ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Θερινό εξάμηνο ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων

Transcript

1 ΔΠΘ - Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Θερινό εξάμηνο 2015 Αριστοτέλης Χ. Παπαγεωργίου Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων Ορεστιάδα

2 Αντικείμενο του μαθήματος Η φυσιολογία φυτών είναι κλάδος της Βοτανικής θεωρητική και εφαρμοσμένη Σημαντική επιστήμη για την παραγωγή τροφίμων βιομηχανικών προϊόντων Κατανόηση λειτουργίας των φυτών η βάση των κύριων ζωτικών κύκλων του πλανήτη (ενέργεια, οξυγόνο, νερό) η βάση των οικοσυστημάτων και των λειτουργιών τους 25/02/15 2

3 Το φυτό Βοτανική: επιστήμη των φυτών Φυτά: οργανισμοί με κύτταρα που εκτός από πυρήνα έχουν και πλαστίδια (χλωροπλάστες) Χλωροπλάστες: οργανίδια της φωτοσύνθεσης Φωτοσύνθεση: μεταβολή της φωτεινής ενέργειας σε χημική Αυτότροφοι οργανισμοί δεν χρειάζονται οργανική τροφή - φωτοαυτότροφοι 25/02/15 3

4 Βοτανική Μορφολογία: επιστήμη της δομής των φυτών Φυσιολογία: λειτουργίες των φυτών Μεταβολισμός Αύξηση Κίνηση Συστηματική βοτανική: εξέλιξη, γενετική, διάκριση ταξονομικών μονάδων (ειδών, γενών, οικογενειών, κλπ.) Φυτοοικολογία: αυτοοικολογία, συνοικολογία, γεωβοτανική, φυτοκοινωνιολογία 25/02/15 4

5 Φως φωτοσύνθεση χλωροπλάστης αναπνοή μιτοχόνδριο θερμότητα 25/02/15 5

6 Πρωτείνες Υπάρχουν σε όλες τις κυτταρικές δομές (μεμβράνες, χρωμοσώματα, κυτταρικό τοίχωμα, πλάσμα, κ.α.) Δομικές πρωτείνες, ένζυμα, πρωτείνες υποδοχής (ορμόνες), μεταφορείς (μεμβράνες) Τρισδιάστατη δομή άπειροι συνδυασμοί υποδοχείς μορίων Πολυπεπτίδια 20 αμινοξέα πεπτιδικοί δεσμοί 25/02/15 6

7 Αμινοξέα 25/02/15 7

8 Υδατάνθρακες Σάκχαρα, άμυλο Δομικό στοιχείο η γλυκόζη Θρεπτικές αποταμιευτικές ενώσεις του φυτού τελικά προϊόντα φωτοσύνθεσης αρχικά προϊόντα αναπνοής 25/02/15 9

9 Δομή μαθήματος Ροή της βιολογικής ενέργειας και ρόλος των ενζύμων Φωτοσύνθεση Ανομοίωση Αναπνοή και ζύμωση Πρόσληψη και μεταφορά νερού στα φυτά Ρυθμιστές της αύξησης των φυτών Βλάστηση των σπερμάτων 25/02/15 10

10 Ροή της ενέργειας Εισαγωγή ενέργειας από τον ήλιο Φωτοσύνθεση: μετατρέπουν Η2Ο και CO2 σε υδατάνθρακες + Ο2 Υδατάνθρακες σύνθεση δομικών μονάδων + μορίων αποθήκης ενέργειας (π.χ. σάκχαρα, λίπη) Διάσπαση μορίων μέσω αναπνοής (κατανάλωση Ο2) στα μιτοχόνδρια υδατάνθρακες διασπώνται ξανά σε Η2Ο και CO2 αποθήκευση ενέργειας σε ΑΤΡ 25/02/15 11

11 Ροή της ενέργειας ΑΤΡ χρησιμοποιείται για όλες τις κυτταρικές διεργασίες (π.χ. αύξηση) μετατρέπεται σε ADP ή AMP + ανόργανο Ρ. 25/02/15 12

12 Ροή της ενέργειας 25/02/15 13

13 ATP - ADP 25/02/15 14

14 Φωσφορυλίωση 25/02/15 15

15 25/02/15 16

16 25/02/15 17

17 Μεταβολισμός Ετερότροφοι αυτότροφοι οργανισμοί. Αυτότροφοι: καλύπτουν ενεργειακές ανάγκες μέσω της φωτοσύνθεσης (φυτά) ή της χημειοσύνθεσης (βακτήρια) Μεταβολισμός: το σύνολο των αντιδράσεων που έχουν σαν αποτέλεσμα τη σύνθεση μιας ουσίας (αναβολισμός) ή την αποικοδόμησή της (καταβολισμός) Αναβολισμός σχηματίζονται μεγάλα μόρια (π.χ. κυτταρίνη) φωτοσύνθεση ενδόθερμη αντίδραση Καταβολισμός: αναπνοή, ζύμωση εξώθερμη αντίδραση απελευθέρωση ενέργειας 25/02/15 18

18 Οξείδωση - αναγωγή Οξείδωση: η απώλεια ενός ατόμου Η ή προσθήκη Ο2 οξειδωμένο άτομο απελευθέρωση ενέργειας προϊόν φτωχό σε χημική ενέργεια (π.χ. Η2Ο, CO2). Αναγωγή: προσθήκη Η - απώλεια Ο2 ανηγμένο άτομο πρόσληψη ενέργειας προϊόν πλούσιο σε χημική ενέργεια (π.χ. σάκχαρα). Οξειδοαναγωγή: ταυτόχρονη διαδικασία ΑΗ2 + Β Α + ΒΗ2 25/02/15 19

19 Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις Πραγματοποιούνται κατά σταδιακό τρόπο μετακινούνται μικρά ποσά ενέργειας Φωτοσύνθεση: Ο άνθρακας ανάγεται από χαμηλό ενεργειακό επίπεδο σε σάκχαρα δέσμευση ενέργειας Αναπνοή: οξείδωση σακχάρων σε CO2 και H2O απελευθέρωση ενέργειας 25/02/15 20

20 25/02/15 21

21 25/02/15 22

22 Συνένζυμα Κάθε σταδιακή αντίδραση καταλύεται από ειδικά ένζυμα Συνένζυμα μεταφέρουν υδρογόνο από το μόριο του υποστρώματος σε άλλο συνένζυμο ή σε μόριο υποστρώματος σε λίγο διαφορετικό επίπεδο ενέργειας Αποδέκτες και δότες ηλεκτρονίων Σταδιακή μεταφορά ενέργειας 25/02/15 23

23 Συνένζυμα Τρεις βασικοί μεταφορείς Η: NAD + NADH2 NADP + NADPH2 FAD + FADH2 Κυτοχρώματα: δέκτες και δότες μόνο ηλεκτρονίων 25/02/15 24

24 25/02/15 25

25 Ένζυμα Ένζυμα: οργανικοί καταλύτες που επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις μέσα στα κύτταρα, σε συνθήκες συμβατές για τη ζωή Χωροθετημένα σε συγκεκριμένες θέσεις στο κύτταρο εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες Υπόστρωμα: η ουσία που μετατρέπεται κατά την ενζυμική αντίδραση σε ένα ή περισσότερα προϊόντα. Τα ένζυμα είναι πολύ επιλεκτικά κατά τη δράση τους δέχονται μόνο ενώσεις που ταιριάζουν στη δομή τους 25/02/15 26

26 Εξειδίκευση Εξειδίκευση: η ιδιότητα των ενζύμων να καταλύουν μόνο συγκεκριμένες αντιδράσεις Οι ενώσεις ταιριάζουν στη χαρακτηριστική δομή της ενεργού περιοχής του ενζύμου = η περιοχή που προσελκύει και υποδέχεται το υπόστρωμα της αντίδρασης. 25/02/15 27

27 25/02/15 28

28 25/02/15 29

29 Συνένζυμα Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Κάποια ένζυμα χρειάζονται ένα ή περισσότερα μη πρωτεϊνικά συστατικά για να λειτουργήσουν τα συνένζυμα Ολοένζυμο: το σύμπλοκο ένζυμο συνένζυμο Αποένζυμο: πρωτεϊνικό τμήμα ΝΑD και NADP από τους κυριότερους αποδέκτες πρωτονίων πολλών οξειδωτικών αντιδράσεων του μεταβολισμού μεταφέρει άτομα υδρογόνου ΝΑD + + AH2 NADH+H + + A όπου ΑΗ2 το υπόστρωμα 25/02/15 30