Водный обмен. Лекция 2

1.

Лекция 2. Водный обмен.
Цель: Ознакомление студентов с особенностями водного
обмена у растений.
Ключевые слова: Осмос, осмотическое давление,
тургорное давление
1. Значение воды в жизнедеятельности раст. Функции воды.
2. Водный обмен растительных клеток.
3. Строение корня. Поглощение воды и радиальный
транспорт.
4. Транспирация и верхний концевой двигатель.
1. Значение воды в жизгнедеятельности раст. Функции воды.
Вода составляет 70-95% сырой массы. При снижении
содержания воды в клетках и тканях до критического уровня (
напр. у спор, семян при их полном созревании) живые стр-ры
переходят в состояние анабиоза.

2.

1. Значение воды в жизгнедеятельности раст. Функции воды.
Вода составляет 70-95% сырой массы.
При снижении содержания воды в клетках и тканях до
критического уровня ( напр. у спор, семян при их полном
созревании) живые стр-ры переходят в состояние анабиоза.
1. Вода объединяет все части орг-ма (молекулы, ткани и
органы) в единое целое.
2. Вода – важнейший растворитель и важнейшая среда для
б/х реакций.

3.

3. Вода участвует в упорядочении стр-р в клетках.
Она входит в состав молекул белков, определяя их
конформацию.
Удаление воды из белков высаливанием или с
помощью спирта приводит к коагуляции и
выпадению в осадок.
4. Вода – метаболит и непосредственный
компонент биохимических процессов.
При фотосинтезе вода является донором эл-нов.
При дыхании, напр. В ц. Кребса вода принимает
участие в окислительных процессах.
Она необходима для гидролиза и многих
синтетических процессов.

4.

5. Существенную роль в мембранных процессах
играет относительно высокая протонная и
электронная проводимость воды.
6. Вода – главный компонент в транспортной
системе высших растений – в сосудах ксилемы и в
ситовидных трубках флоэмы, при перемещении
веществ по симпласту и апопласту.
7. Вода – терморегулирующий фактор.
Он защищает ткани от резких колебаний
температуры благодаря высокой теплоемкости и
большой удельной теплоте парообразования.

5.

8. Вода – хороший амортизатор при
механических воздействиях на организм.
9. Благодаря явлениям осмоса
и тургора
(напряжения) вода обеспечивает упругое
состояние клеток и тканей растительных
организмов.

6.

Осмотическое поглощение воды.
Осмос и его з-ны.
Осмос - прохождение растворителя в раствор,
отделенный от него полупроницаемой мембраной (т.е
пропускающий растворитель, но не молекулы
растворенных веществ).
Первый осмометр – 1826 г. фр. физиолог Г.Дютроше.
Более совершенная конструкция - В.Пфеффер.
Осмометр назвал «искуссттвенной клеткой».

7.

Основа осмометра – пористый фафоровый
сосуд.
Внутрь наливался раствор желтой кровяной
соли K4[Fe(CN)6] и сосуд помещался в
раствор CuSO4.
При взаимодействии этих веществ в порах
образовывалась гелеобразная масса
железосинеродистой меди ( Сu2[Fe(CN)6],
служившая полупроницаемой мембраной.

8.

9.

10.

S = π* -Р
S=0,
если π* =Р
Smax, если Р=0
S- сосущая сила клетки
π* - потенциальное осмотическое
давление
P –тургорное давление

11.

Поступление воды в такого рода ячейку
приводит к
увеличению объема жидкости и поднятию уровня в
манометрической трубке до тех пор, пока
гидростатическое давление Р столба жидкости не
повысится настолько, чтобы воспрепятствовать
дальнейшему увеличению объема раствора.
В достигнутом состоянии равновесия
полупроницаемая мембран в единицу времени
пропускает одинаковые количества воды в обоих
направлениях.
Гидростатическое
давление в этом случае
соответствует потенциальному осмотическому
давлению π*.
Р=π*

12.

Вант-Гофф, показал - осмотические з-ны соответствуют
газовым законам Бойля-Мариотта.
Для расчета потенциального давления предложил формулу:
π* = i.c.RT,
где с – конц-ция р-ра,
Т- абсолютная температура,
R - газовая постоянная,
I – изотонический коэффициент, равный 1+α (n-1),
где α – степень электролитической диссоциации,
n – число ионов, на которые распадается молекула
электролита.
Для разбавленных р-ров осмотическое давление при
постоянной температуре определяется концентрацией частиц
(мол., ионов) раствор-го в-ва (числом их в ед. объема р-ра).

13.

14.

Потенциальное
осмотическое давление
выражается в Паскалях,
отражает
максимально
возможное
давление,
которое
имеет
раствор
данной
концентрации,
или
максимальную
способность
раствора
в
ячейке
поглощать воду.
Энергетический
уровень
молекул
данного вещества, - скорость их
диффузии,
называют
химическим
потенциалом этого в-ва (ψ).

15.

Химический потенциал чистой воды наз-т водным
потенциалом (ψН2О). Он характ-т способность воды
диффундировать, испаряться или поглощаться и
выр-ся в Паскалях.
Наивысшая величина водного потенцила – у
химически чистой воды.
Эта величина условно принята за 0.
Поэтому водный потенциал любого раствора и
биологических жидкостей имеет отрицательное
значение («-»).

16.

Состояние полного тургора наблюдается в клетках
при достаточной влажности почвы и воздуха.
Если подача воды в клетке уменьшается, то вначале
возникает водный дефицит в клеточных стенках,
водный потенциал которых становится ниже, чем в
вакуолях, и вода начинает перемещаться в
клеточные стенки.
Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление
в клетках, а след-но, увеличивает их сосущую силу.
При длительном недостатке влаги большинство
клеток теряет тургор и растение повядает.
В этих условиях Р=0, S. = π*

17.

При замене этих обозначений соответствующими
термодинамическими величинами уравнение приобретает
след. вид
- (ψН2О) = - ψπ - ψр
ψН2О- потенциал воды в клетке имеет отрицаетльное значение
Ψπ – осмотический потенциал, всегда отрицательный, потому что
раствор втягтвает в себя воду
Это осмотический потенциал — термодинамический аналог
осмотического давления, который входит в уравнение
водного потенциала клетки.
Главное отличие: В отличие от осмотического давления, ψπ
всегда имеет отрицательное значение
Он показывает, насколько сильно растворённые вещества
"тянут" воду в клетку. Чем более концентрирован раствор →
тем более отрицателен ψπ
Ψр -потенциал давления, связанный с тургором

18.

Ψр -потенциал давления, связанный с тургором
Это внутреннее гидростатическое давление
содержимого клетки (цитоплазмы и вакуоли) на
клеточную стенку.
Когда клетка наполняется водой, содержимое
расширяется и давит на стенки.
Эта сила и есть тургор.

19.

Осмотическое давление (π) — физическое давление,
вызванное растворёнными веществами.
Осмотический потенциал (ψπ) — то же самое, но
выраженное как энергия (в термодинамике) со
знаком «минус».
Тургор (P, ψр) — давление внутри клетки, которое
придаёт ей жёсткость и форму.

20.

При замене этих обозначений
соответствующими термодинамическими
величинами уравнение приобретает след. вид
- (ψН2О).= - ψπ - ψр
ψН2О- потенциал воды в клетке имеет отрицаетльное значение
Ψπ – осмотический потенциал, всегда отрицательный, потому что
раствор втягтвает в себя воду
Ψр * потенциал давления, связанный с тургором
Это
осмотический
потенциал
—
термодинамический аналог осмотического
давления, который входит в уравнение
водного потенциала клетки.