mekaaninen osa sisältää: kolmijalan, esinepöydän, putken, revolverin, makro- ja mikrometriset ruuvit.

Mikroskoopin optista osaa edustaa okulaari ja objektiivit. okulaari (lat. okulus- silmä) sijaitsee putken yläosassa ja on silmään päin. Tämä on hihassa suljettu linssijärjestelmä. Okulaarin yläpinnassa olevan numeron perusteella voidaan arvioida suurennuskerroin (×7, ×10, ×15). Tarvittaessa okulaari voidaan poistaa putkesta ja korvata toisella. Putken vastakkaisella puolella on pyörivä levy tai revolveri (lat. revolvo- pyöritä), jossa on linssien liittimet. Linssi on linssijärjestelmä, niillä on eri suurennus. Erotetaan pienisuurennettava linssi (×8), suurennoslinssi (×40) ja immersiolinssi pienten kohteiden tutkimiseen (×90). Mikroskoopin kokonaissuurennus on yhtä suuri kuin okulaarin suurennus kertaa objektiivin suurennus.

Valaistusosa koostuu peilistä, lauhduttimesta ja kalvosta.

Lauhdutin sijaitsee peilin ja näyttämön välissä. Se koostuu kahdesta linssistä. Lauhduttimen siirtämiseen käytetään erityistä ruuvia. Lauhdutinta laskettaessa valaistus heikkenee, nostettaessa se lisääntyy. Muuttamalla aukkolevyjen asentoa voit myös säätää valaistusta erityisellä nupilla.

Harjoittele: piirrä mikroskooppi ja merkitse sen osat.

Mikroskoopilla työskentelyn säännöt

1. Aseta mikroskooppi kolmijalka itseäsi kohti siten, että kohde on poispäin sinusta.

2. Aseta pienen suurennoksen linssi työasentoon.

3. Katsomalla vasemmalla silmälläsi okulaariin, käännä peiliä eri suuntiin, kunnes näkökenttä on valaistu kirkkaasti ja tasaisesti.

4. Aseta esikäsitelty näyte lavalle (suojus ylös) siten, että se on lavan aukon keskellä.

5. Laske putki visuaalisesti (älä katso okulaarin läpi, vaan sivulta) silmämääräisesti makroruuvilla niin, että linssi on 2 mm:n etäisyydellä valmisteesta.

6. Katso okulaariin ja nosta putkea hitaasti, kunnes kuva kohteesta tulee näkyviin.

7. Jotta kohteen tutkimusta voidaan jatkaa mikroskoopin suurella suurennoksella, on tarpeen keskittää valmiste, ts. aseta kohde näkökentän keskelle.

8. Käännä revolveria ja siirrä suurennoslinssi työasentoon.

9. Laske putkea silmämääräisesti lähes niin kauan, että se koskettaa valmistetta.

10. Katso okulaariin ja nosta putkea hitaasti, kunnes kuva tulee näkyviin.

11. Käytä mikroskooppista ruuvia hienotarkennukseen.

12. Kun piirrät valmistetta, katso okulaariin vasemmalla silmällä.

Harjoittele: kirjoita mikroskoopilla työskentelyn säännöt muistikirjaan laboratoriotyötä varten.

Menetelmä väliaikaisen valmisteen valmistamiseksi

1. Ota dian sivureunoista kiinni ja aseta se pöydälle.

2. Aseta lasin keskelle esine, esim. 1,5 cm pitkiä vanupaloja, laita pipetillä esineen päälle pisara vettä.

3. Aseta peitinlasi dialle. Poista ylimääräinen vesi suodatinpaperilla.

4. Harkitse lopputuotetta.

5. Piirrä albumiin, miltä puuvillakuidut näyttävät pienillä ja suurilla suurennoksilla.

Alkueläinten mikroskopia

Ota pisara akvaariosta, jota ei ole puhdistettu pitkään aikaan, kasvin oksan tai ankanlehteen kanssa ja tutki sitä mikroskoopilla pienellä suurennuksella. Tavallisesti nähdään erilaisia ​​alkueläimiä: kenkäripset, amebat - vapaasti elävät ja levien kiinnittyneet (suvoyki). Vedessä voi olla monisoluiset organismit- pienet madot ja äyriäiset (kykloopit, daphnia). Tämän valmistelun perusteella voit harjoitella mikroskoopin osoittamista liikkuviin esineisiin.

Laboratoriotöiden rekisteröintisäännöt

Välttämätön elementti esineen mikroskooppisessa tutkimuksessa on sen luonnos albumissa. Tätä varten sinulla on oltava albumi 21 × 30 cm ja lyijykynät (yksinkertaiset ja värilliset). Muistikirja tarvitaan tekstimateriaalin tallentamiseen ja kaavioiden täyttämiseen.

1. Voit piirtää vain arkin yhdelle puolelle.

2. Ennen kuin aloitat luonnoksen, kirjoita aiheen nimi muistiin sivun yläreunaan.

3. Piirustuksen tulee olla suuri, yksityiskohdat näkyvät selvästi.

4. Piirustuksessa tulee esittää oikein muodot, yksittäisten osien ja kokonaisuuden tilavuuden ja koon suhde.

Ensin sinun on piirrettävä kohteen ääriviivat (suuri), sitten sisälle - yksityiskohtien ääriviivat ja piirrettävä ne sitten selvästi.

5. Piirrä toistaen selvästi objektin kaikki viivat. Tätä varten sinun ei pidä irrottaa silmiäsi mikroskoopista, vaan vain siirtää huomiosi kohteesta piirustukseen (tämä on opittava).

6. Jokaisen piirustuksen kohdalla on ilmoitettava osien nimitys. Kaikkien merkintöjen on oltava yhdensuuntaisia ​​toistensa kanssa. Nuolet sijoitetaan objektin eri osiin, objektin osan nimi kirjoitetaan jokaisen päälle.

Laboratoriotyö nro 2. "Todiste entsyymiproteiinien biokatalyyttisestä toiminnasta"

Työn tavoite: todistaa proteiinientsyymien katalyyttinen vaikutus, osoittaa niiden korkea spesifisyys, optimaalinen aktiivisuus fysiologisissa olosuhteissa.

Laitteet: teline koeputkilla, 1 ml:n pipeteillä, vesihaude, termostaatti; 1 % tärkkelysliuos, 1 % jodiliuos kaliumjodidissa, 5 % kuparisulfaattiliuos, 10 % natriumhydroksidiliuos, 2 % sakkaroosiliuos, 0,2 % suolahappoliuos, sylkiliuos laimennettuna vedellä 5 kertaa (1 tilavuuteen sylkeä lisätään 4 vesimäärä).

Edistyminen

1. Tärkkelyksen entsymaattinen hydrolyysi

Syljen amylaasi toimii entsyyminä, joka hydrolysoi tärkkelyksen sen aineosiksi (maltoosi, glukoosi). Kokeen tulokset arvioidaan värireaktioilla - jodilla ja Trommerin reaktiolla (glukoosin kvalitatiivinen reaktio). Hydrolysoimaton tärkkelys antaa sinisen värin jodin kanssa ja negatiivisen Trommerin reaktion. Tärkkelyksen hydrolyysituotteet eivät reagoi jodin kanssa, mutta antavat väriä Trommerin reaktiossa.

Tilavuudet voidaan mitata tippoina: 1 tippa on noin 0,2 ml.

1. Ota kaksi koeputkea (nro 1 ja nro 2) ja lisää kuhunkin 10 tippaa 1-prosenttista tärkkelysliuosta.

2. Lisää 4 tippaa vettä (kontrolli) koeputkeen nro 1, sekoita sisältö varovasti ja aseta koeputki vesihauteeseen tai termostaattiin 37 °C:seen 20 minuutiksi.

3. Lisää 5 minuutin kuluttua 4 tippaa laimennettua sylkiliuosta koeputkeen nro 2 ja aseta myös termostaattiin 20 minuutiksi.

4. Kun olet altistanut termostaatissa koeputkesta nro 1, siirrä 4 tippaa 2 eri koeputkeen.

5. Lisää 1 tippa 1-prosenttista jodiliuosta kaliumjodidissa toiseen putkeen, 1 tippa 5-prosenttista kuparisulfaattiliuosta ja 4 tippaa 10-prosenttista natriumhydroksidiliuosta ja kuumenna tämä putki varovasti kiehuvaksi.

6. Toista sama koeputken nro 2 sisällön kanssa.

Veden läsnäollessa tärkkelyksen hydrolyysiä ei tapahdu, ja reaktiossa jodin kanssa tärkkelyksen sinisen värin pitäisi ilmestyä, ja Trommerin reaktiossa liuoksen tulisi jäädä. sininen väri. Syljen amylaasi hydrolysoi tärkkelyksen glukoosiksi: jodin kanssa ei tapahdu reaktiota, ja Trommer-reaktiossa värjäytyminen muuttuu ensin keltaiseksi (CuOH:n muodostuminen) ja sitten tiilenpunaiseksi (Cu (OH) 2:n muodostuminen).

2. Entsyymitoiminnan spesifisyys

Jokainen entsyymi vaikuttaa vain yhteen aineeseen tai samanlaisten substraattien ryhmään. Tämä johtuu entsyymin rakenteen (sen aktiivisen keskuksen) ja substraatin rakenteen välisestä vastaavuudesta. Esimerkiksi amylaasi vaikuttaa vain tärkkelykseen, kun taas sakkaroosi vaikuttaa vain sakkaroosiin.

1. Sakkaroosiliuoksen valmistus. Ota 10 g tuoretta tai 3 g kuivaa leivinhiivaa, jauha posliinihuhmareessa 6 ml:lla tislattua vettä, lisää 20 ml vettä ja suodata vanun läpi (säilytä jääkaapissa).

2. Amylaasiliuoksen valmistus. Mittaa 50 ml tislattua vettä ja huuhtele sillä suusi 2-4 annoksena 3-5 minuutin ajan. Kerätty neste suodatetaan vanun läpi ja käytetään amylaasiliuoksena.

3. Ota 4 putkea. Lisää 10 tippaa 1 % tärkkelysliuosta koeputkiin nro 1 ja nro 2. Lisää 10 tippaa 2 % sakkaroosiliuosta koeputkiin nro 3 ja nro 4. Lisää 5 tippaa amylaasiliuosta koeputkiin nro 1 ja nro 3. Lisää 5 tippaa sakkaroosiliuosta koeputkiin nro 2 ja nro 4. Sekoita ja pidä termostaatissa 38-40 °C:n lämpötilassa 15 minuuttia.

Suorita reaktiot jodilla ja Trommerilla kaikkien neljän koeputken sisällöllä. Täytä taulukko.

Pöytä. Entsyymien toiminnan spesifisyyden määrittäminen

Johtopäätöksissä tulee huomioida, missä koeputkessa ja missä olosuhteissa entsyymien vaikutus havaittiin ja miksi.

3. Väliaineen pH:n vaikutus entsyymiaktiivisuuteen

Jokaiselle entsyymille on tietty arvo ympäristön reaktiosta, jossa se osoittaa maksimaalista aktiivisuutta. Elatusaineen pH:n muutos aiheuttaa entsyymin aktiivisuuden vähenemisen tai täydellisen eston.

Kaada 1 ml tislattua vettä 8 koeputkeen. Lisää 1 ml 0,2 % suolahappoliuosta koeputkeen nro 1, sekoita. Ota 1 ml seosta koeputkesta nro 1 ja siirrä koeputkeen nro 2, sekoita, siirrä 1 ml koeputkeen nro 3 jne. Ota 1 ml koeputkesta nro 8 ja hävitä. Saadaan väliaineita, joilla on erilaiset pH-arvot. pH-arvot voidaan tarkistaa pH-mittarilla tai yleisindikaattoripaperilla.

Lisää jokaiseen putkeen 2 ml 1 % tärkkelysliuosta ja 1 ml amylaasiliuosta (katso edellä). Ravista putkia ja aseta ne termostaattiin 37 °C:seen ° Alkaen 15 min.

Lisää jäähtymisen jälkeen kaikkiin koeputkiin yksi tippa 1-prosenttista jodiliuosta kaliumjodidissa. Täydellinen hydrolyysi tapahtuu koeputkissa nro 5 ja nro 6, joissa liuosväliaineen pH on välillä 6,8–7,2, ts. optimaalisissa olosuhteissa amylaasin toiminnan kannalta.

Laboratoriotyö nro 3. "Proteiinien havaitseminen biologisissa esineissä"

Työn tavoite: todistaa proteiinien esiintyminen biologisissa esineissä.

Laitteet: teline, jossa koeputkia, pipetti, vesihaude, tiputin; munanvalkuaisliuos; 10 % NaOH-liuos, 1 % kuparisulfaattiliuos, 0,5 % vesiliuosta ninhydriini; typpihappo (väkevä).

Edistyminen

1. Biureettireaktio peptidisidosten määrittämiseksi.

Menetelmä perustuu kykyyn peptidisidos muodostaa emäksisessä ympäristössä värillisiä kompleksisia yhdisteitä kuparisulfaatin kanssa.

Lisää koeputkeen 5 tippaa 10 % munanvalkuaisliuosta (proteiini suodatetaan sideharson läpi, laimennetaan sitten tislatulla vedellä 1:10), kolme tippaa 10 % natriumhydroksidiliuosta ja 1 tippa 1 % kuparisulfaattiliuosta ja sekoita .

Putken sisältö saa sinivioletin värin.

2. Ninhydriinireaktio.

Proteiinit, polypeptidit ja vapaat aminohapot antavat sinisen tai violetin värin ninhydriinin kanssa.

Lisää koeputkeen 5 tippaa 10 % munanvalkuaisliuosta, lisää 5 tippaa 0,5 % ninhydriinin vesiliuosta ja kuumenna. 2–3 minuutin kuluttua kehittyy vaaleanpunainen tai sinivioletti väri.

3. Ksantoproteiinireaktio (gr. xantos- keltainen). Tämän reaktion avulla proteiinista havaitaan bentseenirenkaita sisältävät aminohapot (tryptofaani, tyrosiini jne.).

Lisää 5 tippaa 10 % munanvalkuaisliuosta koeputkeen, lisää 3 tippaa väkevää typpihappoa (varovasti) ja kuumenna. Lisää jäähdytyksen jälkeen koeputkeen 5–10 tippaa 10-prosenttista natriumhydroksidiliuosta, kunnes oranssia väriä tulee (se liittyy syklisten nitroyhdisteiden natriumsuolan muodostumiseen).

Kiteet kasvisoluissa

Laboratoriotyö nro 4. "Hiilihydraattien havaitseminen biologisissa esineissä"

Työn tavoite: todistaa hiilihydraattien esiintymisen biologisissa esineissä.

Laitteet: teline koeputkilla; pipetit, vesihaude; 1 % tärkkelysliuos, 1 % sakkaroosiliuos, 1 % fruktoosiliuos, 1 % jodiliuos (kaliumjodidiliuoksessa); 1-prosenttinen naftolin alkoholiliuos, 1-prosenttinen tymolin alkoholiliuos; rikkihappo(keskitetty); Selivanovin reagenssi (0,5 g resorsinolia 100 ml:ssa 20-prosenttista suolahappoa).

Edistyminen

1. Tärkkelyksen havaitseminen.

Lisää koeputkeen 10 tippaa 1-prosenttista tärkkelysliuosta ja yksi tippa 1-prosenttista jodiliuosta kaliumjodidissa. Putken sisältö saa sinivioletin värin.

2. Hiilihydraattien havaitseminen.

Käyttämällä reaktiota naftolin tai tymolin kanssa havaitaan pieniä määriä hiilihydraatteja tai hiilihydraattikomponentteja monimutkaisissa yhdisteissä.

Lisää 10 tippaa 1 % sakkaroosiliuosta kahteen koeputkeen. Lisää 3 tippaa naftolin 1-prosenttista alkoholiliuosta yhteen koeputkeen. Toisessa koeputkessa - 3 tippaa 1-prosenttista tymolin alkoholiliuosta. Kaada 0,5 ml väkevää rikkihappoa molempiin (varovasti) ja tarkkaile violettia väriä koeputkessa naftolin kanssa ja punaista koeputkessa tymolin kanssa kahden nesteen rajalla.

3. Fruktoosin havaitseminen (Selivanovin reaktio).

Fruktoosi antaa kloorivetyhapon ja resorsinolin kanssa kuumennettaessa kirsikanpunaisen värin.

Kaada 10 tippaa Selivanovin reagenssia, 2 tippaa 1 % fruktoosiliuosta koeputkeen ja lämmitä varovasti. Punaista väriä havaitaan.

Laboratoriotyö nro 5. "Lipidien havaitseminen biologisissa esineissä"

Työn tavoite: todistaa lipidien esiintyminen biologisissa esineissä.

Laitteet: teline koeputkilla, vesihaude, pipetti, lasikupit, tikut, sideharso; munankeltuainen, 1-prosenttinen kolesteroliliuos kloroformissa; väkevä rikkihappo, asetoni.

Edistyminen

1. Lesitiinin havaitseminen.

Lesitiini kuuluu fosfolipidien ryhmään, on osa solukalvoja ja muodostaa suurimman osan aivokudoksesta. Lesitiini on liukenematon veteen ja asetoniin, mutta liukenee helposti etyylialkoholiin, eetteriin ja kloroformiin.

Laita osa munankeltuaisesta lasiin. Lisää tikkulla sekoittaen kuumaa etyylialkoholia tipoittain (80 ml per koko keltuainen). Alkoholi lämmitetään vain vesihauteessa! Kun liuos on jäähtynyt, suodata se kuivaan pulloon. Suodoksen tulee olla kirkasta. Se on käytettävä välittömästi.

Lisää 10 tippaa asetonia kuivaan koeputkeen ja lisää lesitiinin alkoholiliuos tipoittain. Valkoinen sakka putoaa.

2. Kolesterolin havaitseminen.

Kolesteroli on rasvan kaltainen aine, jolla on hyvin tärkeä. Sisältyy monien elinten ja kudosten kalvoihin, se on sappihappojen, D-vitamiinin, sukupuolihormonien, lisämunuaiskuoren hormonien esiaste. Salkovsky-reaktio perustuu siihen tosiasiaan, että väkevän rikkihapon vaikutuksesta kolesteroli dehydratoituu ja muodostuu punaista kolesterolia.

Lisää 15–20 tippaa 1-prosenttista kolesterolin kloroformiliuosta kuivaan koeputkeen ja lisää (varovasti) 0,5 ml väkevää rikkihappoa astian seinämää pitkin. Nesteiden rajalle ilmestyy punainen rengas.

Laboratoriotyö nro 6. “Deoksinukleoproteiinin eristäminen pernan (maksa) kudoksesta. Laadullinen reaktio DNA:lle

Työn tavoite: todista se nukleiinihapot suuria määriä sisältyvät proteiiniyhdisteiden muodossa (deoksinukleoproteiinit - DNP) kudoksiin, joissa on runsaasti ytimiä (perna, kateenkorva, maksa jne.).

Laitteet: teline, jossa koeputket, huhmare ja survin, lasijauhe tai pesty hiekka, kiteyttäjä, 50 ml ja 300 ml mittasylinterit, 1 ml pipetit, lovetut puutikkut, vesihaude, suodatinharso; 5 % natriumkloridiliuos (sisältää 0,04 % kolmiemäksistä fosfaattia), 0,4 % natriumhydroksidiliuos; difenyyliamiinireagenssi; perna (maksa) tuore tai jäädytetty; Hiiva-RNA, juuri valmistettu 0,1 % liuos.

Edistyminen

1. Deoksinukleoproteiinin (DNP) eristäminen pernan (maksa) kudoksesta.

Menetelmä perustuu DNP:n kykyyn liueta korkean ionivahvuuden omaaviin suolaliuoksiin ja saostua, kun niiden pitoisuus pienenee.

Jauha huhmareessa, jossa on pieni määrä lasijauhetta, varovasti 2–3 g kudosta lisäämällä vähitellen natriumkloridiliuosta 10–15 ml:n erissä (liuosta kuluu yhteensä noin 40 ml) 12–15 minuutin ajan. .

Saatu viskoosi liuos suodatetaan kahden sideharsokerroksen läpi kiteyttimeen. Mittaa sylinterillä kuusinkertainen tilavuus (suhteessa suodokseen) tislattua vettä ja kaada suodokseen hitaasti puutikulla sekoittaen. Tuloksena saadut DNP-langat kääritään tikulle, minkä jälkeen ne voidaan siirtää koeputkeen myöhempää käyttöä varten.

2. DNA:n kvalitatiivinen reaktio.

Menetelmä perustuu deoksiribonukleoproteiinien DNA:han sisältyvän deoksiriboosin kykyyn muodostaa sinisiä yhdisteitä difenyyliamiinin kanssa, kun sitä kuumennetaan väliaineessa, joka sisältää jääetikan ja väkevän rikkihapon seosta. Riboosi-RNA:lla samanlainen reagenssi antaa vihreän värin.

Difenyyliamiinireagenssin valmistus: Liuotetaan 1 g difenyyliamiinia 100 ml:aan jääetikkaa, lisätään 2,75 ml väkevää rikkihappoa liuokseen.

Lisää 1 ml 0,4 % natriumhydroksidiliuosta 1/4:aan DNP-sakasta (kunnes se on liuennut). Lisää 0,5 ml difenyyliamiinireagenssia. Sekoita putken sisältö ja laita kiehuvaan vesihauteeseen 15-20 minuutiksi. Huomaa tyypillinen väritys.

Laboratoriotyö nro 7. "Prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen rakenteen piirteet"

Työn tavoite: bakteerien (prokaryoottien), kasvien ja eläinten (eukaryoottien) solujen tutkimukseen perustuen löytää tärkeimmät yhtäläisyydet bakteerien, eläinten ja kasvien rakenteessa elävien muotojen organisaation yhtenäisyyden indikaattorina.

Laitteet: mikroskooppi; lasilevyt ja peitinlasit; pipetit, vesilasit, pinsetit, veitset, jodiliuos, musteen vesiliuos; fuksiini, metyleenisiniliuos, lihapalat, kala tai munanvalkuainen, sipuli; Taulukko bakteeri-, kasvi- ja eläinsolujen rakenteesta.

Edistyminen

1. Valmista infuusioita eri tuotteista etukäteen: liha, kala, munaproteiini.

Jauha pieni määrä materiaalia ja laita se pulloon, lisää liitu skalpellin kärkeen. Täytä vedellä 2/3 tilavuudesta. Pidä infuusiopullo lämpimänä (pimeässä paikassa) 3-5 päivää. Tänä aikana alustaan ​​kerääntyy monia erilaisia ​​bakteereita.

2. Aseta tippa infuusiota lasilevylle. Harkitse näytettä käyttämällä ×40-linssiä, mutta voit myös kokeilla ×90-objektiivia (väliaikainen valmiste valmistetaan edellisessä työssä kuvattujen sääntöjen mukaisesti).

3. Lisää pisara ripsiväriä. Yleistä taustaa vasten bakteerisolut ovat värjäytymättömiä.

4. Piirrä bakteerisolut.

5. Valmista väliaikainen kasvisoluvalmiste. Tumat värjäytymättömissä soluissa eivät ole näkyvissä.

Erottele mehukas suomu sipulin palasta. Sisäpuolella on ohut kalvo, joka on poistettava ja leikattava. Aseta pala kalvoa lasilevylle, ota jodiliuos pipetillä, pudota kalvolle, peitä peitinlasilla.

Voit valmistaa valmisteen elodea-lehdestä, jossa on näkyvissä kloroplasteja - vihreitä plastideja.

6. Tutki näytettä pienellä suurennuksella. Suuret pyöreät ytimet soluissa värjätään keltaiseksi jodilla.

7. Siirrä mikroskooppia suureen suurennokseen ja etsi solukalvo. Tumassa näkyy 1–2 nukleolia, joskus näkyy sytoplasman rakeinen rakenne. Solujen sytoplasman värjäytymättömät ontelot ovat tyhjiöitä.

8. Piirrä muutama solu. Nimeä: kuori, sytoplasma, tuma, vakuolit (jos näkyvissä).

9. Harkitse eläinsoluja valmiissa valmisteessa, piirrä. Kuva on merkittävä: kalvo, sytoplasma, tuma.

10. Järjestä yhteinen keskustelu. Mitkä soluteorian säännökset voidaan vahvistaa tehdyn työn tuloksilla?

Laboratoriotyö nro 8. "Solukalvon fysiologiset ominaisuudet"

Työn tavoite: osoittavat, että solukalvolla on selektiivinen läpäisevyys, osoittavat kalvon roolia fagosytoosin ja pinosytoosin prosessissa sekä tutustumalla soluplasmolyysiin - prosessiin, jossa protoplasti (solun sisältö) erotetaan soluseinistä.

Laitteet: Mikroskoopit, peitinlasit ja objektilasit, skalpellit, leikkausneulat, suodatinpaperi, pipetit, muste; ripsien tai ameebaviljelmä, kudosviljelmä ravintoalustalla, elodean lehtien palaset; liuokset: kaliumkloridi, kalsiumkloridi, magnesiumkloridi,
2 % albumiiniliuos, 10 % natriumkloridiliuos; tislattu vesi.

Edistyminen

1. Infusoriat, amebat tai viljellyn kudoksen palaset asetetaan 10-prosenttiseen natrium- tai kaliumkloridiliuokseen. Valmistele objektilasi mikroskooppia varten. Solujen rypistymistä on havaittavissa, mikä kertoo soluseinän läpäisevyydestä. Tällöin vesi solusta vapautuu ympäristöön.

2. Siirrä kennot pisaralliseen tislattua vettä tai vedä liuos kansilasin alta suodatinpaperilla ja korvaa se tislatulla vedellä. Tarkkaile kuinka solut turpoavat, koska. vesi pääsee niihin.

3. Aseta infusoria tai viljellyn kudoksen palaset matalan pitoisuuden kalsiumkloridin tai magnesiumkloridin liuokseen. Siliaatit ja viljellyt solut jatkavat elämäänsä. Kalsium- ja magnesiumionit vähentävät solukalvon läpäisevyyttä. Vesi ei liiku kuoren läpi.

4. Aseta ameeba tippaan 2 % albumiiniliuosta (kananmunaproteiini). Valmistele objektilasi mikroskooppia varten. Jonkin ajan kuluttua ameban pinnalle muodostuu kuplia, ulkonemia ja tubuluksia. Näyttää siltä, ​​​​että ameeban pinta "kiehuu". Tähän liittyy voimakas nesteen liike lähellä kalvon pintaa. Nestepisaroita ympäröivät sytoplasman ulkonemat, jotka sitten sulkeutuvat. Pinosyyttiset vesikkelit ilmestyvät joskus yhtäkkiä. Tämä viittaa siihen, että nestepisarat yhdessä siihen liuenneiden aineiden kanssa vangitaan nopeasti. Pinosytoosia aiheuttavat aineet, jotka alentavat soluseinän pintajännitystä. Esimerkiksi aminohapot, jotkut suolat.

Ruiskuta vähän ruhoa nestepisaraan, jossa ameebat sijaitsevat. Valmista lääke. Jonkin ajan kuluttua amebat alkavat hitaasti liikkua kohti ruhon jyviä vapauttaen pseudopodia (pseudopodia). Ruhon jyvät kiinnitetään pseudopodian pintaan niiden ympäröimänä ja hetken kuluttua upotetaan sytoplasmaan. Mikroskoopin alla havaitaan fagosytoosi-ilmiö amebassa.

Kirjallisuutta opettajalle

1. Welsh U., Storch F. Johdatus sytologiaan. Käännös häneltä. – M.: Mir, 1986.
2. Zavarzin A.A. jne. Solun biologia. - Pietari: Pietarin valtionyliopiston kustantamo, 1992.
3. Svenson K., Webster P.– M.: Mir, 1982.
4. Lammas M. Ikääntymisen biologia. – M.: Mir, 1980.
5. Markosyan A.A. Fysiologia. - M.: Lääketiede, 1968.
6. Lieberman E.A.
7. Ermolaev M.V. Biologinen kemia. – M.: Lääketiede, 1984.
8.Ruvinskiy A.O. Yleinen biologia. – M.: Enlightenment, 1993.

Kirjallisuutta opiskelijoille

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biologia. Kolmessa osassa - M .: Mir, 1993.
2. DeDuve K. Matka elävän solun maailmaan. – M.: Mir, 1982.
3. Lieberman E.A. Elävä solu. – M.: Mir, 1987.
4. Kemp P, Arms K. Johdatus biologiaan. – M.: Mir, 1988.

Työn tavoite: osoittavat, että solukalvolla on selektiivinen läpäisevyys. Osoita kalvon roolia fagosytoosin ja pinosytoosin prosessissa.

Laitteet: mikroskoopit, peitinlasit ja objektilasit, skalpellit, leikkausneulat, kupit vettä ja liuoksia varten, suodatinpaperi, pipetit, muste. Viljely ripsien, amebojen, elodean lehtien. NaCl- tai KCl-liuokset, CaCl- tai MgCl-liuokset, 2-prosenttinen albumiiniliuos, 10-prosenttinen NaCl-liuos, tislattu vesi.

Edistyminen:

1. Aseta ripset heikkoon NaCl- tai KCl-liuokseen. Valmistele mikroskoopin objektilasi. Solujen rypistymistä voidaan nähdä, mikä osoittaa soluseinän läpäisevyyttä. Tällöin vesi solusta vapautuu ympäristöön. Siirrä solut pisaralliseen tislattua vettä tai vedä liuos kansilasin alta suodatinpaperilla ja korvaa se tislatulla vedellä. Katso solujen turpoamista, kun vesi pääsee niihin.

Aseta värpäs matalapitoiseen CaCl- tai MgCl-liuokseen (sama kuin edellinen liuos). Särmät elävät edelleen, muodonmuutoksia ei havaita. Ca- ja Mg-ionit vähentävät solukalvon läpäisevyyttä, toisin kuin Na- ja K-ionit.Vesi ei liiku kalvon läpi.

2. Aseta ameba 2 % albumiiniin (kananmunanvalkuainen). Valmistele mikroskoopin objektilasi. Jonkin ajan kuluttua ameeban pinnalle alkaa muodostua kuplia, ulkonemia, tubuluksia. Näyttää siltä, ​​​​että ameeban pinta "kiehuu". Tähän liittyy voimakas nesteen liike lähellä kalvon pintaa. Nestekuplia ympäröivät sytoplasman ulkonemat. jotka sitten suljetaan. Pinosyyttiset vesikkelit ilmestyvät joskus äkillisesti, mikä osoittaa nestepisaran nopean talteenoton yhdessä siihen liukenevan aineen kanssa.

Aseta ameba sokeriliuokseen. Pinosytoosi puuttuu. Pinosytoosia aiheuttavat vain solukalvon pintajännitystä alentavat aineet, kuten aminohapot, jotkut suolat. Syötä hieman hienoksi jauhettua ruhoa nestepisaraan, jossa ameebat sijaitsevat. Valmistele mikroskoopin valmistelu. Jonkin ajan kuluttua amebat alkavat hitaasti liikkua kohti ruhon jyviä vapauttaen pseudopodia. Ruhojyvät kiinnittyvät pseudopodioiden pintaan, ympäröivät ne sitten hitaasti ja hetken kuluttua upotetaan sytoplasmaan. Tarkkaile mikroskoopilla fagosytoosi-ilmiötä amebassa.

3. Elodea-solujen sytoplasmassa on näkyvissä monia pyöreitä soikeita vihreitä kappaleita - nämä ovat kloroplasteja. Tutki solut lähellä lehden keskuslaskimoa. Ne voivat havaita sytoplasman ja plastidien liikkeen seiniä pitkin. Jos liikettä tuskin huomaa, lämmitä valmistetta sähkölampun alla.

4. Piirrä kaikki, mitä näit dioissa. Keskustele ryhmissä näkemistäsi prosesseista, yritä selittää niitä.

Johdanto 2

1. Perustietoa solukalvon rakenteesta 3

2. Yleiset esitykset Tietoja läpäisevyydestä 4

3. Molekyylien kuljetus kalvon läpi 4

3.1. Diffuusio 5

3.2 Fickin yhtälö 6

3.3 Passiivinen kuljetus 7

3.3.1 Erot helpotetun ja yksinkertaisen diffuusion välillä 8

4. Darcyn laki 8

5. Aktiivinen kuljetus 9

6. Ionikanavien rakenne ja toiminnot 11

Johtopäätös 15

Viitteet 17

JOHDANTO

Kalvokuljetus - aineiden kuljetus solukalvon läpi soluun tai ulos solusta, joka suoritetaan käyttämällä erilaisia ​​mekanismeja - yksinkertainen diffuusio, helpotettu diffuusio ja aktiivinen kuljetus.

Biologisen kalvon tärkein ominaisuus on sen kyky siirtää erilaisia ​​aineita soluun ja sieltä ulos. Sillä on suuri merkitys itsesäätelylle ja ylläpidolle pysyvä henkilökunta soluja. Tämä solukalvon toiminto suoritetaan selektiivisen läpäisevyyden, ts. kyky läpäistä joitain aineita ja olla läpäisemättä toisia. Helpoin tapa kulkea lipidikaksoiskerroksen läpi on polaarittomia molekyylejä, joissa on vähän molekyylipaino(happi, typpi, bentseeni). Sellaiset pienet polaariset molekyylit kuten hiilidioksidi, typpioksidi, vesi ja urea tunkeutuvat nopeasti lipidikaksoiskerroksen läpi. Etanoli ja glyseroli sekä steroidit ja kilpirauhashormonit kulkevat lipidikaksoiskerroksen läpi huomattavalla nopeudella. Suuremmille polaarisille molekyyleille (glukoosi, aminohapot) sekä ioneille lipidikaksoiskerros on käytännössä läpäisemätön, koska sen sisäosa on hydrofobinen. Joten veden permeabiliteettikerroin (cm/s) on noin 10-2, glyserolin - 10-5, glukoosin - 10-7 ja yksiarvoisten ionien - alle 10-10.

Suurten polaaristen molekyylien ja ionien kuljetus tapahtuu kanavaproteiinien tai kantajaproteiinien ansiosta. Joten solukalvoissa on kanavia natrium-, kalium- ja kloori-ioneille, monien solujen kalvoissa on akvaporiinien vesikanavia sekä kantajaproteiineja glukoosille, erilaisille aminohapporyhmille ja monille ioneille. Aktiivinen ja passiivinen kuljetus.

Kalvot muodostavat solun rakenteen ja suorittavat sen toimintoja. Solujen ja solunsisäisten kalvojen toimintojen rikkominen johtaa peruuttamattomiin soluvaurioihin ja sen seurauksena vakavien sydän- ja verisuoni-, hermosto- ja endokriinisten järjestelmien sairauksien kehittymiseen.

1. Perustietoa solukalvon rakenteesta.

Solukalvoihin kuuluvat plasmolemma, karyolemma, mitokondriokalvot, EPS, Golgi-laitteisto, lysosomit, peroksisomit. Kaikkien solukalvojen yhteinen piirre on, että ne ovat ohuita (6-10 nm) lipoproteiiniluonteisia kerroksia (lipidejä yhdessä proteiinien kanssa). Solukalvojen tärkeimmät kemialliset komponentit ovat lipidit (40 %) ja proteiinit (60 %); lisäksi hiilihydraatteja (5-10 %) löydettiin monista kalvoista.

Plasmakalvo ympäröi jokaista solua, määrittää sen koon ja ylläpitää solun sisällön ja ulkoisen ympäristön välisiä eroja. Kalvo toimii erittäin selektiivisenä suodattimena ja on vastuussa aineiden aktiivisesta kuljettamisesta eli soluun pääsystä ravinteita ja haitallisten jätetuotteiden poistaminen. Lopuksi kalvo on vastuussa ulkoisten signaalien havaitsemisesta, mikä antaa solulle mahdollisuuden reagoida ulkoisiin muutoksiin. Kaikki biologiset kalvot ovat lipidi- ja proteiinimolekyylien ryhmiä, joita pitävät yhdessä ei-kovalenttiset vuorovaikutukset.

Minkä tahansa molekyylikalvon perusta koostuu lipidimolekyyleistä, jotka muodostavat kaksoiskerroksen. Lipidit ovat suuri ryhmä eloperäinen aine joilla on huono liukoisuus veteen (hydrofobisuus) ja hyvä liukoisuus orgaanisiin liuottimiin ja rasvoihin (lipofiilisyys). Lipidien koostumus eri kalvoissa ei ole sama. Esimerkiksi plasmakalvo, toisin kuin kalvot endoplasminen verkkokalvo ja mitokondriot ovat rikastettuja kolesterolilla. Solukalvoissa esiintyvien lipidien tyypillisiä edustajia ovat fosfolipidit (glyserofosfatidit), sfingomyeliinit ja steroidilipideistä peräisin oleva kolesteroli.

Lipidien ominaisuus on niiden molekyylien jakautuminen kahteen toiminnallisesti erilaiseen osaan: hydrofobisiin ei-polaarisiin, varauksettomiin ("hännät"), jotka koostuvat rasvahapoista, ja hydrofiilisistä, varautuneista polaarisista "päistä". Tämä määrittää lipidien kyvyn muodostaa spontaanisti kaksikerroksisia (bilipidi) kalvorakenteita, joiden paksuus on 5-7 nm.

Ensimmäiset kokeet, jotka vahvistivat tämän, suoritettiin vuonna 1925.

Kaksoiskerroksen muodostuminen on lipidimolekyylien erityinen ominaisuus, ja se toteutuu jopa solun ulkopuolella. Kaksoiskerroksen tärkeimmät ominaisuudet: kyky itsekokoonpanoon - juoksevuus - epäsymmetria.

2. Yleisiä ideoita läpäisevyydestä.

Kalvojen, verisuonten seinämien ja epiteelisolujen ominaisuudet, jotka heijastavat kykyä johtaa kemialliset aineet; erottaa aktiivinen (aktiivinen aineiden kuljetus) ja passiivinen P. (fagosytoosi). Ja pinosytoosi ); passiiviset ja (joissakin tapauksissa) aktiiviset P.:t (suuret molekyylit) saadaan aikaan kalvohuokosten kautta; P.:n pienimolekyylisille aineille (esimerkiksi ioneille) tarjoavat erityiset kalvorakenteet kantajamolekyylien mukana.

3. Molekyylien siirto kalvon läpi.

Koska lipidikerroksen sisäpuoli on hydrofobinen, se muodostaa käytännössä läpäisemättömän esteen useimmille polaarisille molekyyleille. Tämän esteen vuoksi solujen sisällön vuotaminen estyy, mutta tämän vuoksi solu pakotettiin luomaan erityisiä mekanismeja vesiliukoisten aineiden kuljettamiseksi kalvon läpi. Pienten vesiliukoisten molekyylien siirto tapahtuu erityisillä kuljetusproteiineilla. Nämä ovat erityisiä transmembraaniproteiineja, joista jokainen on vastuussa tiettyjen molekyylien tai toisiinsa liittyvien molekyylien ryhmien kuljettamisesta.

Soluissa on myös mekanismeja makromolekyylien (proteiinien) ja jopa suurten hiukkasten siirtämiseksi kalvon läpi. Makromolekyylien absorptioprosessia solussa kutsutaan endosytoosiksi. Yleisesti ottaen sen esiintymismekanismi on seuraava: plasmakalvon paikalliset alueet tunkeutuvat ja sulkeutuvat muodostaen endosyyttisen rakkulan, sitten imeytynyt partikkeli yleensä menee lysosomeihin ja hajoaa.

3.1 Diffuusio (latinaksi diffusio - jakautuminen, leviäminen, sironta) - prosessi, jossa ainetta tai energiaa siirretään korkean pitoisuuden alueelta alhaisen pitoisuuden alueelle (konsentraatiogradienttia vastaan). Tunnetuin esimerkki diffuusiosta on kaasujen tai nesteiden sekoittuminen (jos pudotat mustetta veteen, nesteen väri muuttuu tasaisen ajan kuluttua). Toinen esimerkki liittyy kiinteään kappaleeseen: jos tangon toinen pää on lämmitetty tai sähköisesti varattu, lämpö leviää (tai vastaavasti sähköä) kuumasta (ladatusta) osasta kylmään (lataamattomaan) osaan. Metallitangon tapauksessa lämpödiffuusio kehittyy nopeasti ja virta kulkee lähes välittömästi. Jos sauva on valmistettu synteettisestä materiaalista, lämpödiffuusio on hidasta ja sähköisesti varautuneiden hiukkasten diffuusio on erittäin hidasta. Molekyylien diffuusio etenee yleensä vielä hitaammin. Jos esimerkiksi pala sokeria lasketaan vesilasillisen pohjalle eikä vettä sekoita, kestää useita viikkoja ennen kuin liuos muuttuu homogeeniseksi. Vielä hitaampaa on kiinteän aineen diffuusio toiseen. Esimerkiksi jos kupari on päällystetty kullalla, kulta diffundoituu kupariksi, mutta milloin normaaleissa olosuhteissa (huonelämpötila Ja Ilmakehän paine) kultaa sisältävä kerros saavuttaa useiden mikrometrien paksuuden vasta useiden tuhansien vuosien kuluttua.

Kaikki diffuusiotyypit noudattavat samoja lakeja. Diffuusionopeus on verrannollinen näytteen poikkileikkauspinta-alaan sekä pitoisuuksien, lämpötilojen tai varausten eroihin (jos näiden parametrien arvot ovat suhteellisen pieniä). Lämpö kulkee siis neljä kertaa nopeammin halkaisijaltaan kahden senttimetrin sauvan läpi kuin yhden sentin halkaisijaltaan. Tämä lämpö leviää nopeammin, jos lämpötilaero senttimetriä kohti on 10°C 5°C:n sijaan. Diffuusionopeus on myös verrannollinen tiettyä materiaalia kuvaavaan parametriin. Lämmön diffuusion tapauksessa tätä parametria kutsutaan lämmönjohtavuudeksi, sähkövarausten virtauksen tapauksessa sähkönjohtavuudeksi. Tietyn ajan kuluessa leviävän aineen määrä ja leviävän aineen kulkema matka ovat verrannollisia neliöjuuri diffuusioaika.

Diffuusio on prosessi molekyylitasolla, ja sen määrää yksittäisten molekyylien liikkeen satunnainen luonne. Diffuusionopeus on siksi verrannollinen molekyylien keskimääräiseen nopeuteen. Kaasujen tapauksessa pienten molekyylien keskinopeus on suurempi, eli se on kääntäen verrannollinen molekyylin massan neliöjuureen ja kasvaa lämpötilan noustessa. Diffuusioprosessit sisään kiinteät aineet korkeissa lämpötiloissa löytää usein käytännön sovellutuksia. Esimerkiksi tietyntyyppisissä katodisädeputkissa (CRT) käytetään metallista toriumia, joka on diffundoitu metallisen volframin läpi 2000 °C:ssa.

3.2 Fickin yhtälö

Useimmissa käytännön tapauksissa kemiallisen potentiaalin sijasta käytetään pitoisuutta C. Korkeiden pitoisuuksien tapauksessa µ:n suora korvaaminen C:llä on virheellinen, koska kemiallinen potentiaali liittyy keskittymiseen logaritmisen lain mukaan. Jos emme ota huomioon tällaisia ​​tapauksia, yllä oleva kaava voidaan korvata seuraavalla:

joka osoittaa, että aineen J vuontiheys on verrannollinen diffuusiokertoimeen D ja pitoisuusgradienttiin. Tämä yhtälö ilmaisee Fickin ensimmäisen lain (Adolf Fick on saksalainen fysiologi, joka loi diffuusiolait vuonna 1855). Fickin toinen laki koskee pitoisuuden tilallisia ja ajallisia muutoksia (diffuusioyhtälö):

Diffuusiokerroin D riippuu lämpötilasta. Useissa tapauksissa laajalla lämpötila-alueella tämä riippuvuus on Arrhenius-yhtälö.

Diffuusioprosessit ovat erittäin tärkeitä luonnossa:

Eläinten ja kasvien ravitsemus, hengitys;

Hapen tunkeutuminen verestä ihmisen kudoksiin.

3.3 Passiivinen kuljetus

Passiivinen kuljetus on aineiden siirtymistä paikoista, joissa sähkökemiallisen potentiaalin arvo on suuri, paikkoihin, joissa sen arvo on pienempi.

Keinotekoisilla lipidikaksoiskerroksilla tehdyissä kokeissa havaittiin, että mitä pienempi molekyyli ja mitä vähemmän se muodostaa vetysidoksia, sitä nopeammin se diffundoituu kalvon läpi. Joten mitä pienempi molekyyli ja mitä rasvaliukoisempi (hydrofobinen tai ei-polaarinen) se on, sitä nopeammin se läpäisee kalvon. Aineiden diffuusio lipidikaksoiskerroksen läpi johtuu kalvon pitoisuusgradientista. Lipidiin liukenemattomien aineiden ja vesiliukoisten hydratoituneiden ionien molekyylit (joita ympäröivät vesimolekyylit) tunkeutuvat kalvon läpi lipidi- ja proteiinihuokosten kautta. Pienet ei-polaariset molekyylit liukenevat helposti ja diffundoituvat nopeasti. Varautumattomat polaariset molekyylit ovat pienikokoisia myös liukoisia ja diffuusioita.

Tärkeää on, että vesi läpäisee lipidikaksoiskerroksen erittäin nopeasti huolimatta siitä, että se on suhteellisen liukenematon rasvoihin. Tämä johtuu siitä, että sen molekyyli on pieni ja sähköisesti neutraali.

Osmoosi on vesimolekyylien ensisijaista liikkumista puoliläpäisevien kalvojen (liukenevaa ainetta läpäisevien ja vettä läpäisevien) läpi paikoista, joissa liuenneen aineen pitoisuus on pienempi, paikkoihin, joissa on suurempi pitoisuus. Osmoosi on pohjimmiltaan yksinkertainen veden diffuusio paikoista, joissa vesipitoisuus on korkeampi. Osmoosilla on tärkeä rooli monissa biologisissa ilmiöissä. Osmoosi-ilmiö aiheuttaa erytrosyyttien hemolyysin hypotonisissa liuoksissa.

Joten kalvot voivat kuljettaa vettä ja ei-polaarisia molekyylejä yksinkertaisen diffuusion kautta.

3.3.1 Erot helpotetun ja yksinkertaisen diffuusion välillä:

1) aineen siirto kantajan mukana tapahtuu paljon nopeammin;

2) helpotetulla diffuusiolla on kyllästymisominaisuus: aineen pitoisuuden kasvaessa kalvon toisella puolella aineen vuontiheys kasvaa vain tiettyyn rajaan asti, kun kaikki kantajamolekyylit ovat jo varattu;

3) helpotetulla diffuusiolla havaitaan siirrettyjen aineiden kilpailua tapauksissa, joissa kantaja siirtää erilaisia ​​aineita; kun taas jotkut aineet ovat paremmin siedettyjä kuin toiset, ja joidenkin aineiden lisääminen vaikeuttaa muiden kuljettamista; Sokereista siis glukoosi on paremmin siedetty kuin fruktoosi, fruktoosi on parempi kuin ksyloosi ja ksyloosi parempi kuin arabinoosi jne. jne.;

4) on aineita, jotka estävät helpotetun diffuusion - ne muodostavat vahvan kompleksin kantajamolekyylien kanssa, esimerkiksi floridsiini estää sokereiden kulkeutumista biologisen kalvon läpi.

4. Darcyn laki

Darcyn laki (Henri Darcy, 1856) on laki nesteiden ja kaasujen suodatuksesta huokoisessa väliaineessa. Kokeellisesti saatu. Ilmaisee nesteen suodatusnopeuden riippuvuuden pään gradientista:

jossa: - suodatusnopeus, K - suodatuskerroin, - nousun gradientti. Darcyn laki liittyy useisiin mittausjärjestelmiin. Väliaine, jonka permeabiliteetti on 1 Darcy (D), mahdollistaa 1 cm³/s nesteen tai kaasun, jonka viskositeetti on 1 cp (mPa s), virrata painegradientissa 1 atm/cm ja vaikuttaa 1 cm:n alueella. cm². 1 millidarcy (mD) on yhtä suuri kuin 0,001 Darcy.

SI-mittausjärjestelmässä 1 Darcy vastaa 9,869233×10−13m² tai 0,9869233 µm². Tämä muunnos on yleensä noin 1 µm². Huomaa, että tämä on käänteisluku 1,013250, muuntokerroin ilmakehistä baareihin.

Kuljetus lipidikaksoiskerroksen läpi (yksinkertainen diffuusio) ja kuljetus kalvoproteiinien mukana

5. Aktiivinen kuljetus

Muut kantajaproteiinit (joskus kutsutaan pumppuproteiineiksi) kuljettavat aineita kalvon läpi energian kustannuksella, joka yleensä saadaan ATP-hydrolyysillä. Tämän tyyppinen kuljetus tapahtuu kuljetetun aineen pitoisuusgradienttia vastaan ​​ja sitä kutsutaan aktiiviseksi kuljetukseksi.

Symport, antiport ja uniport

Aineiden kalvokuljetus eroaa myös niiden liikesuunnasta ja tämän kantajan kuljettamien aineiden määrästä:

1) Uniport - yhden aineen kuljetus yhteen suuntaan gradientin mukaan

2) Symport - kahden aineen kuljetus yhteen suuntaan yhden kantajan kautta.

3) Antiport - kahden aineen liikkuminen eri suuntiin yhden kantoaineen läpi.

Uniport tarjoaa esimerkiksi jännitteestä riippuvan natriumkanavan, jonka kautta natriumionit siirtyvät soluun toimintapotentiaalin muodostuessa.

Oireet suorittaa glukoosinkuljettaja, joka sijaitsee suolen epiteelin solujen ulkopuolella (suolen luumenia päin). Tämä proteiini vangitsee samanaikaisesti glukoosimolekyylin ja natriumionin ja muuttaa sen konformaatiota ja siirtää molemmat aineet soluun. Tässä tapauksessa käytetään sähkökemiallisen gradientin energiaa, joka puolestaan ​​​​syntyy natrium-kalium-ATP-aasin ATP:n hydrolyysin vuoksi.

Antiportin suorittaa esimerkiksi natrium-kalium-ATPaasi (tai natriumista riippuvainen ATPaasi). Se kuljettaa kaliumioneja soluun. ja ulos solusta - natriumionit.

Natrium-kalium-ATPaasin työ esimerkkinä antiportista ja aktiivisesta kuljetuksesta

Aluksi tämä kantaja kiinnittää kolme Na + -ionia kalvon sisältä. Nämä ionit muuttavat ATPaasin aktiivisen kohdan konformaatiota. Tällaisen aktivoinnin jälkeen ATPaasi pystyy hydrolysoimaan sellaisen ATP-molekyyli, ja fosfaatti-ioni kiinnittyy kantajan pinnalle kalvon sisältä.

Vapautunut energia kuluu ATPaasi-konformaation muuttamiseksi, jonka jälkeen kolme Na+-ionia ja yksi ioni (fosfaatti) ovat kalvon ulkopuolella. Tässä Na + -ionit irrotetaan ja korvataan kahdella K + -ionilla. Sitten kantoaineen konformaatio muuttuu alkuperäiseksi ja K+-ionit ovat kalvon sisäpuolella. Tässä K+-ionit irrotetaan ja kantoaine on jälleen käyttövalmis.

Lyhyesti sanottuna ATPaasin toimia voidaan kuvata seuraavasti:

1) Se "ottaa" kolme Na + -ionia solun sisältä, sitten halkaisee ATP-molekyylin ja kiinnittää fosfaattia

2) "heittää ulos" Na + -ioneja ja kiinnittää kaksi K + -ionia ulkoisesta ympäristöstä.

3) Katkaisee fosfaatin, heittää kaksi K+-ionia soluun

Tämän seurauksena solunulkoisessa ympäristössä korkea pitoisuus Na + -ionit ja solun sisällä - korkea K + -pitoisuus. Na +, K + -ATPaasin työ ei luo vain pitoisuuksien eroa, vaan myös eroa varauksissa (se toimii kuin sähkögeeninen pumppu). Positiivinen varaus syntyy kalvon ulkopuolelle ja negatiivinen varaus sisäpuolelle.

6. Ionikanavien rakenne ja toiminnot.

Kiihtyvä kalvomalli olettaa kalium- ja natrium-ionien säädeltyä kuljetusta kalvon läpi. Ionin suora kulkeminen lipidikaksoiskerroksen läpi on kuitenkin erittäin vaikeaa, joten ionivuon tiheys olisi hyvin pieni, jos ioni kulkisi suoraan kalvon lipidifaasin läpi. Tämä ja monet muut seikat antoivat aihetta uskoa, että kalvon täytyy sisältää joitain erikoisrakenteita - johtavia ioneja.

Sellaisia ​​rakenteita löydettiin ja ne nimettiin ionikanaviksi. Samanlaisia ​​kanavia on eristetty eri esineistä: solujen plasmakalvosta, lihassolujen postsynaptisesta kalvosta ja muista esineistä. Myös antibioottien muodostamat ionikanavat tunnetaan.

Ionikanavien tärkeimmät ominaisuudet:

1) selektiivisyys;

2) yksittäisten kanavien toiminnan riippumattomuus;

3) johtavuuden diskreetti luonne;

4) kanavaparametrien riippuvuus kalvopotentiaalista.

Ajatellaanpa niitä järjestyksessä.

1. Selektiivisyys on ionikanavien kykyä siirtää selektiivisesti minkä tahansa tyyppisiä ioneja.

Jo ensimmäisissä kokeissa kalmarin aksonilla havaittiin, että natrium- ja kalium-ionit vaikuttavat kalvopotentiaaliin eri tavoin. Kaliumionit muuttavat lepopotentiaalia ja natriumionit toimintapotentiaalia.

Mittaukset ovat osoittaneet, että ionikanavilla on absoluuttinen selektiivisyys kationeihin (kationiselektiiviset kanavat) tai anioneihin (anioniselektiiviset kanavat) nähden. Samaan aikaan erilaisia ​​kationeja kemiallisia alkuaineita, mutta pienemmän ionin kalvonjohtavuus ja siten sen läpi kulkeva virta on huomattavasti pienempi, esimerkiksi natriumkanavalla kaliumvirta sen läpi on 20 kertaa pienempi. Ionikanavan kykyä läpäistä eri ioneja kutsutaan suhteelliseksi selektiivisyydeksi ja sille on tunnusomaista selektiivisyyssarja - kanavan johtavuuden suhde eri ioneille, jotka on otettu samalla pitoisuudella.

2. Yksittäisten kanavien riippumattomuus. Virran kulku yksittäisen ionikanavan läpi on riippumaton siitä, kulkeeko virta muiden kanavien kautta. Esimerkiksi kaliumkanavat voidaan kytkeä päälle tai pois, mutta virta natriumkanavien läpi ei muutu. Kanavien vaikutus toisiinsa tapahtuu epäsuorasti: minkä tahansa kanavien (esimerkiksi natriumin) läpäisevyyden muutos muuttaa kalvopotentiaalia, ja se vaikuttaa jo muiden ionikanavien johtavuuteen.

3. Ionikanavien johtumisen diskreetti luonne. Ionikanavat ovat proteiinien alayksikkökompleksi, joka kattaa kalvon. Sen keskellä on putki, jonka läpi ionit voivat kulkea.

Ionikanavien lukumäärä 1 μm kalvon pinnasta määritettiin käyttämällä radioaktiivisesti leimattua natriumkanavan salpaajaa - tetrodotoksiinia. Tiedetään, että yksi TTX-molekyyli sitoutuu vain yhteen kanavaan. Sitten tunnetun pinta-alan näytteen radioaktiivisuuden mittaus mahdollisti, että natriumkanavaa on noin 500 per 1 μm kalmari aksonia. Tämä havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1962 lipidikaksoiskalvojen (BLM) johtavuutta koskevissa tutkimuksissa, kun kalvoa pesevään liuokseen lisättiin mikromääriä jotakin viritystä aiheuttavaa ainetta. BLM:ään syötettiin vakiojännite ja virta kirjattiin. Virran tallentaminen ajassa tapahtui hyppyjen muodossa kahden johtavan tilan välillä.

Eri ionikanavilla tehtyjen kokeiden tulokset osoittivat, että ionikanavan johtavuus on diskreetti ja se voi olla kahdessa tilassa: auki tai kiinni. Virtapiikit johtuvat 2 tai 3 kanavan samanaikaisesta avautumisesta. Ionikanavan tilojen väliset siirtymät tapahtuvat satunnaisina aikoina ja noudattavat niitä tilastollisia säännönmukaisuuksia. Ei voida sanoa, että tämä ionikanava avautuu juuri tällä hetkellä. Kanavan avaamisen todennäköisyydestä voidaan antaa lausunto vain tietyllä aikavälillä.

Ionikanavia kuvaavat avoimen ja suljetun tilan tyypilliset elinajat.

4. Kanavan parametrien riippuvuus kalvopotentiaalista. Hermosäikeiden ionikanavat ovat herkkiä kalvopotentiaalille, esimerkiksi kalmarin aksonin natrium- ja kaliumkanavat. Tämä ilmenee siinä, että kalvon depolarisaation alkamisen jälkeen vastaavat virrat alkavat muuttua yhdellä tai toisella kinetiikalla. "Ionikanavien" kielellä tämä prosessi tapahtuu seuraavalla tavalla. Ioniselektiivisellä kanavalla on ns

"anturi" - jokin sen suunnittelun elementti, herkkä toiminnalle sähkökenttä(katso kuva). Kun kalvopotentiaali muuttuu, siihen vaikuttavan voiman suuruus muuttuu, minkä seurauksena tämä ionikanavan osa liikkuu ja muuttaa todennäköisyyttä avata tai sulkea "portit" - eräänlaiset ikkunaluukut, jotka toimivat "kaikkien" mukaisesti. tai ei mitään" laki.

Ionikanavan rakenne

Ioniselektiivinen kanava koostuu seuraavista proteiiniosan osista, jotka on upotettu kaksoiskerrokseen, jolla on alayksikkörakenne; selektiivinen suodatin, joka muodostuu negatiivisesti varautuneista happiatomeista, jotka sijaitsevat jäykästi tietyllä etäisyydellä toisistaan ​​ja läpäisevät vain tietyn halkaisijan omaavia ioneja; portin osa.

Ionikanavan "portteja" ohjaa kalvopotentiaali ja ne voivat olla joko suljetussa tilassa (katkoviiva) tai avoimessa tilassa (yhtenäinen viiva). Natriumkanavan portin normaali asento on kiinni. Sähkökentän vaikutuksesta avoimen tilan todennäköisyys kasvaa, portti avautuu ja hydratoituneiden ionien virtaus saa mahdollisuuden kulkea valikoivan suodattimen läpi.

Jos ioni "sopii" halkaisijaltaan, se irrottaa hydraatiokuoren ja hyppää ionikanavan toiselle puolelle. Jos ioni on halkaisijaltaan liian suuri, kuten tetraetyyliammonium, se ei pysty kulkemaan suodattimen läpi eikä läpäise kalvoa. Jos ioni on päinvastoin liian pieni, sillä on vaikeuksia selektiivisessä suodattimessa, tällä kertaa johtuen vaikeudesta irrottaa sen hydraatiokuori. "Sopivalle" ionille poistunut vesi korvataan sidoksilla suodattimessa sijaitsevilla happiatomeilla, "sopimattomalla" ionilla steerinen vastaavuus on huonompi. Siksi sen on vaikeampi kulkea suodattimen läpi ja kanavan johtavuus on sille pienempi.

Ionikanavan salpaajat joko eivät pääse läpäisemään sitä, juuttuessaan suodattimeen, tai jos ne ovat suuria molekyylejä, kuten TTX, ne sopivat steerisesti johonkin kanavan sisääntuloon. Koska salpaajat sisältävät positiivisen varauksen, niiden varautunut osa vedetään tavallisena kationina selektiivisen suodattimen kanavaan ja makromolekyyli tukkii sen.

Siten muutokset virittyvien biokalvojen sähköisissä ominaisuuksissa suoritetaan ionikanavien avulla. Nämä ovat lipidikaksoiskerroksen läpäiseviä proteiinimakromolekyylejä, jotka voivat olla useissa erillisissä tiloissa. Kalium-, natrium- ja kalsium-ioneille selektiivisten kanavien ominaisuudet voivat riippua eri tavalla kalvopotentiaalista, joka määrää kalvon toimintapotentiaalin dynamiikan sekä tällaisten potentiaalien erot eri solujen kalvoissa.

Johtopäätös

Mikä tahansa molekyyli voi kulkea lipidikaksoiskerroksen läpi, mutta aineiden passiivisen diffuusion nopeus, ts. aineen siirtyminen alueelta, jolla on suurempi pitoisuus, alueelta, jolla on pienempi pitoisuus, voi olla hyvin erilainen. Joillekin molekyyleille se vaatii niin pitkä aika, mikä voidaan sanoa niiden käytännöllisestä läpäisevyydestä kalvon lipidikaksoiskerrokselle. Aineiden diffuusionopeus kalvon läpi riippuu pääasiassa molekyylien koosta ja niiden suhteellisesta liukoisuudesta rasvoihin.

Pienet ei-polaariset molekyylit, kuten O2, steroidit, kilpirauhashormonit ja rasvahapot, kulkeutuvat lipidikalvon läpi helpoimmin yksinkertaisella diffuusiolla. Pienet polaariset varauksettomat molekyylit - CO2, NH3, H2O, etanoli, urea - myös diffuusoituvat melko suurella nopeudella. Glyserolin diffuusio on paljon hitaampaa, eikä glukoosi käytännössä pysty kulkemaan kalvon läpi itsestään. Kaikille varautuneille molekyyleille, koosta riippumatta, lipidikalvo on läpäisemätön.

Tällaisten molekyylien kuljettaminen on mahdollista, koska kalvoissa on joko proteiineja, jotka muodostavat lipidikerrokseen vedellä täytettyjä kanavia (huokosia), joiden läpi tietynkokoiset aineet voivat kulkea yksinkertaisella diffuusiolla, tai spesifisiä kantajaproteiineja, jotka jotka ovat selektiivisesti vuorovaikutuksessa tiettyjen ligandien kanssa, helpottavat niiden siirtoa kalvon läpi (helpotettu diffuusio).

Passiivisen aineiden kuljetuksen lisäksi soluissa on proteiineja, jotka pumppaavat aktiivisesti tiettyjä veteen liuenneita aineita gradienttiaan vastaan, ts. pienemmästä pitoisuudesta korkeampaan pitoisuuteen. Tämä prosessi, jota kutsutaan aktiiviseksi kuljetukseksi, suoritetaan aina kantajaproteiinien avulla ja tapahtuu energiankulutuksella.

Kanavan ulompi osa on suhteellisen esteetön tutkittavaksi, sisäosan tutkiminen on merkittäviä vaikeuksia. P. G. Kostyuk kehitti solunsisäisen dialyysin menetelmän, jonka avulla on mahdollista tutkia ionikanavien tulo- ja lähtörakenteiden toimintaa ilman mikroelektrodeja. Kävi ilmi, että solunulkoiseen tilaan avoin ionikanavan osa eroaa toiminnallisilta ominaisuuksiltaan solunsisäistä ympäristöä päin olevasta kanavan osasta.

Ionikanavat tarjoavat kalvolle kaksi tärkeää ominaisuutta: selektiivisyyden ja johtavuuden.

Kanavan selektiivisyys tai selektiivisyys saadaan aikaan sen erityisellä proteiinirakenteella. Suurin osa kanavista on sähköisesti ohjattuja, eli niiden kyky johtaa ioneja riippuu kalvopotentiaalin suuruudesta. Kanava on toiminnallisilta ominaisuuksiltaan heterogeeninen, erityisesti kanavan sisäänkäynnissä ja sen ulostulossa sijaitseville proteiinirakenteille (ns. porttimekanismit).

Fickin yhtälö

“–”-merkki osoittaa, että ainevuon kokonaistiheys diffuusion aikana on suunnattu tiheyden laskuun, D on diffuusiokerroin. Kaava osoittaa, että aineen J vuontiheys on verrannollinen diffuusiokertoimeen D ja pitoisuusgradienttiin. Tämä yhtälö ilmaisee Fickin ensimmäisen lain (Adolf Fick on saksalainen fysiologi, joka loi diffuusiolait vuonna 1855).

Ioniselektiivinen kanava koostuu seuraavista proteiiniosan osista, jotka on upotettu kaksoiskerrokseen, jolla on alayksikkörakenne; selektiivinen suodatin, joka muodostuu negatiivisesti varautuneista happiatomeista, jotka sijaitsevat jäykästi tietyllä etäisyydellä toisistaan ​​ja läpäisevät vain tietyn halkaisijan omaavia ioneja; portin osa. Ionikanavat tarjoavat kalvolle kaksi tärkeää ominaisuutta: selektiivisyyden ja johtavuuden. Kalsiumkanavilla on keskeinen rooli sydänsoluissa.

Bibliografia

2. Yu. I. Afanasiev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky et ai., Histology. M.

4. Filippovich Yu.B. Biokemian perusteet. M., valmistua koulusta, 1985. Diffuusio

5. Basniev K. S., Kochina N. I., Maksimov M. V. Underground hydromechanics. // M.: Nedra, 1993, s. 41-43

6. Gennis R. Biomembranes. Molekyylirakenne ja toiminnot. M., Mir, 1997

OSASTO-2

LABORATORIOTUNNIT

Lab #1

Elävien ja kuolleiden solujen kalvon läpäisevyyden vertailu

Harjoittele: tunnistaa erot elävien ja kuolleiden solujen kalvojen läpäisevyydessä ja tehdä johtopäätös näiden erojen syistä.

Materiaalit ja varusteet: koeputket, koeputkiteline, skalpelli, alkoholilamppu tai kaasupoltin, 30 % etikkahappoliuos, punajuuri.

Käyttömenettely

1. Sisäkudosten poistamisen jälkeen juurikas leikataan kuutioiksi (kuution sivu on 5 mm) ja pestään huolellisesti vedellä vaurioituneiden solujen sisältämän pigmentin poistamiseksi.

2. Yksi punajuuripala upotetaan kolmeen koeputkeen. Ensimmäisessä ja toisessa kaada 5 ml vettä, kolmanteen - 5 ml 30-prosenttista etikkahappoliuosta. Ensimmäinen koeputki jätetään kontrollia varten. Toisen kiehumisen sisältö 2-3 minuuttia.

3. Punajuurisolujen vakuolit sisältävät betasyaniinia, pigmenttiä, joka antaa väriä juurikudokselle. Elävien solujen tonoplastit eivät läpäise tämän pigmentin molekyylejä. Solukuoleman jälkeen tonoplasti menettää puoliläpäisevyysominaisuuden, muuttuu läpäiseväksi, pigmenttimolekyylit poistuvat soluista ja värittävät vettä.

Toisessa ja kolmannessa putkessa, joissa solut tapettiin keittämällä tai hapottamalla, vesi värjäytyy, kun taas ensimmäisessä putkessa se pysyy värjäytymättömänä.

4. Kirjoita muistiin havaintojen tulokset.

Lab #2

Turgor, plasmolyysi ja deplasmolyysi

Harjoittele: tutkia mikroskoopilla turgorin, plasmolyysin ja deplasmolyysin ilmiöitä sinisipulin orvaskeden soluissa.

Materiaalit ja varusteet: mikroskoopit, leikkaustarvikkeet, alkoholilamput, sinisipulit, punajuurijuuret, 30 % sokeriliuos, 5-8 % kaliumnitraattiliuos.

Käyttömenettely

1. Leikkaa sinisipulin orvaskesta tasomainen leikkaus, aseta se lasilevylle vesipisarassa.

2. Sulje tippa kansilasilla ja tarkkaile soluja turgoritilassa mikroskoopilla.

3. Ota tippa 30 % sokeriliuosta ja aseta se peitinlasin viereen.

4. Kosketa kansilasin toista päätä suodatinpaperilla ja korvaa valmisteen sisältämä vesi sokeriliuoksella.

5. Tarkkaile uudelleen mikroskoopin alla. Jos plasmolyysi ei ole vielä havaittavissa, toista veden korvaaminen sokeriliuoksella.

Mikroskoopin alla plasmolyysi epidermiksen elävissä soluissa on selvästi näkyvissä.

6. Suorita koe päinvastaisessa järjestyksessä, eli palauta vesi uudelleen ja tarkkaile deplasmolyysiilmiötä.

7. Piirrä solut turgorissa, plasmolyysissä ja deplasmolyysissä.

8. Todistaaksesi, että plasmolyysi ja deplasmolyysi tapahtuvat vain elävissä soluissa, suorita tällainen koe rinnakkain. Yksi sipuliordermiksen osista, joka on asetettu vesipisaraan, pitää alkoholilampun liekin päällä tappaakseen solut. Levitä sitten sokeriliuosta ja katso tapahtuuko plasmolyysi.

Kuvatun kokemuksen avulla voit tutustua turgorin, plasmolyysin ja deplasmolyysin prosesseihin, mutta myös soluun pääsevien aineiden prosessiin (tässä tapauksessa sokerimolekyyleihin liuoksesta).

Tutkittaessa plasmolyysin ja deplasmolyysin ilmiöitä syötäväjuurisoluissa, menettely on sama, mutta sokeriliuoksen sijasta on parempi käyttää 5-prosenttista kaliumnitraattiliuosta.

Lab #3

Transpiraation määrittäminen painon mukaan

Harjoittele: määrittää kasvin haihduttaman veden määrä tietyn ajan kuluessa painomenetelmällä.

Materiaalit ja varusteet: vaa'at, painot, sakset, astiat, teline, elävät kasvit.

Käyttömenettely

1. Kiinnitä U-putki telineeseen ja kaada siihen vettä. Leikkaa kasvista yksi lehti (tai pieni oksa, jossa on kaksi lehteä) ja vahvista se toisessa polvessa vanutulpalla (vanutulppa ei saa koskettaa veteen, muuten vesi haihtuu sen läpi). Sulje toinen polvi kumi- tai muovitulpalla (jos tällaista putkea ei ole, voit ottaa yksinkertaisen koeputken ja kaada kasviöljyä veden pinnalle, jotta se ei haihdu).

2. Punnitse instrumentti ja samalla pieni, vedellä täytetty muotti. Aseta laite ja kiteyttäjä ikkunalle.

3. Punnitse uudelleen 1-2 tunnin kuluttua. Massa pienenee molemmissa tapauksissa veden haihtuessa.

Lab #4

Avanteen liikkeen tarkkailu

Harjoittele: tarkkaile suuaukon liikkeitä, selitä avanneliikkeiden syyt, piirrä stomata veteen ja liuoksiin 5 ja
20%- th glyseriini.

Työn tavoite: tarkkaile vatsan liikkeitä vedessä ja glyseroliliuoksessa.

Materiaalit ja varusteet: glyseriiniliuokset (5 ja 20 %), 1 M sakkaroosiliuos, mikroskoopit, objektilasit ja peitelasit, leikkausneulat, suodatinpaperi, pullot, minkä tahansa kasvien lehdet.

Käyttömenettely

1. Valmista useita osia alemman lehden orvaskesta ja aseta ne 2 tunniksi 5-prosenttiseen glyseroliliuokseen. Glyseriini tunkeutuu suojasolujen tyhjiin, alentaa niiden vesipotentiaalia ja siten lisää niiden kykyä imeä vettä. Leikkeet asetetaan lasilevylle samassa liuoksessa, solujen tila kirjataan ja ne piirretään.

2. Korvaa glyseriini vedellä vetämällä se lasin alta suodatinpaperilla. Tässä tapauksessa havaitaan vatsahalkeamien avautumista. Piirrä valmistelu.

3. Korvaa vesi vahvalla osmoottisella aineella - 20 % glyseroliliuoksella tai 1 M sakkaroosiliuoksella. Tarkkaile stomatan sulkeutumista.

4. Tee johtopäätökset.

Lab #5

Fotosynteesituotteet

Harjoittele: tutkia primaarisen tärkkelyksen muodostumisprosessia lehdissä.

Materiaalit ja varusteet: alkoholilamput, vesihauteet, sakset, sähköliesi, hehkulamput 200-300 W, astiat, elävät kasvit (kurpitsa, pavut, pelargonium, helokki jne.), etyylialkoholi, jodiliuos kaliumjodidissa.

Käyttömenettely

1. Osoita tärkkelystestillä, että tärkkelystä muodostuu fotosynteesin aikana.

Hyvin kasteltu kasvi tulee sijoittaa 2-3 päiväksi pimeään paikkaan. Tänä aikana assimilaatteja virtaa ulos lehdistä. Uutta tärkkelystä ei voi muodostua pimeässä.

Jotta fotosynteesiprosessista saadaan kontrastia, osa lehdestä on tummennettava. Voit tehdä tämän käyttämällä valokuvanegatiivia tai kahta identtistä läpinäkymätöntä näyttöä kiinnittämällä ne ylhäältä ja alhaalta. Piirustukset näytölle (leikkaukset) voivat olla hyvin erilaisia.

200-300 W hehkulamppu asetetaan 0,5 m etäisyydelle levystä. Tunnin tai kahden kuluttua arkki on käsiteltävä edellä kuvatulla tavalla. On helpompaa tehdä tämä tasaisella lautasella. Samalla käsitellään koko ajan pimeänä pysynyt arkki.

Valaistukseen altistuvat osat ovat siniset ja loput keltaisia.

Kesällä voit muokata kokemusta - sulje muutama lehti kasvista ja laita niihin mustia läpinäkymättömiä paperipusseja sopivilla leikkauksilla; Leikkaa lehdet kahden tai kolmen päivän kuluttua aurinkoisen päivän päätteeksi, keitä ne ensin vedessä, värjää sitten alkoholilla ja käsittele jodiliuoksella kaliumjodidissa. Lehtien tummennetut alueet ovat vaaleita, ja valaistut alueet muuttuvat mustiksi.

Joissakin kasveissa (esimerkiksi sipulissa) fotosynteesin päätuote ei ole tärkkelys, vaan sokeri, joten tärkkelystesti ei sovellu niihin.

2. Kirjaa muistiin havaintojen tulokset.

Lab #6

Pigmenttien saaminen alkoholiuutteen lehdistä
ja niiden erottaminen

Harjoittele: hanki pigmenteistä alkoholiuute, erota ne ja tutustu pigmenttien perusominaisuuksiin.

Materiaalit ja varusteet: sakset, huhmarit survimilla, telineet koeputkilla, astiat, alkoholilamput, vesihauteet, tuoreet tai kuivat lehdet (nokkonen, aspidistra, muratti tai muut kasvit), etyylialkoholi, bensiini, 20 % NaOH (tai KOH), kuiva liitu, hiekka.

Käyttömenettely

1. Laita kuivat, saksilla pilkotut lehdet puhtaaseen huhmareeseen, lisää vähän liitua neutraloimaan solumehlan happoja. Jauha massa perusteellisesti survimella lisäämällä etyylialkoholia (100 cm 3) ja suodata sitten liuos.

Tuloksena oleva klorofylliuute fluoresoi: läpäisevässä valossa se on vihreää, heijastuneessa valossa kirsikanpunaista.

2. Erottele pigmentit Kraus-menetelmällä.

Tätä varten kaada 2-3 cm 3 uutetta koeputkeen ja lisää puolitoista tilavuutta bensiiniä ja 2-3 tippaa vettä; sitten sinun on ravistettava koeputkea ja odotettava, kunnes kaksi kerrosta tulee selvästi näkyviin - bensiini ylhäällä, alkoholi pohjassa. Jos irtoaminen ei tapahdu, lisää lisää bensiiniä ja ravista putkea uudelleen.

Sameuden sattuessa lisää hieman alkoholia.

Koska bensiini ei liukene alkoholiin, se päätyy yläosaan. Vihreä väri yläkerros osoittaa, että klorofylli on siirtynyt bensiiniksi. Sen lisäksi karoteeni liukenee myös bensiiniin. Alla, alkoholissa, jää ksantofylliä. Alakerros on keltainen.

Liuoksen laskeutumisen jälkeen muodostuu kaksi kerrosta. Klorofyllin saippuoitumisen seurauksena alkoholit lohkeavat ja muodostuu klorofylliinin natriumsuolaa, joka, toisin kuin klorofylli, ei liukene bensiiniin.

Parempaa saippuoitumista varten koeputki, johon on lisätty NaOH, voidaan laittaa vesihauteeseen, jossa on kiehuvaa vettä, ja heti, kun liuos kiehuu, voidaan poistaa. Sen jälkeen kaadetaan bensiiniä. Karoteeni ja ksantofylli siirtyvät bensiinikerrokseen (ylempi) (väri on keltainen) ja alkoholikerrokseen - natriumsuolaa klorofyllihappo.

Lab #7

Kasvien hengityksen tunnistus

Harjoittele: todista, että hiilidioksidia vapautuu kasvin hengityksen aikana, piirrä laite, joka auttaa havaitsemaan hengityksen CO 2:n vapautumisen perusteella, tee kuvatekstit kuvalle.

Materiaalit ja varusteet: 2 lasipurkkia, joiden tilavuus on 300-400 ml, 2 kumia, joissa on reiät suppiloille ja putkille, 2 suppiloa, 2 kaarevaa "P" lasiputkea, 18-20 cm pitkä ja 4-5 mm halkaisijaltaan, 2 koeputkea, dekantterilasi, Ba(OH)2-liuos, itäneet vehnän, auringonkukan, maissin, herneiden jne. siemenet.

Käyttömenettely

1. 50-60 g itäneitä siemeniä kaadetaan lasipurkkiin, joka suljetaan tiiviisti korkilla, johon työnnetään suppilo ja kaareva lasiputki, ja jätetään 1-1,5 tunniksi.Tänä aikana hiilidioksidia kerääntyy purkki siementen hengityksen seurauksena. Se on ilmaa raskaampaa, joten se on keskittynyt tölkin pohjalle eikä pääse ilmakehään suppilon tai putken kautta.

2. Samanaikaisesti otetaan kontrollipurkki ilman siemeniä, suljetaan myös suppilolla ja lasiputkella varustetulla kumitulpalla ja asetetaan ensimmäisen purkin viereen.

3. Lasiputkien vapaat päät lasketaan kahteen koeputkeen bariittivedellä. Molemmissa purkeissa suppilon kautta ne alkavat vähitellen kaataa vettä. Vesi syrjäyttää tölkeistä CO 2:lla rikastetun ilman, joka tulee koeputkiin Ba(OH) 2 -liuoksella. Tämän seurauksena bariittivesi muuttuu sameaksi.

4. Vertaa sameusastetta Ba(OH) 2 molemmissa koeputkissa.

Lab #8

Hengityksen intensiteetin määritys Conway-kupeissa

Harjoittele: tehdä koe ja laskea tutkittavien kohteiden hengityksen intensiteetti kokeen muunnelmista riippuen.

Materiaalit ja varusteet: Conway-kupit, vaseliini, byretit, kolmijalat, suodatinpaperi, sakset, vaa'at, painot, reagenssit: 0,1n Ba(OH) 2 ; 0,1 N HCl, fenolftaleiini, kaikki taimet ja aikuiset kasvit tai niiden elimet.

Käyttömenettely

1. Conwayn kupit kalibroidaan ennen koetta, niiden tulee olla samat kontrolli- ja kokeellisissa vaihtoehdoissa. Jokainen kokeen variantti on asetettu kolmena kappaleena.

2. 0,5-1,0 g painoinen näyte kasvimateriaalista asetetaan Conway-kupin ulkoympyrään. 1 tai 2 ml 0,1 n Ba (OH) 2:ta kaadetaan sisäsylinteriin. ohuen osan läpinäkyvä ääriviiva kupista ilmestyi) ja laita se pimeään 20–40 minuutiksi (fotosynteesin poissulkemiseksi kasvien vihreissä kudoksissa). Altistuksen aikana Conway-maljan tilavuuteen kertynyt hiilidioksidi reagoi bariumhydroksidin kanssa:

CO 2 + Ba (OH) 2 \u003d BaCO 3 + H 2 O.

Ylimäärä Ba(OH)2:ta titrataan 0,1 N HCl:lla fenolftaleiinia varten, kunnes vaaleanpunainen väri katoaa.

3. Samanaikaisesti kokeellisen kanssa laita kontrollikuppi Conwayta (ilman näytettä). Siihen kaadetaan sama tilavuus 0,1 N Ba(OH)2-liuosta, suljetaan hiotulla kannella ja jätetään koekupin viereen. Tässä kupissa oleva bariumhydroksidi reagoi hiilidioksidi, joka oli alun perin tilavuudessaan osana ilmaa. Ylimääräinen bariitti titrataan.

4. Laske hengitystiheys (I. d.) Ba (OH) 2 -ylimäärän titraamiseen käytetyn suolahappoliuoksen tilavuuksien eron mukaan kontrolli- ja koekupeissa:

Mg CO 2 / (g ∙ h),

jossa VHC1k on 0,1 n HC1:n tilavuus, jota käytetään ylimääräisen Ba(OH)2:n titraamiseen kontrollikupilla; V HC1op on 0,1 n HC1:n tilavuus, jota käytetään ylimääräisen Ba(OH)2:n titraamiseen testimaljassa; R- näytteen paino, g;

t - aika, h; 2.2 - HC1:n muuntokerroin CO 2:ksi (1 ml 0,1 n HC1 tai Ba(OH) 2 vastaa 2,2 mg CO 2:ta).

Lab #9

Eri alkuaineiden merkitys kasveille

Harjoittele: tutkia eri mineraalielementtien merkitystä aspergillussienen kasvulle.

Materiaalit ja varusteet: vaaka, termostaatti, pumpulitulpat, suodattimet, viisi 100 cm 3 pulloa, koeputket, pipetti, kaksi lasia, suppilo, mineraalisuolat, sakkaroosi, orgaaninen happo (sitruuna), peruna- tai leipäpaloilla kasvatettu aspergillus-sieniviljelmä 3 hengelle - 4 päivää.

Käyttömenettely

1. Kasvata sieniä ravinneseoksilla.

On todettu, että aspergillus asettaa mineraaliravinnon olosuhteille suunnilleen samat vaatimukset kuin korkeampia kasveja. Kivennäisaineista sieni ei tarvitse vain kalsiumia. Ravinneseokset valmistetaan 100 cm 3:n pulloissa ja valmistetaan tietyn kaavion mukaisesti (taulukko 1).

Pullojen numerointi vastaa kokeen muunnelmien numerointia. Kirjaa kokeen tulokset alle.

pöytä 1

Kaavio ravinneseosten koostumukselle

Sitruunahappoa lisätään luomaan hapan ympäristö, joka on suotuisa Aspergillukselle, mutta estää muiden mikro-organismien kehittymisen.

2. Kaada steriiliä vettä koeputkeen tai -pulloon ja laita siihen steriilillä silmukalla otettu sienen rihmasto, sekoita sisältöä sormien tai kämmenten välissä pyörittämällä.

Lisää saatu suspensio steriilillä pipetillä kaikkiin pulloihin.

Sulje pullot vanutulpilla ja aseta ne termostaattiin 30-35 °C:n lämpötilaan. Seuraa viikon päästä.

Kokeen ydin on siinä, että määrittämällä eri ravinneseoksilla kasvatetun sienen myseelin massa voidaan selvittää sen yksittäisten alkuaineiden tarve.

3. Punnitse, jota varten otamme kaksi puhdasta lasia, yhden suppilon ja useita samanlaisia ​​paperisuodattimia. Punnitaan yksi dekantterilasi (nro 1), jossa on suppilo ja suodatin, ja kirjataan paino. Laita sitten suppilo toiseen dekantterilasiin (nro 2), siirrä sienen myseeli ensimmäisestä pullosta suodattimelle, huuhtele vedellä ja siirrä suppilo takaisin dekantterilasiin nro 1, kun vesi huokaa. Punnitse uudelleen. On selvää, että tulos on suurempi, koska sienen myseeli on lisätty.

... - Balashov: Nikolaev, 2007. - 48 s. ISBN 978-5-94035-300-3 koulutuksellinen-menetelmällinenpäästöoikeuksia menetelmät on kuvattu... fysiologiakasvit: opinnot. korvaus/ toim. V. B. Ivanova. - Akatemia, 2001. - 144 s. Zanina, M.A. Fysiologiakasvit: oppikirja-menetelmä. korvaus ...

Eri aineet kulkevat kalvon läpi eri nopeuksilla, joten sanomme, että kalvot ovat selektiivisesti läpäiseviä. Tässä tapauksessa aineiden kulkunopeus vaihtelee solun tai organellin fysiologisen tilan mukaan.

Selektiivisen läpäisevyyden ansiosta ne säätelevät aineiden kuljetusta ulkoisen ympäristön ja solun välillä, organellien ja sytoplasman välillä jne.

Kalvot säätelevät aineiden virtausta soluun ja erittymistä siten, että ne säätelevät biokemiallisten reaktioiden nopeutta ja suuntaa, jotka muodostavat kehon aineenvaihdunnan perustan. Kalvojen erittäin selektiivinen läpäisevyys riippuu solun aineenvaihdunnasta.

Kalvot säätelevät aineenvaihduntaa toisella tavalla - muuttamalla entsyymien toimintaa. Jotkut entsyymit ovat aktiivisia vain, kun ne ovat kiinnittyneet kalvoon, toiset päinvastoin eivät osoita aktiivisuutta tässä tilassa ja alkavat toimia vasta sen jälkeen, kun kalvo vapauttaa ne "vapauteen". Muutos kalvon läpäisevyydessä voi helpottaa entsyymin kontaktia substraatin kanssa, minkä jälkeen alkaa kemiallinen reaktio, joka alun perin oli mahdotonta.

Kalvoentsyymit toimivat hyvin vain, kun ne ovat kosketuksissa lipidien kanssa. Lipidien läsnä ollessa kalvoproteiinimolekyylien, entsyymien muoto voi muuttua niin, että niiden aktiiviset keskukset tulevat substraatin ulottuville. Lisäksi entsyymin sijainti kalvolla määrittää tämän reaktion paikan solussa.

Toinen tärkeä puoli kalvojen entsymaattinen aktiivisuus on soluissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden koordinointia. Kun useat entsyymit katalysoivat reaktioketjua, jossa ensimmäisen reaktion tuote toimii substraattina toiselle jne., niin nämä entsyymit sijaitsevat kalvolla tietyssä järjestyksessä muodostaen monientsyymijärjestelmän. Kalvossa on monia tällaisia ​​järjestelmiä, esimerkiksi hengitysentsyymien ketju. Tässä tapauksessa entsyymit on järjestetty tiukkaan järjestyksessä siten, että niiden välillä on pienin etäisyys.

solujen lokerointi – välttämätön ehto elämää varten ja yksi kalvojen päätehtävistä. Ensinnäkin kalvot lisäävät solun sisäpintaa, jolle entsyymit sijaitsevat ja kulkevat kemialliset reaktiot. Toiseksi eri osastojen kemiallinen koostumus eroaa toisistaan. Lisäksi, koska lokerot ovat erilaisia kemiallinen koostumus niissä tapahtuu erilaisia ​​biokemiallisia reaktioita, sitten kalvojen avulla suoritetaan aineenvaihduntaprosessien fyysinen erottelu, usein vastakkainen. Esimerkiksi proteiinisynteesi tapahtuu ribosomeissa ja hajoaminen tapahtuu lysosomeissa. Kutakin näistä prosesseista säädellään toisistaan ​​riippumatta. Otetaan toinen esimerkki: rasvahappojen synteesi ja niiden hapettuminen. Ensimmäinen prosessi tapahtuu sytoplasmassa, toinen - mitokondrioissa.

Metaboliset järjestelmät eivät kuitenkaan ole täysin eristettyjä toisistaan. Membraaneilla, jotka jakavat solun osastoihin, on erikoistuneet mekanismit, jotka kuljettavat substraatteja, reaktiotuotteita sekä kofaktoreita ja yhdisteitä, joilla on säätelevä vaikutus toisiinsa. Siten osastoissa tapahtuvien yksittäisten aineenvaihduntaprosessien nopeus on osittain säädelty liikennejärjestelmät kalvot.

Aineenvaihduntaprosessien nopeuden säätely voi tapahtua säänneltyjen aineiden siirtyessä osastosta toiseen.

Eri osastoissa on erilaisia ​​pitoisuuksia orgaanisia aineita, ioneja, erilainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi tyhjiöissä on aina tarjonta aminohappoja, orgaanisia happoja, sokereita, ioneja. Tämä johtaa solun kemialliseen heterogeenisyyteen. Ionien epätasainen pitoisuus kalvon molemmilla puolilla johtaa sähköpotentiaalien eron ilmaantuvuuteen. Siten plasmakalvolla on negatiivinen varaus, kun taas tonoplastilla on positiivinen varaus. Erilaiset pitoisuudet ja kemiallinen koostumus aiheuttavat erilaisia ​​viskositeetteja sytoplasman eri osissa.

Kalvoilla, joilla on selektiivinen läpäisevyys, siirtämällä tarvittavat aineet soluun, on toinen tehtävä - ne säätelevät homeostaasia. Homeostaasi kutsutaan solun (organellin, elimen, organismin, ekosysteemin) ominaisuudeksi säilyttää sisäisen ympäristönsä vakio.

Miksi solun sisäisen ympäristön pitäisi pysyä vakiona? Kalvoproteiinit ja entsyymiproteiinit ovat pallomaisia. Proteiinimolekyylien globulaarinen luontainen rakenne riippuu heikoista sidoksista, jotka tuhoutuvat helposti pienelläkin muutoksella solun sisäisessä ympäristössä. Siten solun täytyy ylläpitää homeostaasia, jotta proteiinien luontainen rakenne ei muutu. Jos proteiinin tertiäärinen tai kvaternäärinen rakenne muuttuu, entsyymi menettää tai muuttaa aktiivisuuttaan ja entsyymin ja substraatin rakenteen välinen tiukka vastaavuus rikkoutuu, jotta reaktio etenee.

Proteiinimolekyylin rakenne määrää sen sijoittumisen kalvoon ja siten sen ominaisuudet ja toiminnot. Muutos proteiinimolekyylien konformaatiossa voi muuttaa hydrofobisten ja hydrofiilisten radikaalien määrää sen pinnalla. Tämä johtaa muutokseen proteiinipallojen järjestelyssä kalvossa. Jälkimmäinen vaikuttaa sen selektiiviseen kykyyn ja muihin ominaisuuksiin, mikä puolestaan ​​​​aiheuttaa heterogeenisyyden rikkomista, entsyymien katoamista ja voi johtaa solukuolemaan.

Kalvot osallistuvat solujen sopeutumiseen muuttuviin olosuhteisiin ympäristöön, josta keskustelemme alla.

Suurin osa kalvot suorittavat yleisten toimintojen, kuten aineenvaihdunnan säätelyn, lokeroinnin, lisäksi erityisiä. Esimerkiksi mitokondrioiden ja kloroplastien kalvot osallistuvat suoraan ATP:n synteesiin. Elämä on jatkuvaa työtä, jonka suorittamiseen on välttämätöntä käyttää energiaa koko ajan.

Siten ATP:n synteesi on tarpeen jatkuvasti, se liittyy tiukasti määriteltyyn organellikalvojen rakenteeseen (kloroplastit, mitokondriot). Tämän rakenteen rikkominen johtaa ATP-synteesin vähenemiseen, mikä tarkoittaa kuolemaa.

Kalvojen labiili rakenne mahdollistaa niiden suorituskyvyn erilaisia ​​toimintoja: este, kuljetusosmoottinen, sähköinen, rakenteellinen, energia, biosynteettinen, eritys, reseptoria säätelevä ja jotkut muut.

SISÄÄN Viime aikoina Yhä enemmän näyttöä kertyy siitä, että jotkut kalvot muodostuvat kalvomateriaalin fyysisen siirtymisen seurauksena yhdestä solukomponentista toiseen. On olemassa todisteita, joiden avulla voimme pitää ES:tä niiden rakennuspalikoiden lähteenä, jotka lopulta sisältyvät plasmalemmaan. Ehkä tämä johtuu Golgi-säiliöiden vesikkelien nauhoittamisesta. Todennäköisesti kahden tyyppiset kalvot rakennetaan uudelleen Golgi-laitteistoksi: ES:lle tyypilliset kalvot, plasmalemmalle ominaiset kalvot.

Lopuksi osoitamme kalvojen tärkeimmät ominaisuudet:

1. Kalvot ovat monimutkaisia ​​rakenteita. Ne koostuvat rakenteelliset proteiinit ja lipidit, mutta ne voivat sisältää myös erittäin spesifisiä entsyymien, pigmenttien ja kofaktoreiden molekyylejä.

2. Kalvon muodostavien proteiini- ja lipidimolekyylien kemiallisen vaihtelevuuden vuoksi ja niiden toiminnoista riippuen eri kalvoilla voi olla erilaisia ​​rakenteita.

3. Kalvojen rakenne tarjoaa korkea tutkinto mitkä tietyt molekyylit voivat muodostaa monimutkaisia ​​toiminnallisia yksiköitä.

4. Entsymaattiset reaktiot ja muut prosessit kalvoissa voivat johtaa spatiaalisesti suunnattuihin tai vektorireaktioihin; kalvot ovat epäsymmetrisiä

Plasmolyysi (kreikan sanasta plásma - muotoiltu, koristeltu ja lýsis - hajoaminen, hajoaminen), protoplastin erottaminen kalvosta, kun solu upotetaan hypertoniseen liuokseen.

Plasmolyysi on tyypillistä pääasiassa kasvisoluille, joilla on vahva selluloosakalvo. Eläinsolut kutistuvat, kun ne siirretään hypertoniseen liuokseen. Protoplasman viskositeetista, solun ja ulkoisen liuoksen osmoottisen paineen välisestä erosta ja siten protoplasman vedenhäviön nopeudesta ja asteesta riippuen esiintyy kupera, kovera, kouristava ja kansiplasmolyysi. Joskus plasmolysoidut solut pysyvät hengissä; kun tällaiset solut upotetaan veteen tai hypotoniseen liuokseen, tapahtuu deplasmolyysi.

Kudosten plasmolyysin vertailevaa arviointia varten on kaksi menetelmää:

Rajaplasmolyysimenetelmä
- Plasmometrinen menetelmä.

Ensimmäinen menetelmä, jonka on kehittänyt Hugo De Vries (1884), koostuu kudosten upottamisesta liuoksiin, joissa on erilaisia ​​pitoisuuksia KNO3:a, sakkaroosia tai muita osmoottisesti aktiivisia aineita, ja pitoisuuden asettamisesta, jossa 50 % soluista plasmolysoituu. Plasmometrisellä menetelmällä plasmolyysin jälkeen mitataan solun ja protoplastin suhteellinen tilavuus ja solun osmoottinen paine lasketaan liuoksen pitoisuudesta (vastaavien kaavojen mukaan).

Deplasmolyysi (de... ja plasmolyysistä) - kasvisolujen protoplastin palautuminen plasmolyysitilasta alkuperäiseen tilaan, jolle on ominaista normaali turgor.

Deplasmolyysi tapahtuu, kun plasmolysoidut solut (eli solut, jotka ovat käyneet läpi plasmolyysin) siirretään veteen tai hypotonisiin liuoksiin.

Turgor (myöhäinen latinalainen turgor - turvotus, täyttyminen, latinasta turgere - olla turvonnut, täynnä), stressitila solukalvon, riippuen solunsisäisen nesteen osmoottisesta paineesta (P sisäinen), ulkoisen liuoksen osmoottisesta paineesta (P ulkoinen) ja solukalvon elastisuudesta (SV) . Yleensä eläinsolujen UV (lukuun ottamatta joitakin koelenteraatteja) on alhainen, niiltä puuttuu korkea T. ja ne pysyvät ehjinä vain isotonisissa liuoksissa tai sellaisissa, jotka eroavat vähän isotonisista (P-sisäisen ja P-ulkoisen ero on alle 0,5-1,0 olen). Elävissä kasvisoluissa sisäinen P on aina suurempi kuin ulompi P, mutta solukalvon repeämä ei tapahdu selluloosasolun seinämän vuoksi. Ero P:n sisäisen ja ulkoisen P:n välillä kasveissa (esimerkiksi halofyyttikasveissa, sienissä) on 50-100 am, mutta myös tässä tapauksessa kasvisolun turvallisuusmarginaali on 60-70%. Useimmissa kasveissa T.:n aiheuttama solukalvon suhteellinen venymä ei ylitä 5–10 % ja turgoripaine on välillä 5–10 am. T.:n ansiosta kasvikudoksilla on joustavuutta ja rakenteellista lujuutta. Kaikkiin autolyysin, kuihtumisen ja ikääntymisen prosesseihin liittyy T:n lasku.

Vesi(vetyoksidi) - binaarinen epäorgaaninen yhdiste, kemiallinen kaava H 2 O. Vesimolekyyli koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä hapesta, jotka on liitetty toisiinsa kovalenttisella sidoksella. Normaaleissa olosuhteissa se on läpinäkyvä neste, väritön (pieni tilavuus), haju ja maku. Kiinteässä tilassa sitä kutsutaan jääksi (jääkiteet voivat muodostaa lunta tai huurretta), ja kaasumaisessa tilassa sitä kutsutaan vesihöyryksi. Vesi voi olla myös muodossa nestekiteitä(hydrofiilisilla pinnoilla). Noin 71% maapallon pinnasta on veden peitossa (valtameret, meret, järvet, joet, jää) - 361,13 miljoonaa km2. Maapallon vedestä noin 96,5 % on valtamerissä, 1,7 % maailman varannoista on pohjavettä, 1,7 % Etelämantereen ja Grönlannin jäätikköissä ja jääpeitteissä, pieni osa joissa, järvissä ja soissa ja 0,001 % maapallolla. pilvet (muodostuvat ilmassa suspendoituneista jään ja nestemäisen veden hiukkasista). Suurin osa maapallon vedestä on suolaista, eikä se sovellu maatalouteen ja juomakelpoiseksi. Dolyapresnaya on noin 2,5%, ja 98,8% tästä vedestä on jäätiköissä ja pohjavedessä. Alle 0,3 % kaikesta makeasta vedestä löytyy joista, järvistä ja ilmakehästä, ja vielä pienempi määrä (0,003 %) löytyy elävistä organismeista.

Se on hyvä erittäin polaarinen liuotin. SISÄÄN luonnolliset olosuhteet sisältää aina liuenneita aineita (suoloja, kaasuja).

Vesi on avainasemassa elämän luomisessa ja ylläpitämisessä maapallolla kemiallinen rakenne eläviä organismeja ilmaston ja sään muodostumisessa. Se on tärkein aine kaikille maapallon eläville olennoille.

Ensimmäinen ominaisuus: vesi on ainoa aine maan päällä (paitsi elohopea),
joille ominaislämmön riippuvuus lämpötilasta on
Johtuen siitä, että veden ominaislämmöllä on
vähintään noin 37°C, normaali ihmiskehon lämpötila,
joka koostuu kahdesta kolmasosasta vedestä, on lämpötila-alueella
36°-38°C (sisäelimissä on korkeampi lämpötila kuin
ulkoinen).

Toinen ominaisuus: veden lämpökapasiteetti on epänormaali
korkea. Kuumentaaksesi tietyn määrän sitä yhdellä asteella,
energiaa tulee kuluttaa enemmän kuin muita nesteitä lämmitettäessä, -
vähintään kaksi kertaa verrattuna yksinkertaiset aineet. Tästä
seuraa ainutlaatuinen kyky vettä pitämään lämpimänä. ylivoimainen
useimmilla muilla aineilla ei ole tätä ominaisuutta. Tämä
veden poikkeuksellinen ominaisuus myötävaikuttaa siihen, että henkilö
normaali ruumiinlämpö pysyy samalla tasolla ja kuumana
päivällä ja viileä yöllä.

Vesi siis pelaa
johtava rooli ihmisen lämmönvaihdon säätelyprosesseissa ja
antaa hänelle mahdollisuuden ylläpitää mukavaa tilaa minimiin
energiakustannukset. Normaalissa ruumiinlämmössä ihminen on
edullisimmassa energiatilassa.

Lämpötila
myös muut lämminveriset nisäkkäät (32-39°C) korreloivat hyvin
veden vähimmäisominaislämpökapasiteetin lämpötila.

Kolmas
ominaisuus: veden ominaissulamislämpö on korkea, eli
vesi on erittäin vaikea jäätyä ja jää on erittäin vaikea sulaa. Seurauksena ilmasto
Maapallolla kokonaisuudessaan on melko vakaa ja pehmeä.

Kaikki kolme veden lämpöominaisuuksien ominaisuutta mahdollistavat ihmisen optimaalisen
tapa elää suotuisassa ympäristössä.

suorittaa kuljetustoiminnon ravinteiden "toimittamisessa" kudoksiin ja
elimet juurien ja lehtien ravinnon, aineenvaihduntaprosessien ja synteesin aikana,
- lämpöä säätelevä, estää kudosten ylikuumenemisen ja denaturoitumisen
proteiinien, mukaan lukien entsyymit ja hormonit, (tuhoaminen),
- on kasviorganismien pääkomponentti (80-90 %
kasvit koostuvat vedestä), mikä luo turgoria - kudosten joustavuutta,
- elementtilähteenä ravitsemus - vety(H) vaaditaan prosesseissa
primaaristen sokereiden fotosynteesi

Kasvisolut ovat täysin täynnä protoplasmaa vain varhaisimmassa kehitysvaiheessa. Hyvin pian protoplasmaan alkaa ilmaantua onteloita, tyhjiöitä - säiliöitä, joissa on solumehua. Vakuolien muodostuminen johtuu siitä, että protoplasmassa on aineita, jotka houkuttelevat voimakkaasti vettä. Solun kasvaessa ja ikääntyessä yksittäiset vakuolit sulautuvat yhdeksi jatkuvaksi onteloksi, ja protoplasma pelkistyy ohueksi kerrokseksi, joka peittää soluseiniä. Vain protoplasman säikeet ja filamentit ylittävät vakuolin, joka on kasvanut peittämään koko solun.

Tyhjiöissä sijaitsevalla solumahlalla on monimutkainen kemiallinen koostumus. Se sisältää liuenneita mineraalisuoloja, orgaanisia happoja (oksaali-, omena-, sitruuna-, viinihappo) ja niiden suoloja, sokereita, typpipitoisia aineita, alkaloideja, glukosideja, tanniineja jne.

Väriaineita löytyy usein solumahlassa - pigmenteistä (antosyaniini, harvemmin antokloori). Antosyaanien väri muuttuu ympäristön reaktiosta riippuen. Kun se on hapan, se on punainen tai violetti, kun emäksinen, se on sininen.

Antosyaani värjää juurikkaan juuret, punakaalin lehdet, violetit, punaiset ja siniset terälehdet. Toinen liukoinen pigmentti antokloori löytyy joskus myös terälehdistä ja värjää ne keltaisiksi.

Monien viljeltyjen kasvien hyödyllisyys riippuu solumehun koostumuksesta. Sokerijuurikkaan sokeripitoisuus, vesimelonin ja hedelmien makea maku määräytyy solumehlan mukaan. Elävä kasvisolu on osmoottinen järjestelmä, jossa erilaisia ​​aineita ohjataan kalvojen läpi suuremmasta pitoisuudesta pienempään, kunnes ne tasoittuvat.

Kun solu on vedessä tai erittäin heikolla suolaliuoksessa (kuten maa-aineliuoksessa), vesi pääsee solumahlaan, minkä seurauksena tyhjiön tilavuus kasvaa, venyttää protoplasmaa ja painaa sitä tiukasti kuorta vasten. Kuori myös venyy jonkin verran ja on, kuten sanotaan, turgorissa (jännityksessä). Kun soluissa on korkea sokeripitoisuus (kirsikoiden hedelmät, makeat kirsikat, viinirypäleet) ja runsaasti kosteutta (usein sateet), turgor voi olla niin suuri, että solut puhkeavat.

Käänteinen ilmiö havaitaan plasmolyysissä. Jos elävä kasvisolu asetetaan hypertoniseen sokeri- tai suolaliuokseen (voimakkaampi kuin solumehu), vesi tulee ulos solusta, koska tällaisen liuoksen osmoottinen (houkutteleva) voima on suurempi kuin solun osmoottinen voima. mahla.

Osmoottinen paine on erityisen korkea aavikoilla ja suolamailla kasvavissa kasveissa. Monissa tapauksissa se saavuttaa 50 ja jopa 100 atm. atm). Konsentraatiolla mitattuna joidenkin laitosten osmoottinen paine on monta kertaa suurempi kuin voimakkaimpien veturien höyrynpaine. Todellisuudessa solut joutuvat kokemaan vain eron osmoottisissa paineissa solumehlan ja maaliuosten välillä, joiden pitoisuus on korkea autiomaassa ja solonchaksissa.

Aineiden pääsyä soluun kutsutaan endosytoosiksi. Erota pinosytoosi ja fagosytoosi.
Fagosytoosi (kreikaksi fago - syömään) - kiinteiden orgaanisten aineiden imeytyminen soluun. Kun kiinteä hiukkanen on lähellä solua, sitä ympäröivät kalvon kasvut tai sen alle muodostuu kalvon invaginaatio. Tämän seurauksena hiukkanen suljetaan solun sisällä olevaan kalvovesikkeliin. Tätä vesikkeliä kutsutaan fagosomiksi. Termiä "fagosytoosi" ehdotti I. I. Mechnikov vuonna 1882. Fagosytoosi on ominaista alkueläimille, koelenteraateille, leukosyyteille sekä luuytimen, pernan, maksan ja lisämunuaisten kapillaarien soluille.
Toista tapaa, jolla aineet pääsevät soluun, kutsutaan pinosytoosiksi (kreikaksi pinot - juoma) - tämä on prosessi, jossa solu imeytyy pieniin nestepisaroihin, joihin on liuennut makromolekyylisiä aineita. Se suoritetaan sieppaamalla nämä pisarat sytoplasman kasvaimilla. Vangitut pisarat upotetaan sytoplasmaan ja imeytyvät sinne. Pinosytoosi-ilmiö on ominaista eläinsoluille ja yksisoluisille alkueläimille.
Toinen tapa, jolla aineet pääsevät soluun, on osmoosi - veden kulku selektiivisesti läpäisevän solukalvon läpi. Vesi siirtyy vähemmän väkevästä liuoksesta väkevämpään liuokseen. Aineet voivat kulkeutua kalvon läpi myös diffuusion kautta – näin lipideihin liukenevat aineet (yksinkertaiset ja esterit, rasvahapot jne.). Diffuusiossa pitoisuusgradienttia pitkin jotkut ionit kulkevat kalvon erityisten kanavien läpi (esimerkiksi kaliumioni poistuu solusta).
Lisäksi aineiden kuljetus kalvon läpi tapahtuu natrium-kaliumpumpulla: se siirtää natriumioneja ulos solusta ja kaliumioneja soluun pitoisuusgradienttia vastaan ​​ATP-energian kulutuksen kanssa.
Fagosytoosi, pinosytoosi ja natrium-kaliumpumppu ovat esimerkkejä aktiivisesta kuljetuksesta, kun taas osmoosi ja diffuusio ovat esimerkkejä passiivisesta kuljetuksesta.

KASVIJEN VESITASAPAINO

Kasvien saaman vesimäärän ja niiden saman ajanjakson aikana käyttämän vesimäärän suhde.

Vesitasapaino ja kuihtuminen. Yksi kasvin dynaamisimmista prosesseista on veden aineenvaihdunta, joka on läheisessä korrelaatiossa muiden kasvin elämänprosessien kanssa. Vesitase on kasvin vedenotto ja kulutus. Kohtuullinen haihtuminen ja riittävä veden saanti kasville, suotuisa vesitasapaino. Kirkkaana aurinkoisena päivänä tämä tasapaino häiriintyy ja kasveissa syntyy vesivaje, joka on yleensä 5-10 %. Tällaista puutetta pidetään melko normaalina, eikä se aiheuta paljon haittaa kasville.

Intensiivisen maaperän haihtumisen tai kuivumisen yhteydessä, kun veden virtaus kasviin pysähtyy, tapahtuu merkittävää menetystä kasvisolut vesi, jota ei täydenne imeytymällä maaperästä, mikä johtaa veden puutteeseen, jota havaitaan usein vuorokauden kuumimpina tunteina kasveissa.

Veden puutteessa lehdet menettävät turgorin, kuihtuvat, roikkuvat.

Jotkut kasvit, jotka ovat elimissä suuri numero mekaaniset kudokset, kuten immortelle (suku Helichrysum), eivät muuta niitä ulkomuoto veden puutteella, merkittävällä veden menetyksellä ja jopa kuolemalla.

Havainnot ovat osoittaneet, että yleensä aamunkoitteessa sisäinen gradientti kasvissa ja maaperässä on lähes tasoittunut, kasvin ja maaperän vesipotentiaalit ovat tasapainossa. Aamutunneilla, kun lehdet alkavat näkyä, vesipotentiaali laskee jonkin verran aamunkoittoon verrattuna, mutta veden virtaus kasviin alkaa; kun tarvittava vesipotentiaalin gradientti syntyy lehdistä juuren ja maaperän rajapintaan.

Kuihtuminen on väliaikaista ja pitkäkestoista.

Lisäyspäivä: 2015-02-02 | Katselukerrat: 1725 | tekijänoikeusrikkomus