Laboratórne práce fyziologické vlastnosti bunkovej membrány. Laboratórne práce: Mechanizmy permeability biologických membrán. Stanovenie špecifickosti pôsobenia enzýmov

Vysvetľujúca poznámka

Navrhovaný výberový predmet obsahuje informácie o bunke – základnej jednotke voľne žijúcich živočíchov – a je určený pre študentov špecializované triedy prejavujúci záujem o cytológiu a biochémiu. Navrhovaný výberový predmet podporuje a prehlbuje základné poznatky z biológie. Študovať voliteľný kurz pomôže pri výbere ďalšieho vzdelávania a odbornej činnosti.

Predmet je založený na vedomostiach a zručnostiach, ktoré študenti získali štúdiom biológie. V procese vyučovania by študenti mali získať skúsenosti s vyhľadávaním informácií o navrhovanej problematike. Študenti si zdokonaľujú zručnosti pri príprave esejí, správ, správ na zvolenú tému, vypracúvajú techniku ​​experimentu.

Výberový predmet je koncipovaný na 35 hodín.Program zabezpečuje štúdium teoretickej problematiky, semináre a laboratórne práce.

Cieľ kurzu: hĺbkové štúdium štruktúry a vlastností bunky, nevyhnutné pre komplexné pochopenie biologických faktov, javov a procesov.

Ciele kurzu: formovanie schopnosti identifikovať, odhaliť, využiť vzťah medzi štruktúrou a funkciou bunky pri zvažovaní biologické procesy a javy; upevňovanie zručností a schopností potrebných pre laboratórnu prácu; zapojenie študentov do samostatná práca s doplnkovou literatúrou; stimulácia kognitívna aktivitaštudenti so záujmom o cytológiu a biochémiu; formovanie zručností a schopností komplexného chápania poznatkov v biológii.

Hlavná koncepcia kurzu: využitie integrovaného prístupu pri štúdiu organizmov na rôznych úrovniach organizácie, formovanie evolučného myslenia.

V dôsledku štúdia kurzu študenti by mali vedieť:

- zariadenie mikroskopu a spôsoby práce s ním;
- ustanovenia bunkovej teórie;
- podobnosti a rozdiely medzi rastlinnými a živočíšnymi bunkami;
- úloha rôznych chemických zlúčenín v bunke;
- hlavné zložky a organely bunky;
– štruktúrne znaky prokaryotických a eukaryotických buniek;
- porušenie metabolizmu bielkovín, uhľohydrátov;
- hodnota jednotlivých minerálnych prvkov.

Študenti by mali byť schopní:

- práca s mikroskopom;
- pomenovať hlavné časti bunky, rozpoznať ich na schémach, fotografiách;
– vyrábať najjednoduchšie prípravky na mikroskopické vyšetrenie;
- Správna práca v laboratóriu
– samostatne pracovať s doplnkovou literatúrou a využívať moderné technológie.

Článok vyšiel s podporou elektronického kurzu prípravy na Jednotnú štátnu skúšku z matematiky. POUŽÍVANIE v matematike základná úroveň a úroveň profilu. Videoprednášky, online prezentácie a pohodlné testy na prípravu na Jednotnú štátnu skúšku 2016. Rýchla a efektívna príprava na Jednotnú štátnu skúšku z matematiky na prijatie na popredné ruské univerzity. Ďalšie podrobnosti nájdete na stránke, ktorá sa nachádza na adrese: "exe-in-mathematics.online".

Téma 1. Bunka: história štúdia (3 hodiny)

Lekcia 1 Úvod do bunkovej cytológie. Bunka - kompletný systém. História štúdia buniek. Úlohy modernej cytológie.

Lekcia č. 2 . Vytvorenie bunkovej teórie. Metódy na štúdium buniek. Paralelnosť vo vývoji mikroskopickej techniky a úroveň cytologických štúdií.

Lekcia č. 3 . Laboratórne práce № 1. Mikroskopické zariadenie a mikroskopická technika.

Téma 2. Chémia bunky (8 hodín)

Lekcia 1 Chemické prvky v bunke. Vlastnosti chemického zloženia živých vecí. Ióny v bunke a tele. Obsah chemických zlúčenín v bunke. Úloha vody v živom systéme.

Lekcia č. 2 . Organické zlúčeniny. Chémia proteínov. Proteíny sú koloidy, proteíny sú amfotérne elektrolyty, proteíny sú hydrofilné zlúčeniny.

Laboratórna práca číslo 2."Dôkaz biokatalytickej funkcie proteínových enzýmov".

Lekcia č. 3 . Esenciálne aminokyseliny. Patologické javy v neprítomnosti bielkovín v potravinách a porušenie metabolizmu bielkovín.

Lekcia č. 4 . Laboratórna práca číslo 3."Detekcia proteínov v biologických objektoch".

Lekcia č. 5 . Sacharidy sú najrozšírenejšie organické látky na Zemi. Vzťah medzi štruktúrou sacharidov a biologické funkcie. Patológie spojené s poruchou metabolizmu uhľohydrátov v tele: hladina cukru v krvi za normálnych a patologických stavov, hyper- a hypoglykémia, diabetes mellitus.

Lekcia č. 6 . Laboratórna práca číslo 4."Detekcia sacharidov v biologických objektoch".

Lekcia č. 7 . Lipidy. Úloha lipidov pri vzniku určitej autonómie takého biologického systému, akým je bunka.

Laboratórna práca číslo 5."Detekcia lipidov v biologických objektoch".

Lekcia č. 8 . Nukleové kyseliny. Model Watsona a Cricka.

Laboratórna práca číslo 6.„Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia na DNA.

Téma 3. Všeobecný plán bunkovej štruktúry (10 hodín)

Lekcia 1 . Membrána. Moderný model štruktúry bunkovej membrány. Bunková stena, glykokalyx.

Lekcia č. 2 . Cytoskelet, jeho zložky a funkcie v bunkách rôznych typov.

Lekcia č. 3 . membránový transport.

Lekcia č. 4 . Endocytóza a funkcia membránových receptorov.

Lekcie č. 5–6 . Membránové bunkové organely.

Lekcie č. 7-8 nemembranózne bunkové organely. Prokaryoty a eukaryoty. Živočíšna a rastlinná eukaryotická bunka.

Laboratórna práca číslo 7.Štrukturálne znaky prokaryotov a eukaryotov.

Lekcia č. 9 . Laboratórna práca číslo 8."Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány".

Lekcia č. 10 . Seminár. Perspektívy rozvoja membranológie.

Téma 4. Metabolizmus (6 hodín)

Lekcia 1 . Zdroje energie bunky. Heterotrofy a autotrofy.

Lekcia č. 2 . Mitochondrie sú hnacou silou bunky. Schéma biosyntézy ATP.

Lekcia č. 3 . Mechanizmus fotosyntézy. Chemosyntéza.

Lekcia č. 4 . Biosyntéza bielkovín. Štruktúra génu. Prepis.

Lekcia č. 5 . Ribozómy. Typy a štruktúry ribozómov u prokaryotov a eukaryotov.

Lekcia č. 6 . Vysielanie. regulácia transkripcie a translácie. epigenetické faktory.

Téma 5. Jadrový aparát a reprodukcia buniek (6 hodín)

Lekcia 1 . Pojem chromatínu. Jadro eukaryotickej bunky. karyoplazma.

Lekcia č. 2 . Životný cyklus bunky. reprodukciu buniek.

Lekcia č. 3 . Koncept kmeňových buniek.

Lekcia č. 4 . Starnutie a bunková smrť. Nekróza a apoptóza. Rakovina.

Lekcia č. 5 . Laboratórium č. 9. "Mitóza v bunkách koreňov cibule".

Lekcia č. 6 . Seminár.

Téma 6. Bunková evolúcia (2 hodiny)

Lekcie #1-2 . Teória evolúcie prokaryotov a eukaryotov. Záverečná konferencia „Primárne štádiá biologickej evolúcie“.

Laboratórna práca č.1 "Prístroj svetelného mikroskopu a mikroskopická technika"

Cieľ práce: na základe znalosti prístroja svetelného mikroskopu zvládnuť techniku ​​mikroskopovania a prípravu dočasných mikropreparátov. Oboznámte sa s pravidlami registrácie laboratórnych prác.

Vybavenie: mikroskop pre každého študenta. Podložné a krycie sklíčka, pipety, poháre na vodu, vata, filtračný papier, pinzeta, nožnice, zápisník, album. Schéma zariadenia mikroskopu a jeho častí.

Pokrok

Zvážte hlavné časti mikroskopu: mechanické, optické a svetelné.

Mechanická časť obsahuje: statív, stolík na predmety, tubus, revolver, makro- a mikrometrické skrutky.

Optická časť mikroskopu je reprezentovaná okulárom a objektívmi. okulár (lat. okulus- oko) sa nachádza v hornej časti trubice a smeruje do oka. Ide o systém šošoviek uzavretých v puzdre. Podľa čísla na hornej ploche okuláru je možné posúdiť faktor zväčšenia (×7, ×10, ×15). V prípade potreby je možné okulár vybrať z tubusu a nahradiť ho iným. Na opačnej strane trubice je otočná doska alebo revolver (lat. revolvo- otáčať), v ktorej sú objímky pre šošovky. Šošovka je sústava šošoviek, majú rôzne zväčšenie. Rozlišuje sa medzi šošovkou s malým zväčšením (×8), šošovkou s veľkým zväčšením (×40) a imerznou šošovkou na štúdium malých predmetov (×90). Celkové zväčšenie mikroskopu sa rovná zväčšeniu okuláru krát zväčšenie objektívu.

Osvetľovacia časť pozostáva zo zrkadla, kondenzora a membrány.

Kondenzátor je umiestnený medzi zrkadlom a stolíkom. Skladá sa z dvoch šošoviek. Na pohyb kondenzátora sa používa špeciálna skrutka. Pri spúšťaní kondenzora sa osvetlenie znižuje, pri zdvihnutí sa zvyšuje. Zmenou polohy clonových doštičiek môžete tiež nastaviť osvetlenie pomocou špeciálneho gombíka.

Cvičenie: načrtnite mikroskop a označte jeho časti.

Pravidlá pre prácu s mikroskopom

1. Umiestnite mikroskop statívom smerom k sebe a stolíkom s objektom smerom od vás.

2. Umiestnite šošovku s malým zväčšením do pracovnej polohy.

3. Pri pohľade do okulára ľavým okom otáčajte zrkadlom v rôznych smeroch, kým nebude zorné pole jasne a rovnomerne osvetlené.

4. Pripravený preparát položte na stolík (krycie sklíčko hore) tak, aby bol v strede otvoru stolíka.

5. Pod vizuálnou kontrolou (pozerajte sa nie cez okulár, ale zboku) pomaly spúšťajte tubus pomocou makro skrutky tak, aby bola šošovka vo vzdialenosti 2 mm od preparátu.

6. Pri pohľade do okulára pomaly zdvíhajte tubus, kým sa neobjaví obraz objektu.

7. Aby sa pristúpilo k vyšetreniu objektu pri veľkom zväčšení mikroskopu, je potrebné preparáciu vycentrovať, t.j. umiestnite objekt do stredu zorného poľa.

8. Otočením revolvera presuňte šošovku s veľkým zväčšením do pracovnej polohy.

9. Skúmavku spustite pod vizuálnou kontrolou takmer dovtedy, kým nepríde do kontaktu s prípravkom.

10. Pri pohľade do okulára pomaly zdvíhajte tubus, kým sa nezobrazí obraz.

11. Na jemné zaostrenie použite mikroskopickú skrutku.

12. Pri skicovaní preparátu sa dívajte do okuláru ľavým okom.

Cvičenie: prepísať pravidlá práce s mikroskopom do zošita na laboratórne práce.

Spôsob prípravy dočasného prípravku

1. Vezmite podložné sklo, držte ho za bočné okraje a položte ho na stôl.

2. Umiestnite predmet do stredu pohára, napríklad kúsky vaty dlhé 1,5 cm, pomocou pipety kvapnite na predmet jednu kvapku vody.

3. Na sklíčko položte krycie sklíčko. Prebytočnú vodu odstráňte kúskom filtračného papiera.

4. Zvážte hotový výrobok.

5. Nakreslite do albumu, ako vyzerajú bavlnené vlákna pri malom a veľkom zväčšení.

Mikroskopia prvokov

Z akvária, ktoré nebolo dlho čistené, vezmite kvapku spolu s vetvičkou rastliny alebo listom kačičky a preskúmajte ju pod mikroskopom pri malom zväčšení. Zvyčajne sa vyskytujú rôzne prvoky: nálevníky, améby - voľne žijúce a pripojené k riasam (suvoyki). Vo vode môže byť mnohobunkové organizmy- malé červy a kôrovce (kyklopy, dafnie). Vzhľadom na túto prípravu si môžete precvičiť nasmerovanie mikroskopu na pohybujúce sa objekty.

Pravidlá pre evidenciu laboratórnych prác

Nevyhnutným prvkom mikroskopického štúdia objektu je jeho skica v albume. K tomu potrebujete mať album 21 × 30 cm a ceruzky (jednoduché a farebné). Notebook je potrebný na zaznamenávanie textových materiálov a kompletných schém.

1. Môžete kresliť iba na jednu stranu listu.

2. Pred začatím skice si napíšte názov témy v hornej časti stránky.

3. Výkres by mal byť veľký, detaily sú jasne viditeľné.

4. Výkres musí správne zobrazovať formy, pomer objemu a veľkosti jednotlivých častí a celku.

Najprv musíte nakresliť obrys objektu (veľký), potom vnútri - obrysy detailov a potom ich jasne nakresliť.

5. Nakreslite, jasne opakujte všetky čiary objektu. Aby ste to urobili, nesmiete odtrhnúť oči od mikroskopu, ale iba prepnúť pozornosť z objektu na kresbu (toto sa treba naučiť).

6. Pre každý výkres musíte uviesť označenie dielov. Všetky nápisy musia byť navzájom rovnobežné. Šípky sú umiestnené k oddeleným častiam objektu, pri každej je napísaný názov časti objektu.

Laboratórna práca č. 2. "Dôkaz biokatalytickej funkcie enzýmových proteínov"

Cieľ práce: dokázať katalytické pôsobenie proteín-enzýmov, preukázať ich vysokú špecifickosť, optimálnu aktivitu za fyziologických podmienok.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, 1 ml pipety, vodný kúpeľ, termostat; 1% roztok škrobu, 1% roztok jódu v jodide draselnom, 5% roztok síranu meďnatého, 10% roztok hydroxidu sodného, ​​2% roztok sacharózy, 0,2% roztok kyseliny chlorovodíkovej, roztok slín zriedený vodou 5-krát (do 1 objemu slín pridajte 4 objemy vody).

Pokrok

1. Enzymatická hydrolýza škrobu

Slinná amyláza pôsobí ako enzým, ktorý hydrolyzuje škrob na jeho zložky (maltózu, glukózu). Výsledky experimentu sa vyhodnocujú pomocou farebných reakcií – s jódom a Trommerovej reakcie (kvalitatívnej reakcie na glukózu). Nehydrolyzovaný škrob dáva s jódom modrú farbu a negatívnu Trommerovu reakciu. Produkty hydrolýzy škrobu nereagujú s jódom, ale zafarbujú sa v Trommerovej reakcii.

Objemy možno merať v kvapkách: 1 kvapka je približne 0,2 ml.

1. Vezmite dve skúmavky (č. 1 a č. 2) a do každej pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu.

2. Do skúmavky č. 1 pridajte 4 kvapky vody (kontrola), obsah opatrne premiešajte a skúmavku vložte na 20 min do vodného kúpeľa alebo do termostatu pri 37 °C.

3. Po 5 minútach pridajte 4 kvapky zriedeného roztoku slín do skúmavky č. 2 a tiež vložte do termostatu na 20 minút,

4. Po expozícii v termostate zo skúmavky č. 1 preneste 4 kvapky do 2 rôznych skúmaviek.

5. Do jednej skúmavky pridajte 1 kvapku 1 % roztoku jódu v jodide draselnom, do druhej 1 kvapku 5 % roztoku síranu meďnatého a 4 kvapky 10 % roztoku hydroxidu sodného a túto skúmavku jemne zohrejte do varu.

6. To isté zopakujte s obsahom skúmavky č.2.

V prítomnosti vody nedochádza k hydrolýze škrobu a pri reakcii s jódom by sa malo objaviť modré sfarbenie škrobu a v Trommerovej reakcii by mal roztok zostať modrá farba. Slinná amyláza hydrolyzuje škrob na glukózu: nedochádza k žiadnej reakcii s jódom a pri Trommerovej reakcii sa farbenie najskôr zmení na žlté (tvorba CuOH) a potom tehlovočervená (tvorba Cu (OH)2).

2. Špecifickosť pôsobenia enzýmov

Každý enzým pôsobí len na jednu látku alebo skupinu podobných substrátov. Je to spôsobené korešpondenciou medzi štruktúrou enzýmu (jeho aktívne centrum) a štruktúrou substrátu. Napríklad amyláza pôsobí iba na škrob, zatiaľ čo sacharóza pôsobí iba na sacharózu.

1. Príprava roztoku sacharázy. Vezmite 10 g čerstvého alebo 3 g suchého pekárskeho droždia, rozdrvte v porcelánovej mažiari so 6 ml destilovanej vody, pridajte 20 ml vody a prefiltrujte cez vatu (uchovávajte v chladničke).

2. Príprava roztoku amylázy. Odmerajte 50 ml destilovanej vody a vyplachujte si ňou ústa v 2-4 dávkach po dobu 3-5 minút. Zozbieraná kvapalina sa prefiltruje cez vatu a použije sa ako roztok amylázy.

3. Vezmite 4 skúmavky. Do skúmaviek č.1 a č.2 pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu. Do skúmaviek č.3 a č.4 pridajte 10 kvapiek 2% roztoku sacharózy. Do skúmaviek č.1 a č.3 pridajte 5 kvapiek roztoku amylázy. Do skúmaviek č. 2 a č. 4 pridajte 5 kvapiek roztoku sacharázy. Miešajte a držte v termostate pri teplote 38-40 ° C počas 15 minút.

S obsahom všetkých štyroch skúmaviek vykonajte reakcie s jódom a Trommerom. Vyplňte tabuľku.

Tabuľka. Stanovenie špecifickosti pôsobenia enzýmov

V záveroch je potrebné uviesť, v ktorej skúmavke a za akých podmienok bolo zistené pôsobenie enzýmov a prečo.

3. Vplyv pH média na aktivitu enzýmu

Pre každý enzým existuje určitá hodnota reakcie prostredia, pri ktorej vykazuje maximálnu aktivitu. Zmena pH média spôsobuje zníženie alebo úplnú inhibíciu aktivity enzýmu.

Nalejte 1 ml destilovanej vody do 8 skúmaviek. Do skúmavky č. 1 pridajte 1 ml 0,2 % roztoku kyseliny chlorovodíkovej, premiešajte. Zo skúmavky č. 1 odoberte 1 ml zmesi a preneste do skúmavky č. 2, premiešajte, preneste 1 ml do skúmavky č. 3 atď. Zo skúmavky č. 8 odoberte 1 ml a zlikvidujte. Získame médiá s rôznymi hodnotami pH. Hodnoty pH je možné kontrolovať pomocou pH metra alebo univerzálneho indikátorového papierika.

Do každej skúmavky pridajte 2 ml 1 % roztoku škrobu a 1 ml roztoku amylázy (pozri vyššie). Skúmavky pretrepte a vložte do termostatu na 37 ° Od po dobu 15 min.

Po ochladení pridajte jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom do všetkých skúmaviek. K úplnej hydrolýze dôjde v skúmavkách č.5 a č.6, kde je pH média roztoku v rozmedzí 6,8–7,2, t.j. za optimálnych podmienok pre pôsobenie amylázy.

Laboratórna práca č. 3. "Detekcia proteínov v biologických objektoch"

Cieľ práce: dokázať prítomnosť bielkovín v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, pipeta, vodný kúpeľ, kvapkadlo; roztok vaječného bielka; 10% roztok NaOH, 1% roztok síranu meďnatého, 0,5% vodný roztok ninhydrín; kyselina dusičná (koncentrovaná).

Pokrok

1. Biuretová reakcia na stanovenie peptidových väzieb.

Metóda je založená na schopnosti peptidová väzba v alkalickom prostredí vytvárajú so síranom meďnatým farebné komplexné zlúčeniny.

Pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka do skúmavky (bielkovina sa prefiltruje cez gázu, potom sa zriedi destilovanou vodou 1:10), tri kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a 1 kvapka 1% roztoku síranu meďnatého a premiešajte.

Obsah skúmavky získa modrofialovú farbu.

2. Ninhydrínová reakcia.

Proteíny, polypeptidy a voľné aminokyseliny dodávajú s ninhydrínom modrú alebo fialovú farbu.

Do skúmavky pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka, pridajte 5 kvapiek 0,5% vodného roztoku ninhydrínu a zohrejte. Po 2–3 minútach sa vyvinie ružová alebo modrofialová farba.

3. Xantoproteínová reakcia (gr. xantos- žltá). Pomocou tejto reakcie sa v proteíne detegujú aminokyseliny obsahujúce benzénové kruhy (tryptofán, tyrozín atď.).

Do skúmavky pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka, pridajte 3 kvapky koncentrovanej kyseliny dusičnej (opatrne) a zahrejte. Po ochladení pridajte do skúmavky 5–10 kvapiek 10% roztoku hydroxidu sodného, ​​kým sa neobjaví oranžové sfarbenie (súvisí s tvorbou sodnej soli cyklických nitrozlúčenín).

Kryštály v rastlinných bunkách

Laboratórna práca č. 4. "Detekcia sacharidov v biologických objektoch"

Cieľ práce: dokázať prítomnosť sacharidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami; pipety, vodný kúpeľ; 1% roztok škrobu, 1% roztok sacharózy, 1% roztok fruktózy, 1% roztok jódu (v roztoku jodidu draselného); 1% alkoholový roztok naftolu, 1% alkoholový roztok tymolu; kyselina sírová(koncentrovaný); Selivanovovo činidlo (0,5 g rezorcinolu v 100 ml 20% kyseliny chlorovodíkovej).

Pokrok

1. Detekcia škrobu.

Do skúmavky pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu a jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom. Obsah skúmavky získa modrofialovú farbu.

2. Detekcia sacharidov.

Pomocou reakcie s naftolom alebo tymolom sa detegujú malé množstvá sacharidov alebo sacharidových zložiek v komplexných zlúčeninách.

Pridajte 10 kvapiek 1% roztoku sacharózy do dvoch skúmaviek. Do jednej skúmavky pridajte 3 kvapky 1% alkoholového roztoku naftolu. V ďalšej skúmavke - 3 kvapky 1% alkoholového roztoku tymolu. Do oboch nalejte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej (opatrne) a pozorujte fialovú farbu v skúmavke s naftolom a červenú v skúmavke s tymolom na hranici dvoch kvapalín.

3. Detekcia fruktózy (Selivanovova reakcia).

Fruktóza, keď sa zahrieva s kyselinou chlorovodíkovou a rezorcinolom, dáva čerešňovo červenú farbu.

Do skúmavky nalejte 10 kvapiek Selivanovovho činidla, 2 kvapky 1% roztoku fruktózy a jemne zahrejte. Pozoruje sa červená farba.

Laboratórna práca č. 5. "Detekcia lipidov v biologických objektoch"

Cieľ práce: dokázať prítomnosť lipidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, vodný kúpeľ, pipeta, sklenené poháre, tyčinky, gáza; vaječný žĺtok, 1% roztok cholesterolu v chloroforme; koncentrovaná kyselina sírová, acetón.

Pokrok

1. Detekcia lecitínu.

Lecitín patrí do skupiny fosfolipidov, je súčasťou bunkových membrán a tvorí väčšinu mozgového tkaniva. Lecitín je nerozpustný vo vode a acetóne, ale ľahko rozpustný v etylalkohole, éteri a chloroforme.

Vložte časť vaječného žĺtka do pohára. Za stáleho miešania vareškou pridávame po kvapkách horúci etylalkohol (v množstve 80 ml na celý žĺtok). Alkohol sa zahrieva iba vo vodnom kúpeli! Keď sa roztok ochladí, prefiltrujte ho do suchej banky. Filtrát by mal byť číry. Musí sa použiť okamžite.

Do suchej skúmavky pridajte 10 kvapiek acetónu a po kvapkách pridajte alkoholový roztok lecitínu. Vypadne biela zrazenina.

2. Detekcia cholesterolu.

Cholesterol je látka podobná tuku, ktorá má veľký význam. Obsiahnutý v membránach mnohých orgánov a tkanív, je prekurzorom žlčových kyselín, vitamínu D, pohlavných hormónov, hormónov kôry nadobličiek. Salkovského reakcia je založená na skutočnosti, že pôsobením koncentrovanej kyseliny sírovej dochádza k dehydratácii cholesterolu za vzniku červeného cholesterolu.

Do suchej skúmavky pridajte 15–20 kvapiek 1 % roztoku cholesterolu v chloroforme a pozdĺž steny nádoby pridajte (opatrne) 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej. Na hranici kvapalín sa objaví červený krúžok.

Laboratórna práca č. 6. „Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia pre DNA

Cieľ práce: dokázať to nukleových kyselín vo veľkom množstve sú obsiahnuté vo forme zlúčenín s proteínmi (deoxynukleoproteíny - DNP) v tkanivách bohatých na jadrá (slezina, týmus, pečeň atď.).

Vybavenie: stojan so skúmavkami, mažiar, sklenený prášok alebo premytý piesok, kryštalizátor, odmerné valce 50 ml a 300 ml, pipety 1 ml, drevené tyčinky s vrúbkovaním, vodný kúpeľ, filtračná gáza; 5% roztok chloridu sodného (obsahujúci 0,04% tribázický fosforečnan), 0,4% roztok hydroxidu sodného; difenylamínové činidlo; slezina (pečeň) čerstvá alebo mrazená; Kvasinková RNA, čerstvo pripravený 0,1% roztok.

Pokrok

1. Izolácia deoxynukleoproteínu (DNP) z tkaniva sleziny (pečene).

Metóda je založená na schopnosti DNP rozpúšťať sa v soľných roztokoch s vysokou iónovou silou a zrážať sa, keď ich koncentrácia klesá.

V mažiari s malým množstvom skleneného prášku opatrne rozdrvte 2–3 g tkaniva, postupne pridávajte roztok chloridu sodného po častiach 10–15 ml (celkovo sa spotrebuje asi 40 ml roztoku) počas 12–15 minút .

Výsledný viskózny roztok sa prefiltruje cez dve vrstvy gázy do kryštalizátora. Pomocou valca odmerajte šesťnásobok (vzhľadom na filtrát) objemu destilovanej vody a za pomalého miešania drevenou tyčinkou nalejte do filtrátu. Výsledné nite DNP sa navinú na palicu, po ktorej sa môžu preniesť do skúmavky na ďalšie použitie.

2. Kvalitatívna reakcia pre DNA.

Metóda je založená na schopnosti deoxyribózy, ktorá je obsiahnutá v DNA deoxyribonukleoproteínov, vytvárať modré zlúčeniny s difenylamínom pri zahrievaní v médiu obsahujúcom zmes ľadovej kyseliny octovej a koncentrovanej kyseliny sírovej. S ribózovou RNA dáva podobné činidlo zelenú farbu.

Príprava difenylamínového činidla: 1 g difenylamínu sa rozpustí v 100 ml ľadovej kyseliny octovej, k roztoku sa pridá 2,75 ml koncentrovanej kyseliny sírovej.

Pridajte 1 ml 0,4 % roztoku hydroxidu sodného k 1/4 zrazeniny DNP (do rozpustenia). Pridajte 0,5 ml difenylamínového činidla. Obsah skúmavky premiešajte a vložte do vriaceho vodného kúpeľa na 15-20 minút. Všimnite si charakteristické sfarbenie.

Laboratórna práca č. 7. "Znaky štruktúry prokaryotických a eukaryotických buniek"

Cieľ práce: na základe štúdia buniek baktérií (prokaryotov), ​​rastlín a živočíchov (eukaryotov), ​​objaviť hlavné podobnosti v štruktúre baktérií, zvierat a rastlín ako indikátora jednoty organizácie živých foriem.

Vybavenie: mikroskop; Podložné sklíčka a krycie sklíčka; Pipety, poháre na vodu, pinzety, skalpely, roztok jódu, vodný roztok atramentu; fuchsín, roztok metylénovej modrej, kúsky mäsa, ryby alebo vaječný bielok, cibuľa; tabuľka štruktúry bakteriálnych, rastlinných a živočíšnych buniek.

Pokrok

1. Vopred pripravte infúzie z rôznych produktov: mäso, ryby, vaječný proteín.

Rozdrvte malé množstvo hmoty a vložte do banky, pridajte kriedu na špičku skalpela. Naplňte vodou do 2/3 objemu. Banku s nálevom udržujte v teple (na tmavom mieste) 3-5 dní. Počas tejto doby sa v médiu nahromadí veľa rôznych baktérií.

2. Položte kvapku infúzie na podložné sklíčko. Zvážte exemplár s použitím šošovky ×40, ale môžete skúsiť aj ×90 (pripraví sa dočasná príprava podľa pravidiel opísaných v predchádzajúcej práci).

3. Pridajte kvapku maskary. Na všeobecnom pozadí sú bakteriálne bunky nezafarbené.

4. Načrtnite bakteriálne bunky.

5. Pripravte si dočasný prípravok rastlinných buniek. Jadrá v nezafarbených bunkách nie sú viditeľné.

Oddeľte mäsitú šupku od kúska cibule. Na vnútornej strane je tenký film, ktorý je potrebné odstrániť a odrezať. Na podložné sklíčko položte kúsok filmu, pipetou naberte roztok jódu, kvapnite na film a prikryte krycím sklíčkom.

Môžete si pripraviť prípravok z listu elodea, v ktorom sú viditeľné chloroplasty - zelené plastidy.

6. Prezrite si preparát pri malom zväčšení. Veľké zaoblené jadrá v bunkách sú zafarbené jódom na žlto.

7. Presuňte mikroskop na veľké zväčšenie a nájdite bunkovú membránu. V jadre možno vidieť 1–2 jadierka, niekedy je viditeľná zrnitá štruktúra cytoplazmy. Nezafarbené dutiny v cytoplazme buniek sú vakuoly.

8. Nakreslite niekoľko buniek. Označte: obal, cytoplazmu, jadro, vakuoly (ak sú viditeľné).

9. Zvážte živočíšne bunky na hotovom prípravku, nakreslite. Obrázok by mal byť označený: membrána, cytoplazma, jadro.

10. Vykonajte spoločnú diskusiu. Aké ustanovenia bunkovej teórie možno potvrdiť výsledkami vykonanej práce?

Laboratórna práca č. 8. "Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány"

Cieľ práce: ukázať, že bunková membrána má selektívnu permeabilitu, demonštrovať úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy, ako aj zoznámiť sa s bunkovou plazmolýzou – procesom oddeľovania protoplastu (bunkového obsahu) od bunkových stien.

Vybavenie: mikroskopy, krycie sklíčka a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, filtračný papier, pipety, atrament; kultúra nálevníkov alebo améb, tkanivová kultúra na živnom médiu, kúsky listov elodea; roztoky: chlorid draselný, chlorid vápenatý, chlorid horečnatý,
2% roztok albumínu, 10% roztok chloridu sodného; destilovaná voda.

Pokrok

1. Infuzória, améby alebo kúsky kultivovaného tkaniva sa umiestnia do 10% roztoku chloridu sodného alebo draselného. Pripravte sklíčko pre mikroskop. Vidno zvrásnenie buniek, čo svedčí o priepustnosti bunkovej steny. V tomto prípade sa voda z bunky uvoľňuje do okolia.

2. Preneste bunky do kvapky destilovanej vody alebo natiahnite roztok spod krycieho sklíčka s filtračným papierom a nahraďte ho destilovanou vodou. Pozorujte, ako bunky napučiavajú, pretože. do nich vstupuje voda.

3. Umiestnite infuzória alebo kúsky kultivovaného tkaniva do roztoku chloridu vápenatého alebo chloridu horečnatého s nízkou koncentráciou. Ciliates a kultivované bunky naďalej žijú. Ióny vápnika a horčíka znižujú priepustnosť bunkovej membrány. Cez škrupinu nedochádza k pohybu vody.

4. Vložte amébu do kvapky 2% roztoku albumínu (bielkovina z kuracích vajec). Pripravte sklíčko pre mikroskop. Po určitom čase sa na povrchu améby vytvoria bubliny, výčnelky a tubuly. Zdá sa, že povrch améby „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom tekutiny v blízkosti povrchu membrány. Kvapky kvapaliny sú obklopené výbežkami cytoplazmy, ktoré sa potom uzavrú. Pinocytické vezikuly sa niekedy objavia náhle. To naznačuje, že kvapôčky kvapaliny spolu s látkami v nej rozpustenými sa rýchlo zachytávajú. Pinocytózu spôsobujú látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej steny. Napríklad aminokyseliny, niektoré soli.

Vstreknite trochu jatočného tela do kvapky tekutiny, v ktorej sa nachádzajú améby. Pripravte liek. Po určitom čase sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela, čím sa uvoľnia pseudopódia (pseudopódia). Zrná jatočného tela sú pripevnené k povrchu pseudopódií, obklopené nimi a po chvíli sú ponorené do cytoplazmy. Pod mikroskopom sa pozoruje fenomén fagocytózy v amébe.

Literatúra pre učiteľa

1. Welsh U., Storch F.Úvod do cytológie. Preklad z neho. – M.: Mir, 1986.
2. Zavarzin A.A. atď. Biológia bunky. - Petrohrad: Vydavateľstvo Petrohradskej štátnej univerzity, 1992.
3. Svenson K., Webster P.– M.: Mir, 1982.
4. Jahňacie M. Biológia starnutia. – M.: Mir, 1980.
5. Markosyan A.A. Fyziológia. - M.: Medicína, 1968.
6. Lieberman E.A.
7. Ermolaev M.V. Biologická chémia. – M.: Medicína, 1984.
8.Ruvinskiy A.O. Všeobecná biológia. – M.: Osveta, 1993.

Literatúra pre študentov

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biológia. V 3 zväzkoch - M .: Mir, 1993.
2. DeDuve K. Cesta do sveta živej bunky. – M.: Mir, 1982.
3. Lieberman E.A.Živá bunka. – M.: Mir, 1987.
4. Kemp P, Arms K.Úvod do biológie. – M.: Mir, 1988.

Cieľ práce: ukazujú, že bunková membrána má selektívnu permeabilitu. Ukážte úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy.

Vybavenie: mikroskopy, krycie sklíčka a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, poháre na vodu a roztoky, filtračný papier, pipety, atrament. Kultúra nálevníkov, améb, listov elodea. roztoky NaCl alebo KCl, roztoky CaCl alebo MgCl, 2% roztok albumínu, 10% roztok NaCl, destilovaná voda.

Pokrok:

1. Nálevníky vložte do slabého roztoku NaCl alebo KCl. Pripravte mikroskopické sklíčko. Je možné pozorovať zvrásnenie buniek, čo naznačuje priepustnosť bunkovej steny. V tomto prípade sa voda z bunky uvoľňuje do okolia. Preneste bunky do kvapky destilovanej vody alebo natiahnite roztok spod krycieho sklíčka s filtračným papierom a nahraďte ho destilovanou vodou. Sledujte, ako bunky napučiavajú, keď do nich vstupuje voda.

Nálevníky umiestnite do roztoku CaCl alebo MgCl s nízkou koncentráciou (rovnako ako predchádzajúci roztok). Nálevníky naďalej žijú, nie sú pozorované žiadne deformácie. Ióny Ca a Mg znižujú priepustnosť bunkovej membrány na rozdiel od iónov Na a K. Cez membránu nedochádza k pohybu vody.

2. Vložte amébu do kvapky 2% albumínu (bielko z kuracieho vajca). Pripravte mikroskopické sklíčko. Po určitom čase sa na povrchu améby začnú vytvárať bubliny, výčnelky, tubuly. Zdá sa, že povrch améby „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom tekutiny v blízkosti povrchu membrány. Bubliny tekutiny sú obklopené výbežkami cytoplazmy. ktoré sú potom uzavreté. Pinocytické vezikuly sa niekedy objavia náhle, čo naznačuje rýchle zachytenie kvapky kvapaliny spolu s látkou v nej rozpustnou.

Vložte amébu do cukrového roztoku. Pinocytóza chýba. Pinocytózu spôsobujú len látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej membrány, ako sú aminokyseliny, niektoré soli. V kvapke tekutiny, v ktorej sa nachádzajú améby, vložte trochu jemne mletého jatočného tela. Pripravte si prípravok na mikroskop. Po určitom čase sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela a uvoľňujú pseudopódie. Zrná jatočného tela sú pripevnené k povrchu pseudopódií, potom nimi pomaly obklopené a po chvíli sú ponorené do cytoplazmy. Pozorujte pod mikroskopom fenomén fagocytózy u améby.

3. V cytoplazme buniek Elodea je viditeľných veľa okrúhlych oválnych zelených teliesok - sú to chloroplasty. Preskúmajte bunky v blízkosti centrálnej žily listu. Môžu detekovať pohyb cytoplazmy a plastidov pozdĺž stien. Ak je pohyb sotva badateľný, zohrejte prípravok pod elektrickou lampou.

4. Načrtnite všetko, čo ste videli na diapozitívoch. Diskutujte v skupinách o procesoch, ktoré ste videli, pokúste sa ich vysvetliť.

Úvod 2

1.Základné fakty o stavbe bunkovej membrány 3

2. Všeobecné zastúpenia o priepustnosti 4

3. Transport molekúl cez membránu 4

3.1. Difúzia 5

3.2 Fickova rovnica 6

3.3 Pasívna preprava 7

3.3.1 Rozdiely medzi uľahčenou a jednoduchou difúziou 8

4. Darcyho zákon 8

5. Aktívna doprava 9

6. Štruktúra a funkcie iónových kanálov 11

Záver 15

Referencie 17

ÚVOD

Membránový transport - transport látok cez bunkovú membránu do bunky alebo z bunky, uskutočňovaný rôznymi mechanizmami - jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia a aktívny transport.

Najdôležitejšou vlastnosťou biologickej membrány je jej schopnosť prepúšťať rôzne látky do bunky a von z nej. Má veľký význam pre samoreguláciu a údržbu stály personál bunky. Táto funkcia bunkovej membrány sa vykonáva vďaka selektívnej permeabilite, t.j. schopnosť prejsť niektoré látky a nepreniesť iné. Najjednoduchším spôsobom prechodu cez lipidovú dvojvrstvu sú nepolárne molekuly s malou molekulovou hmotnosťou (kyslík, dusík, benzén). Takéto malé polárne molekuly ako oxid uhličitý, oxid dusnatý, voda a močovina rýchlo prenikajú cez lipidovú dvojvrstvu. Etanol a glycerol, ako aj steroidy a hormóny štítnej žľazy, prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu značnou rýchlosťou. Pre väčšie polárne molekuly (glukóza, aminokyseliny), ako aj pre ióny je lipidová dvojvrstva prakticky nepriepustná, pretože jej vnútorná časť je hydrofóbna. Takže pre vodu je koeficient priepustnosti (cm / s) asi 10-2, pre glycerol - 10-5, pre glukózu - 10-7 a pre monovalentné ióny - menej ako 10-10.

K transportu veľkých polárnych molekúl a iónov dochádza v dôsledku kanálových proteínov alebo nosných proteínov. Takže v bunkových membránach sú kanály pre ióny sodíka, draslíka a chlóru, v membránach mnohých buniek sú vodné kanály akvaporínov, ako aj nosné proteíny pre glukózu, rôzne skupiny aminokyselín a veľa iónov. Aktívna a pasívna doprava.

Membrány tvoria štruktúru bunky a vykonávajú jej funkcie. Porušenie funkcií bunkových a intracelulárnych membrán je základom nezvratného poškodenia buniek a v dôsledku toho rozvoja ťažkých ochorení kardiovaskulárneho, nervového a endokrinného systému.

1. Základné fakty o stavbe bunkovej membrány.

Medzi bunkové membrány patrí plazmolema, karyolema, mitochondriálne membrány, EPS, Golgiho aparát, lyzozómy, peroxizómy. Spoločným znakom všetkých bunkových membrán je, že ide o tenké (6-10 nm) vrstvy lipoproteínovej povahy (lipidy v kombinácii s proteínmi). Hlavnými chemickými zložkami bunkových membrán sú lipidy (40 %) a proteíny (60 %); okrem toho sa v mnohých membránach našli sacharidy (5-10%).

Plazmatická membrána obklopuje každú bunku, určuje jej veľkosť a udržiava rozdiely medzi obsahom bunky a vonkajším prostredím. Membrána slúži ako vysoko selektívny filter a je zodpovedná za aktívny transport látok, teda za vstup do bunky živiny a odstraňovanie škodlivých odpadových produktov. Nakoniec, membrána je zodpovedná za vnímanie vonkajších signálov, čo bunke umožňuje reagovať na vonkajšie zmeny. Všetky biologické membrány sú súbory lipidových a proteínových molekúl držaných pohromade nekovalentnými interakciami.

Základ každej molekulárnej membrány tvoria molekuly lipidov, ktoré tvoria dvojvrstvu. Lipidy sú veľká skupina organickej hmoty so zlou rozpustnosťou vo vode (hydrofóbnosť) a dobrou rozpustnosťou v organických rozpúšťadlách a tukoch (lipofilita). Zloženie lipidov v rôznych membránach nie je rovnaké. Napríklad plazmatická membrána, na rozdiel od membrán endoplazmatického retikula a mitochondrie sú obohatené o cholesterol. Charakteristickými predstaviteľmi lipidov nachádzajúcich sa v bunkových membránach sú fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyelíny a cholesterol zo steroidných lipidov.

Charakteristickým znakom lipidov je rozdelenie ich molekúl na dve funkčne odlišné časti: hydrofóbne nepolárne, bez náboja ("chvosty"), pozostávajúce z mastných kyselín, a hydrofilné, nabité polárne "hlavy". To určuje schopnosť lipidov spontánne vytvárať dvojvrstvové (bilipidové) membránové štruktúry s hrúbkou 5-7 nm.

Prvé experimenty, ktoré to potvrdili, sa uskutočnili v roku 1925.

Tvorba dvojvrstvy je špeciálna vlastnosť molekúl lipidov a je realizovaná aj mimo bunky. Najdôležitejšie vlastnosti dvojvrstvy: schopnosť samozostavy - tekutosť - asymetria.

2. Všeobecné predstavy o priepustnosti.

Charakteristika membrán, cievnych stien a epiteliálnych buniek, odrážajúca schopnosť vedenia chemických látok; rozlišovať aktívny (aktívny transport látok) a pasívny P. (fagocytóza A pinocytóza ); pasívne a (v niektorých prípadoch) aktívne P. (veľké molekuly) poskytujú membránové póry, P. pre látky s nízkou molekulovou hmotnosťou (napríklad ióny) poskytujú špecifické membránové štruktúry za účasti molekúl nosiča.

3. Prenos molekúl cez membránu.

Pretože vnútro lipidovej vrstvy je hydrofóbne, poskytuje prakticky nepreniknuteľnú bariéru pre väčšinu polárnych molekúl. Prítomnosťou tejto bariéry je zabránené úniku obsahu buniek, avšak kvôli tomu bola bunka nútená vytvoriť špeciálne mechanizmy na transport vo vode rozpustných látok cez membránu. Prenos malých molekúl rozpustných vo vode sa uskutočňuje pomocou špeciálnych transportných proteínov. Ide o špeciálne transmembránové proteíny, z ktorých každý je zodpovedný za transport určitých molekúl alebo skupín príbuzných molekúl.

V bunkách existujú aj mechanizmy na prenos makromolekúl (proteínov) a dokonca aj veľkých častíc cez membránu. Proces absorpcie makromolekúl bunkou sa nazýva endocytóza. Vo všeobecnosti je mechanizmus jeho výskytu nasledujúci: lokálne oblasti plazmatickej membrány sa invaginujú a uzavrú, čím sa vytvorí endocytická vezikula, potom absorbovaná častica zvyčajne vstúpi do lyzozómov a podlieha degradácii.

3.1 Difúzia (lat. diffusio - distribúcia, šírenie, rozptyl) - proces prenosu hmoty alebo energie z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou (proti koncentračnému gradientu). Najznámejším príkladom difúzie je miešanie plynov alebo kvapalín (ak kvapnete atrament do vody, kvapalina sa po chvíli rovnomerne zafarbí). Ďalší príklad súvisí s pevným telesom: ak je jeden koniec tyče zahrievaný alebo elektricky nabitý, teplo sa šíri (resp. elektriny) z horúcej (nabitej) časti do studenej (nenabitej) časti. V prípade kovovej tyče sa tepelná difúzia vyvíja rýchlo a prúd tečie takmer okamžite. Ak je tyč vyrobená zo syntetického materiálu, tepelná difúzia je pomalá a difúzia elektricky nabitých častíc je veľmi pomalá. Difúzia molekúl prebieha vo všeobecnosti ešte pomalšie. Napríklad, ak sa kúsok cukru spustí na dno pohára s vodou a voda sa nemieša, bude trvať niekoľko týždňov, kým sa roztok stane homogénnym. Ešte pomalšia je difúzia jednej pevnej látky do druhej. Napríklad, ak je meď pokrytá zlatom, potom zlato bude difundovať do medi, ale kedy normálnych podmienkach (izbová teplota A Atmosférický tlak) zlatonosná vrstva dosiahne hrúbku niekoľkých mikrometrov až po niekoľkých tisíckach rokov.

Všetky typy difúzie sa riadia rovnakými zákonmi. Rýchlosť difúzie je úmerná ploche prierezu vzorky, ako aj rozdielu koncentrácií, teplôt alebo nábojov (v prípade relatívne malých hodnôt týchto parametrov). Teplo sa teda bude šíriť štyrikrát rýchlejšie cez tyč s priemerom dva centimetre ako cez tyč s priemerom jedného centimetra. Toto teplo sa bude šíriť rýchlejšie, ak je rozdiel teplôt na centimeter 10 °C namiesto 5 °C. Rýchlosť difúzie je tiež úmerná parametru charakterizujúcemu konkrétny materiál. V prípade tepelnej difúzie sa tento parameter nazýva tepelná vodivosť, v prípade toku elektrických nábojov - elektrická vodivosť. Množstvo látky, ktoré difunduje za určitý čas, a vzdialenosť, ktorú difundujúca látka prejde, sú úmerné odmocninačas difúzie.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej rýchlosti molekúl. V prípade plynov je priemerná rýchlosť malých molekúl väčšia, konkrétne je nepriamo úmerná druhej odmocnine hmotnosti molekuly a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Difúzne procesy v pevné látky pri vysokých teplotách často nachádzajú praktické uplatnenie. Napríklad niektoré typy katódových trubíc (CRT) používajú kovové tórium difundované cez kovový volfrám pri 2000 °C.

3.2 Fickova rovnica

Vo väčšine praktických prípadov sa namiesto chemického potenciálu používa koncentrácia C. Priame nahradenie µ C sa stáva nesprávnym v prípade vysokých koncentrácií, pretože chemický potenciál súvisí s koncentráciou podľa logaritmického zákona. Ak takéto prípady neberieme do úvahy, vyššie uvedený vzorec možno nahradiť nasledujúcim:

čo ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolf Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie). Druhý Fickov zákon sa týka priestorových a časových zmien koncentrácie (difúzna rovnica):

Difúzny koeficient D závisí od teploty. V mnohých prípadoch, v širokom teplotnom rozsahu, je táto závislosť Arrheniovou rovnicou.

Difúzne procesy majú v prírode veľký význam:

Výživa, dýchanie zvierat a rastlín;

Prenikanie kyslíka z krvi do ľudských tkanív.

3.3 Pasívna preprava

Pasívny transport je prenos látok z miest s veľkou hodnotou elektrochemického potenciálu do miest s jeho nižšou hodnotou.

Pri pokusoch s umelými lipidovými dvojvrstvami sa zistilo, že čím je molekula menšia a čím menej tvorí vodíkové väzby, tým rýchlejšie difunduje cez membránu. Takže čím je molekula menšia a čím je rozpustnejšia v tukoch (hydrofóbna alebo nepolárna), tým rýchlejšie prenikne cez membránu. Difúzia látok cez lipidovú dvojvrstvu je spôsobená koncentračným gradientom cez membránu. Molekuly látok nerozpustných v lipidoch a vo vode rozpustné hydratované ióny (obklopené molekulami vody) prenikajú cez membránu cez lipidové a proteínové póry. Malé nepolárne molekuly sú ľahko rozpustné a rýchlo difundujú. Nenabité polárne molekuly malých rozmerov sú tiež rozpustné a difúzne.

Dôležité je, že voda preniká lipidovou dvojvrstvou veľmi rýchlo napriek tomu, že je relatívne nerozpustná v tukoch. Je to spôsobené tým, že jeho molekula je malá a elektricky neutrálna.

Osmóza je prednostný pohyb molekúl vody cez polopriepustné membrány (priepustné pre rozpustenú látku a priepustné pre vodu) z miest s nižšou koncentráciou rozpustenej látky do miest s vyššou koncentráciou. Osmóza je v podstate jednoduchá difúzia vody z miest s vyššou koncentráciou do miest s nižšou koncentráciou vody. Osmóza hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických javoch. Fenomén osmózy spôsobuje hemolýzu erytrocytov v hypotonických roztokoch.

Takže membrány môžu prechádzať vodou a nepolárne molekuly jednoduchou difúziou.

3.3.1 Rozdiely medzi uľahčenou a jednoduchou difúziou:

1) prenos látky za účasti nosiča prebieha oveľa rýchlejšie;

2) uľahčená difúzia má vlastnosť nasýtenia: so zvýšením koncentrácie na jednej strane membrány sa hustota toku látky zvyšuje iba do určitej hranice, keď sú už obsadené všetky molekuly nosiča;

3) s uľahčenou difúziou sa pozoruje konkurencia prenášaných látok v prípadoch, keď nosič prenáša rôzne látky; zatiaľ čo niektoré látky sú lepšie tolerované ako iné a pridanie niektorých látok sťažuje transport iných; Takže medzi cukrami je glukóza lepšie tolerovaná ako fruktóza, fruktóza je lepšia ako xylóza a xylóza je lepšia ako arabinóza atď. atď.;

4) existujú látky, ktoré blokujú uľahčenú difúziu – tvoria silný komplex s molekulami nosiča, napríklad floridzin inhibuje transport cukrov cez biologickú membránu.

4. Darcyho zákon

Darcyho zákon (Henri Darcy, 1856) je zákon o filtrácii kvapalín a plynov v poréznom médiu. Získané experimentálne. Vyjadruje závislosť rýchlosti filtrácie tekutiny od gradientu hlavy:

kde: - rýchlosť filtrácie, K - koeficient filtrácie, - spád hlavy. Darcyho zákon je spojený s niekoľkými systémami merania. Médium s priepustnosťou 1 Darcy (D) umožňuje prúdenie 1 cm³/s kvapaliny alebo plynu s viskozitou 1 cp (mPa s) pri tlakovom gradiente 1 atm/cm pôsobiacom na plochu 1 cm². 1 milidarcy (mD) sa rovná 0,001 Darcy.

V systéme merania SI sa 1 Darcy rovná 9,869233 × 10-13 m² alebo 0,9869233 µm². Táto konverzia je zvyčajne približne 1 µm². Všimnite si, že toto je prevrátená hodnota 1,013250, prevodný faktor z atmosfér na bary.

Transport cez lipidovú dvojvrstvu (jednoduchá difúzia) a transport za účasti membránových proteínov

5. Aktívna doprava

Iné nosné proteíny (niekedy nazývané pump proteíny) transportujú látky cez membránu na úkor energie, ktorá je zvyčajne dodávaná hydrolýzou ATP. Tento typ transportu nastáva proti koncentračnému gradientu transportovanej látky a nazýva sa aktívny transport.

Symport, antiport a uniport

Membránový transport látok sa líši aj smerom ich pohybu a množstvom látok nesených týmto nosičom:

1) Uniport - transport jednej látky jedným smerom v závislosti od gradientu

2) Symport - preprava dvoch látok jedným smerom cez jeden nosič.

3) Antiport - pohyb dvoch látok rôznymi smermi cez jeden nosič.

Uniport poskytuje napríklad napäťovo závislý sodíkový kanál, cez ktorý sa sodíkové ióny presúvajú do bunky pri vytváraní akčného potenciálu.

Symport sa uskutočňuje pomocou glukózového transportéra umiestneného na vonkajšej strane buniek črevného epitelu (smerom k lúmenu čreva). Tento proteín súčasne zachytáva molekulu glukózy a sodíkový ión a zmenou svojej konformácie prenáša obe látky do bunky. V tomto prípade sa využíva energia elektrochemického gradientu, ktorý zase vzniká hydrolýzou ATP sodno-draselnou ATP-ázou.

Antiport sa uskutočňuje napríklad sodno-draslíkovou ATPázou (alebo sodíkovo závislou ATPázou). Transportuje ióny draslíka do bunky. a von z bunky - ióny sodíka.

Práca sodno-draselnej ATPázy ako príklad antiportu a aktívneho transportu

Spočiatku tento nosič prichytí tri Na+ ióny zvnútra membrány. Tieto ióny menia konformáciu aktívneho miesta ATPázy. Po takejto aktivácii je ATPáza schopná hydrolyzovať jeden molekula ATP a fosfátový ión je fixovaný na povrchu nosiča zvnútra membrány.

Uvoľnená energia sa vynakladá na zmenu konformácie ATPázy, po ktorej sú tri ióny Na + a ión (fosfát) na vonkajšej strane membrány. Tu sa ióny Na + odštiepia a nahradia dvoma iónmi K +. Potom sa konformácia nosiča zmení na pôvodnú a ióny K + sú na vnútornej strane membrány. Tu sa odštiepia ióny K + a nosič je opäť pripravený na prevádzku.

Stručne povedané, pôsobenie ATPázy možno opísať takto:

1) „Vezme“ tri ióny Na + z vnútra bunky, potom rozdelí molekulu ATP a pripojí k sebe fosfát

2) "Vyhodí" ióny Na + a prichytí dva ióny K + z vonkajšieho prostredia.

3) Odpojí fosfát, vhodí do bunky dva ióny K +

Výsledkom je, že v extracelulárnom prostredí vysoká koncentrácia Na + ióny a vo vnútri bunky - vysoká koncentrácia K +. Práca Na +, K + - ATPázy vytvára nielen rozdiel v koncentráciách, ale aj rozdiel v nábojoch (funguje ako elektrogénna pumpa). Na vonkajšej strane membrány sa vytvára kladný náboj a vo vnútri záporný náboj.

6. Štruktúra a funkcie iónových kanálov.

Model excitabilnej membrány predpokladá regulovaný transport iónov draslíka a sodíka cez membránu. Priamy prechod iónu cez lipidovú dvojvrstvu je však veľmi ťažký, takže hustota toku iónov by bola veľmi nízka, ak by ión prechádzal priamo cez lipidovú fázu membrány. Toto a množstvo ďalších úvah dávalo dôvod domnievať sa, že membrána musí obsahovať nejaké špeciálne štruktúry – vodivé ióny.

Takéto štruktúry boli nájdené a pomenované iónové kanály. Podobné kanály boli izolované z rôznych objektov: plazmatická membrána buniek, postsynaptická membrána svalových buniek a iné objekty. Známe sú aj iónové kanály tvorené antibiotikami.

Hlavné vlastnosti iónových kanálov:

1) selektivita;

2) nezávislosť prevádzky jednotlivých kanálov;

3) diskrétny charakter vodivosti;

4) závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu.

Uvažujme ich v poradí.

1. Selektivita je schopnosť iónových kanálov selektívne prenášať ióny akéhokoľvek typu.

Už pri prvých pokusoch na axóne chobotnice sa zistilo, že ióny sodíka a draslíka ovplyvňujú membránový potenciál rôznymi spôsobmi. Draselné ióny menia pokojový potenciál a sodné ióny menia akčný potenciál.

Merania ukázali, že iónové kanály majú absolútnu selektivitu vzhľadom na katióny (katiónovo selektívne kanály) alebo na anióny (aniónovo selektívne kanály). Zároveň rôzne katióny rôznych chemické prvky, ale vodivosť membrány pre minoritný ión, a teda aj prúd cez ňu, bude výrazne nižšia, napríklad pre sodíkový kanál bude prúd draslíka cez ňu 20-krát menší. Schopnosť iónového kanála prechádzať rôznymi iónmi sa nazýva relatívna selektivita a je charakterizovaná sériou selektivity - pomerom vodivosti kanála pre rôzne ióny odobraté pri rovnakej koncentrácii.

2. Nezávislosť jednotlivých kanálov. Prechod prúdu cez individuálny iónový kanál je nezávislý od toho, či prúd preteká cez iné kanály. Napríklad draslíkové kanály možno zapnúť alebo vypnúť, ale prúd cez sodíkové kanály sa nemení. Vplyv kanálov na seba sa vyskytuje nepriamo: zmena permeability akýchkoľvek kanálov (napríklad sodíka) mení membránový potenciál a už ovplyvňuje vodivosť iných iónových kanálov.

3. Diskrétny charakter vedenia iónových kanálov. Iónové kanály sú podjednotkový komplex proteínov, ktorý pokrýva membránu. V jeho strede je trubica, cez ktorú môžu prechádzať ióny.

Počet iónových kanálov na 1 μm povrchu membrány bol stanovený pomocou rádioaktívne značeného blokátora sodíkových kanálov - tetrodotoxínu. Je známe, že jedna molekula TTX sa viaže len na jeden kanál. Potom meranie rádioaktivity vzorky so známou plochou umožnilo ukázať, že na 1 μm axónu chobotnice je asi 500 sodíkových kanálov. Prvýkrát to bolo objavené v roku 1962 pri štúdiách vodivosti lipidových dvojvrstvových membrán (BLM), keď sa do roztoku obklopujúceho membránu pridali mikromnožstvá nejakej látky, ktorá vyvolala excitáciu. Na BLM sa aplikovalo konštantné napätie a zaznamenával sa prúd. Zaznamenávanie prúdu v čase malo podobu skokov medzi dvoma vodivými stavmi.

Výsledky experimentov uskutočnených na rôznych iónových kanáloch ukázali, že vodivosť iónového kanála je diskrétna a môže byť v dvoch stavoch: otvorený alebo zatvorený. Prúdové rázy sú spôsobené súčasným otvorením 2 alebo 3 kanálov. Prechody medzi stavmi iónového kanála sa vyskytujú v náhodných časoch a riadia sa štatistické zákonitosti. Nedá sa povedať, že tento iónový kanál sa otvorí presne v tomto okamihu. Dá sa povedať len o pravdepodobnosti otvorenia kanála v určitom časovom intervale.

Iónové kanály sú opísané charakteristickou životnosťou otvoreného a uzavretého stavu.

4. Závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu. Iónové kanály nervových vlákien sú citlivé na membránový potenciál, napríklad sodíkové a draselné kanály axónu chobotnice. To sa prejavuje tým, že po začiatku depolarizácie membrány sa zodpovedajúce prúdy začnú meniť s jednou alebo druhou kinetikou. V jazyku „iónových kanálov“ k tomuto procesu dochádza nasledujúcim spôsobom. Iónovo selektívny kanál má tzv

"senzor" - nejaký prvok jeho dizajnu, citlivý na akciu elektrické pole(pozri obrázok). Keď sa zmení membránový potenciál, zmení sa veľkosť sily, ktorá naň pôsobí, v dôsledku toho sa táto časť iónového kanála pohybuje a mení pravdepodobnosť otvorenia alebo zatvorenia „brán“ – akési uzávery fungujúce podľa „všetkých alebo nič“ zákon.

Štruktúra iónového kanála

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy, ktorá má podjednotkovú štruktúru; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a prepúšťajú ióny len určitého priemeru; časť brány.

„Brány“ iónového kanála sú riadené membránovým potenciálom a môžu byť buď v uzavretom stave (prerušovaná čiara) alebo v otvorenom stave (plná čiara). Normálna poloha brány sodíkového kanála je zatvorená. Pôsobením elektrického poľa sa zvyšuje pravdepodobnosť otvoreného stavu, brána sa otvára a tok hydratovaných iónov dostane možnosť prejsť cez selektívny filter.

Ak sa ión „zmestí“ do priemeru, odhodí hydratačný obal a preskočí na druhú stranu iónového kanála. Ak má ión príliš veľký priemer, ako napríklad tetraetylamónium, nemôže prejsť cez filter a nemôže prejsť cez membránu. Ak je naopak ión príliš malý, potom má ťažkosti v selektívnom filtri, tentoraz kvôli ťažkostiam pri odstraňovaní jeho hydratačného obalu. Pre „vhodný“ ión je vypustená voda nahradená väzbami s atómami kyslíka umiestnenými vo filtri, pre „nevhodný“ ión je stérická korešpondencia horšia. Preto je pre ňu ťažšie prejsť cez filter a vodivosť kanála je pre ňu nižšia.

Blokátory iónových kanálov cez ňu buď nemôžu prejsť a uviaznu vo filtri, alebo ak sú to veľké molekuly ako TTX, stericky sa zhodujú s niektorým vstupom do kanála. Keďže blokátory nesú kladný náboj, ich nabitá časť je vtiahnutá do kanála k selektívnemu filtru ako obyčajný katión a makromolekula ho upchá.

Zmeny v elektrických vlastnostiach excitovateľných biomembrán sa teda uskutočňujú pomocou iónových kanálov. Ide o proteínové makromolekuly prenikajúce do lipidovej dvojvrstvy, ktoré môžu byť v niekoľkých diskrétnych stavoch. Vlastnosti kanálov, ktoré sú selektívne pre ióny draslíka, sodíka a vápnika, môžu rôzne závisieť od membránového potenciálu, ktorý určuje dynamiku akčného potenciálu v membráne, ako aj od rozdielov v takýchto potenciáloch v membránach rôznych buniek.

Záver

Cez lipidovú dvojvrstvu môže prejsť akákoľvek molekula, ale rýchlosť pasívnej difúzie látok, t.j. prechod látky z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou môže byť veľmi odlišný. Pre niektoré molekuly to tak je dlho, čo možno povedať o ich praktickej nepriepustnosti pre lipidovú dvojvrstvu membrány. Rýchlosť difúzie látok cez membránu závisí najmä od veľkosti molekúl a ich relatívnej rozpustnosti v tukoch.

Malé nepolárne molekuly ako O2, steroidy, hormóny štítnej žľazy a mastné kyseliny prechádzajú cez lipidovú membránu najjednoduchšie jednoduchou difúziou. Malé polárne nenabité molekuly - CO2, NH3, H2O, etanol, močovina - tiež difundujú dosť vysokou rýchlosťou. Difúzia glycerolu je oveľa pomalšia a glukóza prakticky nemôže sama prejsť cez membránu. Pre všetky nabité molekuly, bez ohľadu na ich veľkosť, je lipidová membrána nepriepustná.

Transport takýchto molekúl je možný vďaka prítomnosti buď proteínov v membránach, ktoré tvoria kanály (póry) vyplnené vodou v lipidovej vrstve, cez ktoré môžu jednoduchou difúziou prechádzať látky určitej veľkosti, alebo špecifických nosných proteínov, ktoré selektívne interagujúce s určitými ligandami, uľahčujú ich prenos cez membránu (uľahčená difúzia).

Okrem pasívneho transportu látok sú v bunkách proteíny, ktoré aktívne pumpujú určité látky rozpustené vo vode proti ich gradientu, t.j. z nižšej koncentrácie na vyššiu koncentráciu. Tento proces, nazývaný aktívny transport, sa vždy uskutočňuje pomocou nosných bielkovín a prebieha s výdajom energie.

Vonkajšia časť kanála je relatívne prístupná na štúdium, štúdium vnútornej časti predstavuje značné ťažkosti. P. G. Kostyuk vyvinul metódu intracelulárnej dialýzy, ktorá umožňuje študovať funkciu vstupných a výstupných štruktúr iónových kanálov bez použitia mikroelektród. Ukázalo sa, že časť iónového kanála otvorená do extracelulárneho priestoru sa svojimi funkčnými vlastnosťami líši od časti kanála smerujúcej do vnútrobunkového prostredia.

Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dva dôležité vlastnosti membrány: selektivita a vodivosť.

Selektivita alebo selektivita kanála je zabezpečená jeho špeciálnou proteínovou štruktúrou. Väčšina kanálov je ovládaná elektricky, t.j. ich schopnosť viesť ióny závisí od veľkosti membránového potenciálu. Kanál je heterogénny vo svojich funkčných charakteristikách, najmä pre proteínové štruktúry umiestnené na vstupe do kanála a na jeho výstupe (takzvané hradlové mechanizmy).

Fickova rovnica

Znamienko „–“ ukazuje, že celková hustota toku látky počas difúzie smeruje k poklesu hustoty, D je koeficient difúzie. Vzorec ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolf Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie).

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy, ktorá má podjednotkovú štruktúru; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a prepúšťajú ióny len určitého priemeru; časť brány. Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť. Vápnikové kanály hrajú zásadnú úlohu v srdcových bunkách.

Bibliografia

2. Yu, I. Afanasiev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky a kol., Histológia. M.

4. Filippovič Yu.B. Základy biochémie. M., Vyššia škola, 1985. Difúzia

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

6. Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcie. M., Mir, 1997

ODDIEL 2

LABORATÓRNE TRIEDY

Laboratórium č. 1

Porovnanie priepustnosti membrán živých a mŕtvych buniek

Cvičenie: identifikovať rozdiely v priepustnosti membrán živých a mŕtvych buniek a vyvodiť záver o príčinách týchto rozdielov.

Materiály a vybavenie: skúmavky, stojan na skúmavky, skalpel, liehová lampa alebo plynový horák, 30% roztok kyseliny octovej, koreň repy.

Operačný postup

1. Po odstránení krycích pletív sa koreň repy nareže na kocky (strana kocky je 5 mm) a dôkladne sa umyje vodou, aby sa odstránil pigment, ktorý vyšiel z poškodených buniek.

2. Jeden kus repy sa ponorí do troch skúmaviek. V prvom a druhom nalejte 5 ml vody, v treťom - 5 ml 30% roztoku kyseliny octovej. Prvá skúmavka sa ponechá na kontrolu. Obsah druhej varte 2-3 minúty.

3. Vakuoly buniek koreňov repy obsahujú betacyanín, pigment, ktorý dodáva farbu koreňovému tkanivu. Tonoplasty živých buniek sú pre molekuly tohto pigmentu nepriepustné. Po smrti buniek stráca tonoplast svoju semipermeabilitu, stáva sa permeabilným, molekuly pigmentu opúšťajú bunky a farbia vodu.

V druhej a tretej skúmavke, kde boli bunky usmrtené varom alebo kyselinou, je voda zafarbená, zatiaľ čo v prvej skúmavke zostáva nezafarbená.

4. Zapíšte si výsledky pozorovaní.

Laboratórium č. 2

Turgor, plazmolýza a deplazmolýza

Cvičenie:študovať pod mikroskopom javy turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy v bunkách epidermis modrej cibule.

Materiály a vybavenie: mikroskopy, pitevné príslušenstvo, liehové lampy, modrá cibuľa, korene stolovej repy, 30% roztok cukru, 5-8% roztok dusičnanu draselného.

Operačný postup

1. Urobte rovinný rez epidermis modrej cibule, položte ju na podložné sklíčko do kvapky vody.

2. Kvapku uzavrieme krycím sklíčkom a pozorujeme bunky v stave turgoru v mikroskope.

3. Odoberte kvapku 30% roztoku cukru a priložte ju k kryciemu sklíčku.

4. Dotknutím sa opačného konca krycieho sklíčka filtračným papierom nahraďte vodu v prípravku cukrovým roztokom.

5. Opäť pozorujte pod mikroskopom. Ak plazmolýza ešte nie je badateľná, zopakujte výmenu vody za cukrový roztok.

Pod mikroskopom bude plazmolýza v živých bunkách epidermis jasne viditeľná.

6. Pokus vykonajte v opačnom poradí, t. j. opäť vráťte vodu a pozorujte jav deplazmolýzy.

7. Nakreslite bunky v stave turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy.

8. Aby ste dokázali, že plazmolýza a deplazmolýza sa vyskytujú iba v živých bunkách, vykonajte paralelne takýto experiment. Jedna z častí cibuľovej epidermis, umiestnená v kvapke vody, držte nad plameňom alkoholovej lampy, aby ste zabili bunky. Potom naneste roztok cukru a zistite, či dôjde k plazmolýze.

Opísaná skúsenosť vám umožňuje zoznámiť sa nielen s procesmi turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy, ale aj s procesom látok vstupujúcich do bunky (v tomto prípade molekuly cukru z roztoku).

Pri štúdiu javov plazmolýzy a deplazmolýzy v bunkách koreňov stolovej repy je postup rovnaký, ale namiesto roztoku cukru je lepšie použiť 5% roztok dusičnanu draselného.

Laboratórium č. 3

Stanovenie transpirácie podľa hmotnosti

Cvičenie: určiť množstvo vody odparenej rastlinou za určité časové obdobie pomocou hmotnostnej metódy.

Materiály a vybavenie: váhy, závažia, nožnice, riad, stojan, živé rastliny.

Operačný postup

1. Pripevnite U-rúru na stojan a nalejte do nej vodu. Z rastliny odrežte jeden list (alebo malú vetvičku s dvoma listami) a pomocou vatovej zátky spevnite jedno koleno (vatová zátka by sa nemala dotýkať vody, inak sa cez ňu voda vyparí). Druhé koleno zatvorte gumovou alebo plastovou zátkou (ak nie je taká skúmavka, môžete si vziať jednoduchú skúmavku a naliať rastlinný olej na povrch vody tak, aby nedošlo k odparovaniu).

2. Odvážte prístroj a zároveň malú formu naplnenú vodou. Umiestnite zariadenie a kryštalizátor na okno.

3. Po 1-2 hodinách znova odvážte. Hmota v oboch prípadoch klesá, pretože sa voda vyparuje.

Laboratórium č. 4

Pozorovanie pohybu prieduchov

Cvičenie: pozorovať pohyby prieduchov, vysvetliť príčinu pohybov prieduchov, nakresliť prieduchy vo vode a v roztokoch 5 resp.
20%- glycerín.

Cieľ práce: pozorovať stomatálne pohyby vo vode a v roztoku glycerolu.

Materiály a vybavenie: glycerínové roztoky (5 a 20%), 1M roztok sacharózy, mikroskopy, sklíčka a krycie sklíčka, pitevné ihly, filtračný papier, fľaše, listy akýchkoľvek rastlín.

Operačný postup

1. Pripravte niekoľko rezov epidermy spodných listov a umiestnite ich na 2 hodiny do 5% roztoku glycerolu. Glycerín preniká do vakuol ochranných buniek, znižuje ich vodný potenciál a následne zvyšuje ich schopnosť absorbovať vodu. Rezy sa umiestnia na podložné sklíčko v rovnakom roztoku, zaznamená sa stav buniek a načrtnú sa.

2. Nahraďte glycerín vodou tak, že ho vytiahnete spod pohára filtračným papierom. V tomto prípade sa pozoruje otvorenie stomatálnych trhlín. Nakreslite prípravu.

3. Vodu nahraďte silným osmotickým činidlom – 20% roztokom glycerolu alebo 1M roztokom sacharózy. Sledujte zatváranie prieduchov.

4. Vyvodiť závery.

Laboratórium č. 5

Produkty fotosyntézy

Cvičenie:študovať proces tvorby primárneho škrobu v listoch.

Materiály a vybavenie: alkoholové lampy, vodné kúpele, nožnice, elektrické sporáky, žiarovky 200-300 W, riad, živé rastliny (tekvica, fazuľa, pelargonium, prvosienka atď.), etylalkohol, roztok jódu v jodidu draselnom.

Operačný postup

1. Škrobovým testom dokážte, že škrob vzniká pri fotosyntéze.

Dobre napojená rastlina by mala byť umiestnená na 2-3 dni na tmavom mieste. Počas tejto doby dôjde k odtoku asimilátov z listov. V tme nemôže vzniknúť nový škrob.

Ak chcete získať kontrast z procesu fotosyntézy, časť listu musí byť stmavená. Na tento účel môžete použiť fotografický negatív alebo dve rovnaké nepriehľadné obrazovky, ktoré pripevníte zhora a zdola. Výkresy na obrazovke (výrezy) môžu byť veľmi odlišné.

Vo vzdialenosti 0,5 m od plechu je umiestnená žiarovka s výkonom 200 - 300 W. Po hodine alebo dvoch musí byť list spracovaný, ako je uvedené vyššie. Je vhodnejšie to urobiť na rovnej doske. Zároveň sa spracuje list, ktorý zostal po celý čas tmavý.

Časti vystavené osvetleniu sú zafarbené na modro, zatiaľ čo ostatné sú žlté.

V lete môžete zážitok upraviť - zatvorte niekoľko listov na rastline a položte na ne vrecká z čierneho nepriehľadného papiera s príslušnými výrezmi; po dvoch až troch dňoch, na konci slnečného dňa, odrežte listy, uvarte ich najprv vo vode a potom odfarbite alkoholom a ošetrite roztokom jódu v jodide draselnom. Tmavé oblasti listov budú svetlé a osvetlené oblasti budú čierne.

V niektorých rastlinách (napríklad cibuľa) nie je primárnym produktom fotosyntézy škrob, ale cukor, takže škrobový test na ne nie je použiteľný.

2. Zaznamenajte výsledky pozorovaní.

Laboratórium č. 6

Získavanie pigmentov z listov alkoholového extraktu
a ich oddelenie

Cvičenie: získať alkoholový extrakt pigmentov, oddeliť ich a zoznámiť sa so základnými vlastnosťami pigmentov.

Materiály a vybavenie: nožnice, mažiare s tĺčikom, stojany so skúmavkami, riad, liehové lampy, vodné kúpele, čerstvé alebo suché listy (žihľava, aspidistra, brečtan alebo iné rastliny), etylalkohol, benzín, 20% NaOH (alebo KOH), suchá krieda, piesku.

Operačný postup

1. Suché listy nasekané nožnicami vložte do čistej mažiare, pridajte trochu kriedy na neutralizáciu kyselín bunkovej šťavy. Hmotu dôkladne rozdrvte paličkou, pridajte etylalkohol (100 cm 3), potom roztok prefiltrujte.

Výsledný extrakt chlorofylu má fluorescenciu: v prechádzajúcom svetle je zelený, v odraze je čerešňovo červený.

2. Pigmenty oddeľte Krausovou metódou.

Za týmto účelom nalejte 2-3 cm 3 extraktu do skúmavky a pridajte jeden a pol objemu benzínu a 2-3 kvapky vody; potom musíte skúmavku pretrepať a počkať, kým nebudú zreteľne viditeľné dve vrstvy - benzín hore, alkohol dole. Ak k oddeleniu nedôjde, pridajte viac benzínu a skúmavku znova pretrepte.

V prípade zákalu pridajte trochu alkoholu.

Keďže sa benzín v alkohole nerozpúšťa, končí na vrchu. Zelená farba vrchná vrstva naznačuje, že chlorofyl prešiel do benzínu. Okrem neho sa karotén rozpúšťa aj v benzíne. Nižšie v alkohole zostáva xantofyl. Spodná vrstva je žltá.

Po usadení roztoku sa vytvoria dve vrstvy. V dôsledku zmydelnenia chlorofylu dochádza k odštiepeniu alkoholov a vzniku sodnej soli chlorofylínu, ktorá sa na rozdiel od chlorofylu v benzíne nerozpúšťa.

Pre lepšie zmydelnenie možno skúmavku s prídavkom NaOH vložiť do vodného kúpeľa s vriacou vodou a hneď ako roztok zovrie. Potom sa naleje benzín. Karotén a xantofyl prejdú do benzínovej vrstvy (vrchná) (farba bude žltá) a do alkoholovej vrstvy - sodná soľ kyselina chlorofyl.

Laboratórium č. 7

Detekcia dýchania rastlín

Cvičenie: dokážte, že pri dýchaní rastlín sa uvoľňuje CO 2, nakreslite zariadenie, ktoré pomáha zisťovať dýchanie uvoľňovaním CO 2, urobte popisky k obrázku.

Materiály a vybavenie: 2 sklenené nádoby s objemom 300-400 ml, 2 gumené skúmavky s otvormi na lieviky a skúmavky, 2 lieviky, 2 zakrivené sklenené skúmavky "P" dlhé 18-20 cm a priemer 4-5 mm, 2 skúmavky, kadička, roztok Ba(OH) 2, naklíčené semená pšenice, slnečnice, kukurice, hrachu atď.

Operačný postup

1. 50-60 g naklíčených semien sa naleje do sklenenej nádoby, tesne uzavretej zátkou, do ktorej sa vloží lievik a zakrivená sklenená trubica a nechá sa 1-1,5 hodiny. Počas tejto doby sa v pohár v dôsledku dýchania semien. Je ťažší ako vzduch, preto sa koncentruje na dne plechovky a do atmosféry sa nedostane cez lievik alebo trubicu.

2. Zároveň vezmú kontrolný pohár bez semien, tiež ho uzavrú gumenou zátkou s lievikom a sklenenou trubičkou a postavia k prvému poháru.

3. Voľné konce sklenených skúmaviek sa spustí do dvoch skúmaviek s barytovou vodou. V oboch nádobách cez lieviky začnú postupne nalievať vodu. Voda vytláča z nádob vzduch obohatený o CO 2 , ktorý vstupuje do skúmaviek s roztokom Ba(OH) 2 . V dôsledku toho sa barytová voda zakalí.

4. Porovnajte stupeň zákalu Ba(OH) 2 v oboch skúmavkách.

Laboratórium č. 8

Stanovenie intenzity dýchania v pohároch Conway

Cvičenie: urobiť experiment a vypočítať intenzitu dýchania skúmaných objektov v závislosti od variantov experimentu.

Materiály a vybavenie: Conwayove poháre, vazelína, byrety, trojnožky, filtračný papier, nožnice, váhy, závažia, činidlá: 0,1n Ba(OH) 2 ; 0,1 N HCl, fenolftaleín, akékoľvek sadenice a dospelé rastliny alebo ich orgány.

Operačný postup

1. Conwayove poháre sú pred experimentom kalibrované, musia mať rovnaký objem pre kontrolné a experimentálne možnosti. Každý variant experimentu je nastavený trojmo.

2. Vo vonkajšom kruhu Conwayovho pohára sa rozloží vzorka rastlinného materiálu s hmotnosťou 0,5-1,0 g. Do vnútorného valca sa naleje 1 alebo 2 ml 0,1 n Ba (OH) 2. priehľadný obrys tenkého rezu sa objavila šálka) a vložte ju do tmy na 20–40 minút (aby sa vylúčila fotosyntéza v zelených tkanivách rastlín). Počas expozície oxid uhličitý nahromadený v objeme Conwayovej misky reaguje s hydroxidom bárnatým:

CO2 + Ba (OH)2 \u003d BaC03 + H20.

Prebytok Ba(OH)2 sa titruje 0,1 N HCl na fenolftaleín, kým nezmizne ružové sfarbenie.

3. Súčasne s experimentálnym položte kontrolný pohár Conway (bez vzorky). Naleje sa do nej rovnaký objem roztoku 0,1 N Ba(OH) 2, uzatvorí sa zabrúseným viečkom a nechá sa vedľa pokusnej misky. Hydroxid bárnatý v tomto pohári reaguje s oxid uhličitý, ktorý bol pôvodne vo svojom objeme ako súčasť vzduchu. Prebytok barytu sa titruje.

4. Podľa rozdielu objemov roztoku kyseliny chlorovodíkovej použitého na titráciu nadbytku Ba (OH) 2 v kontrolnom a experimentálnom pohári vypočítajte dychovú frekvenciu (I. d.):

Mg CO2 / (g ∙ h),

kde V HC1k je objem 0,1 n HC1 použitý na titráciu nadbytku Ba(OH) 2 v kontrolnej nádobke; V HC1op je objem 0,1 n HC1 použitý na titráciu nadbytku Ba(OH) 2 v testovacej miske; R- hmotnosť vzorky, g;

t - čas, h; 2.2 - konverzný faktor HC1 na CO 2 (1 ml 0,1 n HC1 alebo Ba(OH) 2 je ekvivalentné 2,2 mg CO 2).

Laboratórium č. 9

Význam rôznych prvkov pre rastliny

Cvičenie:študovať význam rôznych minerálnych prvkov pre rast huby Aspergillus.

Materiály a vybavenie: váhy, termostat, vatové zátky, filtre, päť baniek po 100 cm 3, skúmavky, pipeta, dva poháre, lievik, minerálne soli, sacharóza, organická kyselina (citrónová), kultúra huby Aspergillus pestovaná na kúskoch zemiakov alebo chleba na 3 - 4 dni.

Operačný postup

1. Pestujte hubu na živných zmesiach.

Zistilo sa, že aspergillus kladie na podmienky minerálnej výživy približne rovnaké požiadavky ako vyššie rastliny. Z minerálnych prvkov huba nepotrebuje len vápnik. Živinové zmesi sa pripravujú v bankách s objemom 100 cm3 a vyrábajú sa podľa určitej schémy (tabuľka 1).

Číslovanie baniek zodpovedá číslovaniu variantov pokusu. Zaznamenajte výsledky experimentu nižšie.

stôl 1

Schéma zloženia živných zmesí

Kyselina citrónová sa pridáva na vytvorenie kyslého prostredia, ktoré je priaznivé pre Aspergillus, ale inhibuje rozvoj iných mikroorganizmov.

2. Do skúmavky alebo banky nalejte sterilnú vodu a vložte do nej mycélium huby odobraté sterilnou slučkou, obsah premiešajte otáčaním medzi prstami alebo dlaňami.

Výslednú suspenziu pridajte sterilnou pipetou do všetkých baniek.

Banky uzatvorte vatovými zátkami a vložte do termostatu pri teplote 30 – 35 °C. Sledujte o týždeň.

Podstata experimentu spočíva v tom, že stanovením hmotnosti mycélia huby pestovanej na rôznych živných zmesiach je možné zistiť jej potrebu jednotlivých prvkov.

3. Odvážime, na čo si vezmeme dva čisté poháre, jeden lievik a niekoľko rovnakých papierových filtrov. Odvážte jednu kadičku (č. 1) s lievikom a filtrom a zaznamenajte hmotnosť. Potom vložte lievik do inej kadičky (č. 2), preneste mycélium huby z prvej banky na filter, opláchnite vodou a po zastonaní vody preneste lievik späť do kadičky č. 1. Znova odvážte. Je jasné, že výsledok bude väčší, keďže sa pridalo mycélium huby.

... - Balašov: Nikolaev, 2007. - 48 s. ISBN 978-5-94035-300-3 vzdelávacie-metodickýprídavky metódy sú uvedené... fyziológierastliny: štúdie. príspevok/ vyd. V. B. Ivanova. - Akadémia, 2001. - 144 s. Zanina, M. A. Fyziológiarastliny: učebnicovo-metóda. príspevok ...

Rôzne látky prechádzajú membránou rôznou rýchlosťou, preto hovoríme, že membrány sú selektívne priepustné. V tomto prípade sa rýchlosť prechodu látok mení v závislosti od fyziologického stavu bunky alebo organely.

Vďaka selektívnej permeabilite regulujú transport látok medzi vonkajším prostredím a bunkou, medzi organelami a cytoplazmou atď.

Reguláciou toku látok do bunky a ich vylučovania tým regulujú membrány rýchlosť a smer biochemických reakcií, ktoré tvoria základ látkovej premeny organizmu. Veľmi selektívna permeabilita membrán závisí od metabolizmu v bunke.

Membrány regulujú metabolizmus iným spôsobom – zmenou aktivity enzýmov. Niektoré enzýmy sú aktívne len vtedy, keď sú prichytené na membráne, iné naopak v tomto stave aktivitu nevykazujú a začnú pôsobiť až potom, čo ich membrána uvoľní na „slobodu“. Zmena priepustnosti membrány môže uľahčiť kontakt enzýmu so substrátom, po ktorom začne chemická reakcia, ktorá bola spočiatku nemožná.

Membránové enzýmy fungujú dobre len vtedy, keď sú v kontakte s lipidmi. V prítomnosti lipidov sa môže zmeniť tvar molekúl membránových proteínov, enzýmov, takže ich aktívne centrá sa stanú prístupnými substrátu. Okrem toho lokalizácia enzýmu na membráne určuje miesto tejto reakcie v bunke.

Ďalším dôležitým aspektom enzymatickej aktivity membrán je koordinácia chemických reakcií prebiehajúcich v bunkách. Keď niekoľko enzýmov katalyzuje reťaz reakcií, v ktorých produkt prvej reakcie slúži ako substrát pre ďalšiu reakciu atď., potom sú tieto enzýmy umiestnené na membráne v určitom poradí a tvoria multienzýmový systém. V membráne je veľa takýchto systémov, napríklad reťazec respiračných enzýmov. V tomto prípade sú enzýmy usporiadané v prísnom poradí s minimálnou vzdialenosťou medzi nimi.

kompartmentalizácia buniek – nevyhnutná podmienka pre život a jednu z hlavných funkcií membrán. Po prvé, membrány zväčšujú vnútorný povrch bunky, na ktorom sú lokalizované a prechádzajú enzýmy chemické reakcie. Po druhé, rôzne kompartmenty sa líšia chemickým zložením. Ďalej, keďže priehradky majú rôzne chemické zloženie prebiehajú v nich rôzne biochemické reakcie, potom sa pomocou membrán uskutočňuje fyzikálna separácia metabolických procesov, často opačného smeru. Napríklad k syntéze proteínov dochádza v ribozómoch a k rozpadu dochádza v lyzozómoch. Každý z týchto procesov je regulovaný nezávisle od seba. Uveďme ďalší príklad: syntéza mastných kyselín a ich oxidácia. Prvý proces sa vyskytuje v cytoplazme, druhý - v mitochondriách.

Metabolické systémy však nie sú od seba úplne izolované. Membrány rozdeľujúce bunku na kompartmenty majú špecializované mechanizmy, ktoré transportujú substráty, reakčné produkty, ako aj kofaktory a zlúčeniny, ktoré majú regulačný účinok z jedného do druhého. Rýchlosť jednotlivých metabolických procesov, ktoré sa vyskytujú v kompartmentoch, je teda čiastočne regulovaná dopravných systémov membrány.

Regulácia rýchlosti metabolických procesov môže nastať v dôsledku pohybu regulovaných látok z jedného oddelenia do druhého.

V rôznych kompartmentoch sú rôzne koncentrácie organických látok, iónov, rôzne chemické zloženie. Napríklad vo vakuolách je vždy zásoba aminokyselín, organických kyselín, cukrov, iónov. To vedie k chemickej heterogenite v bunke. Nerovnomerná koncentrácia iónov na oboch stranách membrány vedie k vzniku rozdielu v elektrických potenciáloch. Plazmatická membrána teda nesie záporný náboj, zatiaľ čo tonoplast nesie kladný náboj. Rôzne koncentrácie a chemické zloženie spôsobujú rôzne viskozity v rôznych častiach cytoplazmy.

Membrány, ktoré majú selektívnu permeabilitu, prenášajú potrebné látky do bunky, vykonávajú ďalšiu funkciu - regulujú homeostázu. Homeostáza nazývaná vlastnosť bunky (organely, orgánu, organizmu, ekosystému) udržiavať stálosť svojho vnútorného prostredia.

Prečo by malo vnútorné prostredie bunky zostať konštantné? Membránové proteíny a enzýmové proteíny sú globulárne. Guľová natívna štruktúra molekúl bielkovín závisí od slabých väzieb, ktoré sa ľahko zničia aj pri malej zmene vnútorného prostredia bunky. Bunka si teda musí udržiavať homeostázu, aby sa prirodzená štruktúra proteínov nezmenila. Ak sa zmení terciárna alebo kvartérna štruktúra proteínu, potom enzým stratí alebo zmení svoju aktivitu a naruší sa prísna zhoda medzi štruktúrou enzýmu a substrátom, aby reakcia mohla pokračovať.

Štruktúra molekuly proteínu určuje jej umiestnenie v membráne, a tým aj jej vlastnosti a funkcie. Zmena konformácie molekúl proteínu môže zmeniť množstvo hydrofóbnych a hydrofilných radikálov na jeho povrchu. To vedie k zmene usporiadania proteínových guľôčok v membráne. Ten ovplyvní jeho selektívnu schopnosť a ďalšie vlastnosti, čo následne spôsobí narušenie heterogenity, vymiznutie enzýmov a môže viesť k bunkovej smrti.

Membrány sa podieľajú na adaptácii buniek na meniace sa podmienky životné prostredie, o ktorom budeme diskutovať nižšie.

Väčšina z membrány, okrem všeobecných funkcií, ako je regulácia metabolizmu, kompartmentalizácia, vykonávajú špeciálne. Napríklad membrány mitochondrií a chloroplastov sa priamo podieľajú na syntéze ATP. Život je nepretržitá práca, na výkon ktorej je potrebné neustále vynakladať energiu.

Syntéza ATP je teda nevyhnutná neustále, je spojená s presne definovanou štruktúrou membrán organel (chloroplasty, mitochondrie). Porušenie tejto štruktúry vedie k zníženiu syntézy ATP, čo znamená smrť.

Labilná štruktúra membrán umožňuje ich výkon rôzne funkcie: bariérové, transportné osmotické, elektrické, štrukturálne, energetické, biosyntetické, sekrečné, receptorovo-regulačné a niektoré ďalšie.

IN V poslednej dobe Pribúdajú dôkazy o tom, že niektoré membrány vznikajú fyzikálnym prenosom membránového materiálu z jednej bunkovej zložky do druhej. Existujú dôkazy, ktoré nám umožňujú považovať ES za zdroj tých stavebných blokov, ktoré sú nakoniec zahrnuté do plazmalemy. Možno k tomu dochádza v dôsledku šnurovania vezikúl z Golgiho cisterny. S najväčšou pravdepodobnosťou sú dva typy membrán reštrukturalizované do Golgiho aparátu: membrány charakteristické pre ES, na membrány charakteristické pre plazmalemu.

Na záver poukazujeme na hlavné vlastnosti membrán:

1. Membrány sú zložité štruktúry. Pozostávajú z štruktúrne proteíny a lipidy, ale môžu zahŕňať aj vysoko špecifické molekuly enzýmov, pigmentov a kofaktorov.

2. V dôsledku chemickej variability molekúl proteínov a lipidov, ktoré tvoria membránu, a v závislosti od ich funkcií môžu mať rôzne membrány rôznu štruktúru.

3. Štruktúra membrán zabezpečuje vysoký stupeň poradie toho, ktoré špecifické molekuly môžu vytvárať komplexné funkčné jednotky.

4. Enzymatické reakcie a iné procesy v membránach môžu viesť k priestorovo riadeným alebo vektorovým reakciám; membrány sú asymetrické

Plazmolýza (z gr. plásma - tvarovaný, zdobený a lýsis - rozklad, rozpad), oddelenie protoplastu od membrány pri ponorení bunky do hypertonického roztoku.

Plazmolýza je charakteristická hlavne pre rastlinné bunky, ktoré majú silnú celulózovú membránu. Živočíšne bunky sa pri prenesení do hypertonického roztoku zmenšujú. V závislosti od viskozity protoplazmy, od rozdielu medzi osmotickým tlakom bunky a vonkajšieho roztoku, a teda od rýchlosti a stupňa straty vody protoplazmou, dochádza k plazmolýze konvexnej, konkávnej, konvulzívnej a čiapočkovej. Niekedy plazmolyzované bunky zostávajú živé; keď sú takéto bunky ponorené do vody alebo hypotonického roztoku, dochádza k deplazmolýze.

Na porovnávacie hodnotenie plazmolýzy v tkanivách existujú dve metódy:

Metóda hraničnej plazmolýzy
- Plazmometrická metóda.

Prvý spôsob, ktorý vyvinul Hugo De Vries (1884), spočíva v ponorení tkanív do roztokov s rôznymi koncentráciami KNO3, sacharózy alebo iných osmoticky aktívnych látok a nastavení koncentrácie, pri ktorej sa plazmolýzuje 50 % buniek. Pri plazmometrickej metóde sa po plazmolýze meria relatívny objem bunky a protoplastu a z koncentrácie roztoku (podľa zodpovedajúcich vzorcov) sa vypočíta osmotický tlak bunky.

Deplazmolýza (z de ... a plazmolýza) - návrat protoplastu rastlinných buniek zo stavu plazmolýzy do pôvodného stavu, charakterizovaný normálnym turgorom.

Deplazmolýza nastáva, keď sa plazmolyzované bunky (to znamená bunky, ktoré prešli plazmolýzou) prenesú do vody alebo hypotonických roztokov.

Turgor (neskoro latinsky turgor - opuch, plnenie, z lat. turgere - byť opuchnutý, naplnený), stresový stav bunkovej membrány, v závislosti od osmotického tlaku vnútrobunkovej tekutiny (P interný), osmotického tlaku vonkajšieho roztoku (P externého) a elasticity bunkovej membrány (SV) . Zvyčajne je UV živočíšnych buniek (okrem niektorých koelenterátov) nízke, nemajú vysoké T. a zostávajú nedotknuté iba v izotonických roztokoch alebo v tých, ktoré sa od izotonických málo líšia (rozdiel medzi P interným a P externým je menší ako 0,5-1,0 ráno). V živých rastlinných bunkách je vnútorné P vždy väčšie ako vonkajšie P, ale k pretrhnutiu bunkovej membrány nedochádza v dôsledku prítomnosti celulózovej bunkovej steny. Rozdiel medzi P vnútorným a P vonkajším v rastlinách (napríklad v rastlinách halofytov, húb) dosahuje 50-100 hodín, ale aj v tomto prípade je hranica bezpečnosti rastlinnej bunky 60-70%. Relatívne predĺženie bunkovej membrány v dôsledku T. u väčšiny rastlín nepresahuje 5–10 % a tlak turgoru leží v rozmedzí 5–10 hod. Vďaka T. majú rastlinné tkanivá elasticitu a štrukturálnu pevnosť. Všetky procesy autolýzy, vädnutia a starnutia sú sprevádzané poklesom T.

Voda(oxid vodíka) - binárny anorganická zlúčenina, chemický vzorec H 2 O. Molekula vody pozostáva z dvoch atómov vodíka a jedného kyslíka, ktoré sú vzájomne prepojené kovalentnou väzbou. Za normálnych podmienok je to priehľadná kvapalina, bezfarebná (v malom objeme), zápachu a chuti. V pevnom skupenstve sa nazýva ľad (kryštáliky ľadu môžu vytvárať sneh alebo námrazu) a v plynnom skupenstve sa nazýva vodná para. Voda môže existovať aj vo forme tekuté kryštály(na hydrofilných povrchoch). Asi 71% povrchu Zeme je pokrytých vodou (oceány, moria, jazerá, rieky, ľad) - 361,13 milióna km2. Na Zemi je približne 96,5 % vody v oceánoch, 1,7 % svetových zásob tvoria podzemné vody, ďalších 1,7 % v ľadovcoch a ľadových čiapkach Antarktídy a Grónska, malá časť v riekach, jazerách a močiaroch a 0,001 % v oblaky (vytvorené z častíc ľadu a tekutej vody suspendovaných vo vzduchu). Väčšina zemskej vody je slaná a nevhodná na poľnohospodárstvo a pitie. Dolyapresnaya je asi 2,5% a 98,8% tejto vody je v ľadovcoch a podzemných vodách. Menej ako 0,3 % všetkej sladkej vody sa nachádza v riekach, jazerách a atmosfére a ešte menšie množstvo (0,003 %) sa nachádza v živých organizmoch.

Je to dobré vysoko polárne rozpúšťadlo. IN prírodné podmienky vždy obsahuje rozpustené látky (soli, plyny).

Voda má kľúčový význam pri vytváraní a udržiavaní života na Zemi, v chemická štruktúraživých organizmov, pri tvorbe klímy a počasia. Je to najdôležitejšia látka pre všetky živé bytosti na planéte Zem.

Prvá vlastnosť: voda je jediná látka na Zemi (okrem ortuti),
pre ktoré má závislosť merného tepla od teploty
minimum.Vzhľadom na to, že merné teplo vody má
minimálne okolo 37°C, normálna teplota ľudského tela,
pozostáva z dvoch tretín vody, je v teplotnom rozmedzí
36°-38°C (vnútorné orgány majú vyššiu teplotu ako
externé).

Druhá vlastnosť: tepelná kapacita vody je anomálna
vysoká. Na zahriatie určitého množstva o jeden stupeň,
musí sa vynaložiť viac energie ako pri ohreve iných kvapalín, -
aspoň dvakrát v porovnaní s jednoduché látky. Odtiaľto
nasleduje jedinečná schopnosť vody zadržiavať teplo. ohromujúci
väčšina ostatných látok túto vlastnosť nemá. Toto
výnimočná vlastnosť vody prispieva k tomu, že človek
normálna telesná teplota je udržiavaná na rovnakej úrovni a horúca
cez deň a v noci chlad.

Takže voda hrá
vedúcu úlohu v procesoch regulácie výmeny tepla človeka a
umožňuje mu udržiavať pohodlný stav s minimom
náklady na energiu. Pri normálnej telesnej teplote je človek
v najpriaznivejšom energetickom stave.

Teplota
ostatné teplokrvné cicavce (32-39°C) tiež dobre korelujú s
teplota minimálnej mernej tepelnej kapacity vody.

Po tretie
vlastnosť: voda má vysoké špecifické teplo topenia, tzn
voda sa veľmi ťažko zmrazuje a ľad sa veľmi ťažko topí. V dôsledku toho klíma
na Zemi ako celku je celkom stabilný a mäkký.

Všetky tri vlastnosti tepelných vlastností vody umožňujú človeku optimálne
spôsob existencie v priaznivom prostredí.

plní transportnú funkciu „doručovania“ živín do tkanív a
orgánov počas koreňovej a listovej výživy, metabolických procesov a syntézy,
- termoregulačné, zabraňujúce prehriatiu tkaniva a denaturácii
(zničenie) bielkovín vrátane enzýmov a hormónov,
- je hlavnou zložkou rastlinných organizmov (80-90%
rastliny sú tvorené vodou), čo vytvára turgor - elasticitu tkaniva,
- ako zdroj prvku výživa - vodík(H) požadované v procesoch
fotosyntéza primárnych cukrov

Rastlinné bunky iba v najskoršom štádiu vývoja sú úplne naplnené protoplazmou. Veľmi skoro sa v protoplazme začnú objavovať dutiny, vakuoly - rezervoáre s bunkovou šťavou. Vznik vakuol je spôsobený prítomnosťou látok, ktoré silne priťahujú vodu, v protoplazme. Ako bunka rastie a starne, jednotlivé vakuoly sa spájajú do jednej súvislej dutiny a protoplazma sa redukuje na tenkú vrstvu lemujúcu steny buniek. Iba vlákna a vlákna protoplazmy prechádzajú cez vakuolu, ktorá narástla a pokryla celú bunku.

Bunková šťava, ktorá sa nachádza vo vakuolách, má zložité chemické zloženie. Obsahuje rozpustené minerálne soli, organické kyseliny (šťaveľová, jablčná, citrónová, vínna) a ich soli, cukry, dusíkaté látky, alkaloidy, glukozidy, triesloviny atď.

V bunkovej šťave sa často nachádzajú farbivá – pigmenty (antokyanín, menej často antochlór). Farba antokyanov sa mení v závislosti od reakcie okolia. Keď je kyslý, je červený alebo fialový, keď je zásaditý, je modrý.

Antokyanín farbí korienky repy, listy červenej kapusty, fialové, červené a modré okvetné lístky kvetov. Druhý rozpustný pigment antochlór sa tiež niekedy nachádza v okvetných lístkoch a farbí ich do žlta.

Užitočnosť mnohých kultúrnych rastlín závisí od zloženia bunkovej šťavy. Cukornatosť cukrovej repy, sladkú chuť melónu a ovocia určuje bunková šťava. Živá rastlinná bunka je osmotický systém, kde cez membrány smerujú rôzne látky z vyššej koncentrácie do nižšej, až kým sa nevyrovnajú.

Keď je bunka vo vode alebo vo veľmi slabom soľnom roztoku (ako pôdny roztok), voda vstupuje do bunkovej šťavy, v dôsledku čoho vakuola zväčšuje svoj objem, napína protoplazmu a pevne ju pritláča k škrupine. Škrupina sa tiež trochu natiahne a je, ako sa hovorí, v stave turgoru (napätia). Pri vysokom obsahu cukru v bunkách (plody čerešní, čerešní, hrozna) a bohatej vlhkosti (časté dažde) môže byť turgor taký veľký, že bunky prasknú.

Opačný jav sa pozoruje pri plazmolýze. Ak sa živá rastlinná bunka vloží do hypertonického roztoku cukru alebo soli (silnejšieho ako bunková šťava), potom z bunky vytečie voda, pretože osmotická (príťažlivá) sila takéhoto roztoku je väčšia ako osmotická sila bunky. miazga.

Osmotický tlak je obzvlášť vysoký v rastlinách rastúcich v púšťach a slaných močiaroch. V mnohých prípadoch dosahuje 50 a dokonca 100 atm. bankomat). Merané koncentráciou je osmotický tlak niektorých rastlín mnohonásobne väčší ako tlak pary najvýkonnejších lokomotív. V skutočnosti musia bunky zažiť iba rozdiel v osmotických tlakoch medzi bunkovou šťavou a pôdnymi roztokmi, ktorých koncentrácia je v púštnych pôdach a solončakoch vysoká.

Proces vstupu látok do bunky sa nazýva endocytóza. Rozlišujte medzi pinocytózou a fagocytózou.
Fagocytóza (grécky fago – zožrať) – vstrebávanie pevných organických látok bunkou. V blízkosti bunky je pevná častica obklopená výrastkami membrány alebo sa pod ňou vytvára invaginácia membrány. Výsledkom je, že častica je uzavretá v membránovom vezikule vo vnútri bunky. Táto vezikula sa nazýva fagozóm. Termín "fagocytóza" navrhol I. I. Mečnikov v roku 1882. Fagocytóza je charakteristická pre prvoky, koelenteráty, leukocyty, ako aj bunky kapilár kostnej drene, sleziny, pečene a nadobličiek.
Druhý spôsob, akým látky vstupujú do bunky, sa nazýva pinocytóza (grécky pinot - nápoj) - ide o proces absorpcie malých kvapiek tekutiny, v ktorej sú rozpustené makromolekulárne látky, bunkou. Vykonáva sa zachytávaním týchto kvapiek výrastkami cytoplazmy. Zachytené kvapky sa ponoria do cytoplazmy a tam sa absorbujú. Fenomén pinocytózy je charakteristický pre živočíšne bunky a jednobunkové prvoky.
Ďalším spôsobom, akým látky vstupujú do bunky, je osmóza – prechod vody cez selektívne priepustnú bunkovú membránu. Voda prechádza z menej koncentrovaného roztoku do koncentrovanejšieho. Látky môžu prechádzať cez membránu aj difúziou – takto sa môžu látky rozpúšťať v lipidoch (jednoduché a estery mastné kyseliny atď.). Difúziou pozdĺž koncentračného gradientu niektoré ióny prechádzajú špeciálnymi kanálmi membrány (napríklad ión draslíka opúšťa bunku).
Okrem toho transport látok cez membránu zabezpečuje sodíkovo-draslíková pumpa: presúva sodíkové ióny von z bunky a draselné ióny do bunky proti koncentračnému gradientu s vynaložením energie ATP.
Fagocytóza, pinocytóza a sodíkovo-draslíková pumpa sú príkladmi aktívneho transportu, zatiaľ čo osmóza a difúzia sú príkladmi pasívneho transportu.

VODNÁ BILANCIA RASTLÍN

Pomer medzi množstvom vody, ktorú rastliny prijmú, a množstvom vody, ktoré spotrebujú za rovnaké časové obdobie.

Vodná bilancia a vädnutie. Jedným z najdynamickejších procesov v rastline je metabolizmus vody, ktorý je v úzkej korelácii s inými životnými procesmi rastlín. Vodná bilancia je príjem a výdaj vody rastlinou. Pri miernej transpirácii a dostatočnom prísune vody do rastliny priaznivá vodná bilancia. Za jasného slnečného dňa je táto rovnováha narušená a v rastline vzniká deficit vody, ktorý je zvyčajne 5-10%. Takýto nedostatok sa považuje za celkom normálny a nespôsobuje rastline veľké škody.

Pri intenzívnej transpirácii alebo vysychaní pôdy, keď sa zastaví prúdenie vody do rastliny, dochádza k výraznej strate rastlinné bunky voda, ktorá sa nedoplňuje absorpciou z pôdy, čo vedie k nedostatku vody, ktorý sa často pozoruje v najhorúcejších hodinách dňa u rastlín.

Pri nedostatku vody listy strácajú turgor, vädnú, visia.

Niektoré rastliny, ktoré majú v orgánoch Vysoké číslo mechanické tkanivá, ako je slamienka (rod Helichrysum), nemenia svoje vzhľad s nedostatkom vody, s výrazným úbytkom vody až smrťou.

Pozorovania ukázali, že zvyčajne za úsvitu je vnútorný gradient v rastline a pôde takmer vyrovnaný, vodné potenciály rastliny a pôdy sú vyrovnané. V dopoludňajších hodinách, keď listy začnú transpirovať, je vodný potenciál o niečo nižší ako za úsvitu, ale začne prúdiť voda do rastliny; keď sa vytvorí potrebný gradient vodných potenciálov z listov na rozhranie koreň-pôda.

Zvädnutie je dočasné a dlhodobé.

Dátum pridania: 2015-02-02 | Zobrazenia: 1725 | porušenie autorských práv