Struktury otoczone podwójnymi błonami 

Jądro komórkowe-miejsce przechowywania informacji genetycznej i centrum sterując aktywnością metaboliczną komórki. Ma zwykle kształt kulisty lub lekko owalny Wnętrzejądra wypełnia nukleoplazma, składająca się z dwóch składowych - bezbarwnej kariolimfy iciemniej zabarwionej chromatyny zwanej i chromatyny luźnej. Wewnątrz jądra jest zwvkle
jedno lub kilka jąderek. Chromatyna składa się z włókien zwanych chromonemami a te są zbudowane z DNA i białek histonowych. Z chromatyny w fazach podziałowych komórkiformowane są chromosomy

Chloroplasty- organella otoczone podwójną błoną wewnętrzną błona silnie pofałdowana tworzy tylakoidy gran, a one z kolei są połączone tylakoidami stromy. Całe wnętrzne jest zanużone w stromie. Stroma składa się w:

- 50% z białek

- 30% z fosfolipidów

- 8-15% barwniki, zwłaszcza chlorofil

- 2-3% kwasy RNA

- ok.1-5% kasy DNA

- ok. 3% sole mineralne

- w śladowych ilościach cukry proste i złożone

Chlorofil- barwnik, dzięki któremu zachodzi fotosynteza. Jest zgromadzony na tylakoidach gran.

Mitochondria- elektrownie komórek. Organella, w których zachodzą procesy oddechowe, a wydzielona energia jest wiązana w połączenia wysokoenergetyczne typu ATP. Mitochondria są najczęściej kuliste. W jednej komórce może ich być od kilkudziesięciu do kilkunastu podstawową. Tworzy strukturę owalnych lub spłaszczonych kanalików rozszerzających się w większe kanaliki zwane cysternami. Retikulum endoplazrnatyczne   sąsiednich   komórek kontaktuje  się   ze   sobą przechodząc  przez  plazmodesmy.   Retikulum 'endoplazrnatyczne wchodzi w obszar jądra komórkowego i występuje w dwóch rodzajach:

*Retikulum endoplazmaryczne szorstkie (granulame)

*Retikulum endoplazmatyczne gładkie (agranularne)

Duże ilości retikulum endoplazmatycznego szorstkiego występują w komórkach młodych, zwłaszcza w merystemach. W miarę wzrostu i różnicowania się komórek, ubywa retikulum szorstkiego na rzecz retikulum gładkiego. Ta substancja, która wypełnia błony, różni się nieco składem od cytoplazmy. Zwłaszcza dużo występuje w tej substancji enzymów, a w tym glukozo-6-fosfatazy. Rolą retikulum endoplazmatycznego   jest   transport   substancji  "miedzy   komórkami i zapewnienie kompartmentacji w komórce, czyli podziału cytoplazmy na pewne zamknięte przestrzenie, aby obok siebie mogły zachodzić przeciwstawne procesy.

Rybosomy- organella będące miejscem syntezy białka w komórce. Zawierają 50-60% białek, 40-50% kwasów rybonukleinowych, oraz nieznaczną ilość lipidów. Większość rybosomów jest rozmieszczona na powierzchni błon retikulum, błon jądra komórkowego, a część znajduje się w jądrze, chloroplastach. mitochondriach, cytoplazmie podstawowej. Rybosomy tworzą często struktury złożone z kilku lub kilkudziesięciu rybosomów przytwierdzonych do długiej nici mRNA. Jest to tak zwany polisom.

Mikrorubule - (cytotubuie) - proste, rurkowate struktury o znacznej dłusości w stosunku do innych organelli. Umiejscowione w pobliżu plazmalemmy w jednej lub kilku warstwach. Rola- dostarczają z cytoplazmy odpowiednich składników potrzebnych do syntezy i wzmacniania ścian komórkowych.

Budowa wewnętrzna – podwójna błona, błona wewnętrzna tworząca głęboko wchodzące do wnętrza komórki wpuklenia. Na wewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony rozlokowane są tzw. Oksysomy zawierające liczne enzymy oddechowe i tu zachodzą procesy oddychanie. Wnętrze mitochondriom wypełnia płynna substancja zwana matrix, która składa się w 70% z białek, 25% z tłuszczowców i niewielkiej ilości kwasów RNA i DNA.

Struktury otoczone pojedyncza błona.

Peroksysomy- występują tylko w komórkach miękiszu asymilacyjnego roślin. Najczęściej są ulokowane w sąsiedztwie chloroplastów u roślin typu C3. W peroksysomach zachodzi fotooddychanie przebiegające w oparciu o pełne związki przepływające z chloroplastów do peroksysomów.Błona, która otacza te organella charakteryzuje się dużą przepuszczalnością dla związków organicznych.

Sferosmy- kuliste twory o wymiarach 0,2-1,5 cm, w których zachodzi synteza i magazynowanie tłuszczowców. W miarę starzenia się, komórki przekształca się w kuleczki tłuszczu.

Pewną odmianą sferosomów są glioksysomy – struktury występujące w komórce nasion roślin oleistych. W glioksysomach zachodzą przemiany cyklu glioksalowego, tj. rozkładu związków tłuszczowych, do CO2 i H2O w procesie oddychania.

Lizosomy–małe, kuliste organella otoczone słabo przepuszczalną błoną. W nich zlokalizowane są liczne enzymy hydrolityczne, które w przypadku uszkodzenia komórek, są także podczas ich starzenia, wydostają się poza te struktury i biorą udział w szybkim rozkładzie hydrolitycznym wszystkich cząsteczek makrokomórkowych,tzw. Autolizie komórki.

Translosomy-struktury stosunkowo niedawno odkryte, których przepuszczalną rolą jest transport metabolitów komórkowych z cytoplazmy do wakuoli. W komórkach bowiem powstaje szereg związków zbędnych.

Diktiosmy-(ciałka Golgiego) płaskie lub okrągłe, obłonione cysterny, często charakterystyczne wygięte i ułożone w stosy. We wnętrz tych cystern stwierdzono obecność niektórych polisacharydów i niektórych enzymów. Na tej podstawie przypuszcza się, że w diktiosomach odbywa się synteza określonych składników budujących ściany komórkowe, a zwłaszcza związków pektynowych i hemiceluloz. W diktiosomach są te związki wydzielone poza obszar protoplastu do budowy ściany komórkowej.

Wakuola- zbiornik wodny z którego protoplast korzysta w razie utraty wody na rzecz środowiska zewnętrznego. W młodych komórkach występują bardzo małe i liczne wakuole. W miarę starzenia się komórki, małe wakuole łączą się w większe, a w komórkach wyrośniętych znajduje się zwykle jedna duża wakuola, która wypełnia CENTRALNE MIEJSCE W KOMÓRCE. Wakuole powstają w młodych komórkach z gładkich fragmentów retlkulum endoplazmatycznego, które lokalnie nabrzmiewają, a następnie odgrywają się od systemów membranowych tworząc kulisty twór. Podstawową funkcją wakuoli jest podtrzymywanie turgoru czyli stanu napięcia ściany i błony komórkowej. Ciśnienie turgorowi powstające dzięki obecności w soku komórkowym, który wypełnia wakuolę substancji osmotycznie czynnych, półprzepuszczalnego charakteru błony otaczającej wakuolę, zwanej tonoplastem. Wakuola odgrywa rolę rezerwuaru substancji zapasowych, tj. cukrów, soli mineralnych kwasów organicznych, a także jest składowiskiem metabolitów zbędnych. Tam występują druzy, rafidy, alkaloidy, barwniki, garbniki.

ZJAWISKO DYFUZJI I OSMOZY

Znaczenie i właściwości wody

Woda jest jedną z najbardziej ruchliwych substancji, co pozostaje w związku z jej występowaniem w trzech stanach skupienia i z tym, iż woda ma wykazuje niezwykłą łatwość przechodzenia z jednego stanu skupienia w drugi. Woda jest w biosferze źródłem tlenu i wodoru, a także najobficiej występującym składnikiem istot żywych. (Organizm człowieka zawiera 67% wody, w roślinie 70-75-95%, w owocach ogórka 98% to woda). Światowe zasoby wodne znajdujące się w hydrosferze, litosferze i atmosferze.Szacuje się na 15 mld km3. Najwięcej wody występuje w płynnym stanie skupienia, bowiem oceany, morza, rzeki 1 jeziora obejmują prawie 98% całkowitego zasobów wodnych. W stanie stałym- lodowce, lody i śniegi- występuje około 2%. 0,001% stanowi woda w postaci pary wodnej. Najwięcej wody w postaci pary wodnej występuje w okolicach równika. Jeżeli ta cała para wodna by się skropliła, to wystąpiłby opad 44mm, w naszych warunkach klimatycznych _go skropleniu pary wodnej wystąpiłby opad około 20mmw Jecie i l O mm zimą. Na obszarze polarny natomiast 8mm latem i 2mm zimą.

Intensywny przebieg wszystkich procesów metabolicznych jest możliwy, gdy jest wysoka zawartość wody. Nasiona suche, np. zbóż, jeśli mają 13% wody to w tych nasionach zachodzą procesy życiowe z minimum intensywności. 15% wody-będą się te nasiona zagrzewały. Te 2% wody więcej powoduje, że zachodzi intensywniej proces oddychania.

Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Tworzy, zatem środowisko, w którym przebiegają procesy biochemiczne i biofizyczne. Ta uniwersalność wynika z wielu jej cech fizyko- chemicznych. Dzięki takiej budowie, woda posiada budowę biegunową (z jednej strony biegun -, z drugiej strony biegun +). Dzięki takiej budowie poszczególne cząsteczki wody mogą się ze sobą łączyć dzięki przyciąganiu różnoimiennych ładunków.

W temperaturze wyższej ilość łączących się cząsteczek H20 jest mniejsza, spada lepkość wody. W temperaturze wyższej ilość łączących się cząsteczek jest większa, rośnie lepkość wody. Woda jest najpowszechniej występującym rozpuszczalnikiem w organizmach żywych. Rozpuszczają się w niej praktycznie wszystkie substancje mineralne i organiczne, z wyjątkiem substancji o wybitnie niepolarnym charakterze.

Charakterystyczne cechy wody:

1.Woda jest cieczą o szerokim zakresie temperatur O - 100°C

H:0 - l S Inne związki o zbliżonej masie cząsteczkowej

N'H3-17 np. amoniak jest gazem

CH3 – 15 metan również jest gazem

2.Dzięki zdolności do łączenia się cząsteczek za pośrednictwem wiązań odorowych woda odznacza się wysokim ciepłem parowania. Zamiana l g wody o temperaturze 20 0 C w parę wymaga nakładu 2256J energii.

3.Woda ma wysokie ciepło topnienia. Aby stopić Ig lodu w temperaturze 0°C należy dostarczyć około 335J energii. Doprowadzenie do stanu lodu l g wody wymaca doprowadzenia podobnej ilości energii.             

4.Ciecz ta zamarzając zwiększa swoją objętość. Zachodzi to w wyniku powstawania charakterystycznych heksagonalnych układów przestrzennych występujących w Kryształkach lodu.             

5.Wysoka względna przenikalność elektryczna (wysoka stała dielektryczna)  zdolność wody do zobojętniania siły przyciągania między ładunkami elektrycznymi. Dzięki tej zdolności woda bardzo ułatwia dysocjację rozpuszczonych w niej soli.

6.Dipolowa budowa wody powoduje, że ciecz ta charakteryzuje się wysoką siłą konezji (wysoką siłą spójności cząsteczek). Ta cecha sprawia ze woda bardzo łatwo jest transportowana naczyniami w roślinie (w obrębie ksylemu)

7.Lawo przepuszcza światło widzialne (400-700nm).

8.Ławo przenika przez błony komórkowe - decyduje o turgorze komórki.

Dyfuzja - zdolność przemieszczania się cząsteczek substancji  występujących  w  danym
układzie w wyniku kinetycznych drgań o charakterze cieplnym. Szybkość dyfuzji zależy od gęstości ośrodka. W rzadszych dyfuzja jest szybsza w gęstszych wolniejsza. Najszybciej zachodzi w gazach, dużo wolniej w cieczach W ciałach stałych dyfuzja zachodzi rzadko.

Osmoza- szczególny przypadek dyfuzji, bowiem jest to dyfuzja drobin wody poprzez błony półprzepuszczalne oddzielające dwa roztwory wodne różniące się potencjałem chemicznym cząsteczek wywołana różnymi stężeniami substancji. Warunkiem wystąpienia procesu osmozy jest obecność dwóch roztworów wodnych różniących się potencjałami chemicznymi przedzielonych błona półprzepuszczalną. Błona półprzepuszczalna jest to taka błona, która swobodnie przepuszcza cząsteczki wody nie przepuszcza zaś cząsteczek substancji w niej rozpuszczonych.

Proces osmozy zachodzi, gdy:

A. roztwór A jest oddzielony od wody błoną półprzepuszczalną   - woda ma wyższy
potencjał chemiczny (przemieszczanie cząsteczek wody do roztworu A). Osmoza po
pewnym czasie ustaje, gdyż wnikanie cząsteczek wody jest niemożliwe. Siła z jaka
cząsteczki wody wnikają jest bowiem równoważona przez ciśnienie hydrostatyczne
słupa roztworu A.

B. roztwór A hipertoniczny (o większym stężeniu) jest oddzielony błona
półprzepuszczalną od roztworu B hipotonicznego (o niższym stężeniu)

C.roztwory izotoniczne [A=B] - stężenia cząsteczek rozpuszczonych w roztworze w obu
ramionach są jednako we = taki sam potencjał chemiczny —> nie zajdzie osmoza. Siłę z jaka woda dąży do wyrównania swego potencjału chemicznego po obu stronach błony półprzepuszczalnej równoważonego przez ciśnienie hydrostatyczne nazywano dawniej ciśnieniem osmotycznym lub wartością osmotyczna, a obecnie nazywa się potencjałem osmotycznym. Potencjał osmotyczny można również określić jako siłę, którą należy użyć aby zapobiec jednokierunkowemu ruchowi wody przez błonę półprzepuszczalna. Przy pomocy osmometrów zostało ustalone podstawowe prawo osmozy.

I. Potencjał osmotyczny roztworu jest proporcjonalny do temperatury w skali bezwzględnej
Kelvina. Nie ma to prawo większego znaczenia w biologii, bowiem w zakresie temperatur środowiskowych (0-50 0 C) potencjał osmotyczny danego roztworu zmieni się do 18%.

II. Potencjał osmotyczny jest proporcjonalny do różnicy stężeń roztworów występujących n-
układzie osmotycznym.

III. Potencjał osmotyczny zależy od stężenia molarnego substancji rozpuszczonych, a nie
zależy od wielkości jej cząsteczek, czyli 1-molamy roztwór (IM), np.glukozy C6 H24 O 6
będzie wywierał taki sam potencjał osmotyczny jak IM roztwór sacharozy C10 H24 O24

Nie dotyczy związków dysocjujących. W przypadku związków dysocjujących ich potencjał będzie się zwiększał w miarę dysocjacji.

Ponieważ prawa rządzące zjawiskami osmozy są identyczne jak te dotyczące zachowywania się gazów Van' Hoff ogłosił ogólne prawo osmozy - potencjał osmotyczny roztworu jest równy ciśnieniu jakie wywierałaby dana substancja osmotycznie czynna,  gdyby znajdowała sio w stanie gazony m n- tej samej temperaturze i objętości.

O podobieństwie zachowania się gazów i roztworów molarnych w układzie osmotycznym mówi też prawo Avogardy - l mol gazu pod ciśnieniem l atmosfery w temperaturze O0 C zajmuje objętość równa 22,4 dm3

Gdybyśmy sprężyli ten gaz do objętości równej 1 dm3 , wówczas wywierałby on ciśnienie równe 22,4 atmosfery. Zatem 1-molamy roztwór dowolnej substancji nie będącej elektrolitem w temperaturze 0°C wywiera w układzie osmotycznym ciśnienie równe 22,4 .atmosfery (= 2,3 Mpa).

Pteffer  skonstruował  osmometr umożliwiający. zmierzenie  ciśnienia  osmotycznego
jakie wykazuje dowolnie wybrana substancja. Osmometr ma:  o ściankach o właściwościach błony półprzepuszczalnej

(K4Fe(CN)6+2CuSO4         Cu2Fe(CN)6+2K2SO żelazocjanek miedzi

*naczynie ma ścianki ceramiczne z: szeregiem  porów,   w które  wbudowany jest
żelazocjanek

*naczynie umieszczone w drugim naczyniu wypełnionym wodą. Cząsteczki wody będą wnikać do roztworu zamkniętego w naczyniu z błonami                           

*jeżeli nęć się dalej nie podniesie, to z różnicy poziomów nęci odczytamy potencjał
chemiczny

Komórka jest  układem osmotycznym,  gdyż zawiera tonoplast  i  plazmalemmę,   które są błonami półprzepuszczalnymi.

Pomiędzy przebiegiem osmozy w osmometrze modelowym a komórką roślinną występują pewne różnice. Wynikają one z:

*właściwości    półprzepuszczalnej    błony    cytoplazmatycznej    ulegają   dynamicznym
zmianom - w zależności od stanu fizjologicznego komórki

*komórka    wykazuje    zdolność    do    zmiany    związków    osmotycznie    czynnych
występujących w protoplaście i w wakuoli

*protoplast  otoczony jest  ścianą komórkowa,  która jest  zdolna do  ograniczonego
rozciągania pod wpływem ciśnienia osmotycznego działającego w komórce. Nie jest
więc to ściana sztywna jak ta zastosowana w osmometrze. W miarę rozciągania się
ściana komórkowa może ujawniać znaczne opory przeciwdziałające ruchowi wody do komórki.

*Plazmoliza ( w roztworze hipertoniczny)Deplazmoliza (w roztworze-hipotomanym S (siła ssąca) = P (potencjał osmotyczny) - T (turgor)

*Potencjał osmotyczny soku komórkowego zmienia się w miarę zmiany objętości komórki ale w stosunku niewielkim. Ogromnym zmianom ulega siła ssąca i turgor. W komórce splazmolizowanej siła ssąca jest maksymalna i równa się potencjałowi osmotycznemu Wraz z pobraniem wody potencjał nieznacznie się zmienia W komórce roślinnej potencjał osmotyczny waha się w granicach z szerszym zakresie, około 0,4 MPa- 15-20 MPa Rośliny wykazujące niski potencjał osmotyczny 0,4-0,8 MPa. - to rośliny rosnące w środowiskach wilgotnych zwane hydrofitami i rośliny wodne. Są to rośliny wrażliwe nawet na niewielki deficyt wody.

Mezofity- nasze rośliny uprawne. Rośliny o umiarkowanym uwilgotnieniu. Potencjał osmotyczny soku komórkowego 0,8(9) MPa- 2 MPa.

Kserofity - rośliny u nas występujące sporadycznie, typowe dla klimatu suchego   Potencjał osmotyczny wysoki - sięga 10-20 MPa (naciąganym przykładem może być u nas sosna. Stężenie soku komórkowego u naszych roślin waha się w granicach'o,2 - 0,6 mola   Sok komórkowy o takim stężeniu daje w układzie osmotycznym potencjał 0,5-1.5 MPa. O kierunku przepływu wody w komórce decyduje siła ssąca. 

Metody za pomocą których możemy zmierzyć potencjał soku komórkowego w tkankach   i komórkach:

1.Metoda plazmolityczna

2.Metoda krioskopowa - polega na pomiarze punktu zamarzania soku komórkowego
jako że zgodnie z prawem Raoulta roztwory wodne substancji osmotycznie czynnych
wykazują  obniżenie  punktu  zamarzania  roztworu  proporcjonalnie  do   ich   stężeń
molarnych.

3.Metoda ebulioskopowa - opiera się na dokładnym pomiarze punktu wrzenia soku
komórkowego.

Znaczenie zjawisk osmotycznych:

1.Stosunki wodne każdej komórki roślinnej w obrębie tkanek zależą od ich potencjału
osmotycznego, turgoru i siły Ssącej.

2.Dzięki zjawiskom osmotycznym rośliny wykazują turgor, który nadaje właściwy
kształt organom i całym roślinom.

3.Warunkują pobieranie wody z gleby lub innych podłoży poprzez system korzeniowy
roślin.

4.Pozwalają na przebieg procesów wzrostu komórek, organów nadziemnych roślin i
komórek korzeniowych w glebie.

5.Wysokie stężenie substancji osmotycznie czynnych,  w  soku  Komórkowym,  czyni
komórki bardziej odpornymi na niekorzystne warunki środowiska zewnętrznego jak

niska temperatura, susza, zasolenie.

6.Rosnące tkanki mogą wycierać znane siły np.: młody korzeń lub kiełek przebija się przez glebę

Gospodarka wodna komórki charakteryzuje się siłą ssącą, turgorem i potencjałem osmotycznym. Gospodarka wodna obejmuje całokształt procesów związanych z pobieraniem wody ze środowiska, transport tej wody w obrębie wszystkich organów roślin i procesy związane z wydalaniem zwane transpiracja.Największy Y (potencjał osmotyczny) ma chemicznie czysta woda. YH2O= 0,0 . Im więcej rozpuszczonych substancji, tym y=0,1MPa będzie niższy. W glebie potencjał wody jest najwyższy sredmo wynosi y= 0,1 MPa. W roślinie y jest dużo niższy- YH2o= -1,l MPa YH2O w atmosferze = -80MPa. Y H2O w atmosferze może się bardzo zmieniać w zależności od wysycenia parą wodną. Ponieważ cząsteczki wody dążą do wyrównania swego potencjału chemicznego cząsteczki wody będą więc z gleby, na zasadzie dyfuzji i osmozy łatwo wnikać do rośliny, a  dalej łatwo do atmosfery zgodnie z gradientem potencjału chemicznego.

Pobieranie wody przez korzenie roślin.

Woda jest pobierana przez system korzeniowy rosimy. Wszystkie strefy korzenia pobierała wodę. Dopiero od strefy włośnikowej różnicuje się tkanka naczyniowa Największe znaczenie w zaopatrywaniu w wodę części nadziemnej rośliny ma strefa włośnikowa, głównie -dzięki temu, ze na l mm powierzchni skórki może być do 250 włośników.  Są to bardzo liczne wypustki korzenia. Dzięki dużej łącznej powierzchni ilość pobieranej wody jest ogromna.  Woda w strefie merystematycznej  i wydłużania praktycznie w ruch pozostaje.

Pobieranie wody : strefie włośnikowej.

Włośnik działa na zasadzie siły ssącej (S=P-T), która zależy od potencjału osmotycznego soku i turgoru. Aby woda, z którą w kontakcie jest włośnik mogła być przez niego pobrana musi, siła ssąca jaką wykazuje włośnik być wyższa aniżeli woda związana jest z określonymi strukturami gleby. Jeżeli jest wyższa, woda na drodze osmozy wchodzi do włośnika.

Transport wody

Woda w komórce włośnikowej będzie transportowana.

Iodcinek - od włośnika do naczyń w korzeniu

IIodcinek - naczyniami transportowana do góry i dociera do najwyżej położonych odgałęzień naczyń

IIIodcinek - woda w zakończeniach naczyń występujących w liściu - transport do komórki miękiszowej liści i dyfuzja do przestworów między komórkami, a następnie transpiracja przez szparki.

być coraz wyższa.

Jeżeli  jest  małe  zapotrzebowanie  części  nadziemnej  roślin,   woda  może  przechodzić  w

poprzek korzenia tylko jednym kanałem. Dzieje się tak rzadko i w większości odbywa się

sposobem kombinowanym - wybiera najmniejszy opór jaki powoduje komórka.

Gdy jest duże zapotrzebowanie - woda przechodzi wszystkimi trzema kanałami.

Główny opór na jaki natrafiają cząsteczki wody w kanale A powoduje endoderma (komórki

przepustowe).

Transport prowadzi przez tkankę naczyniową - w budowie pierwotnej - ksylem , we wtórnej

- drewno.  W drewnie jako tkance występują obok naczyń:   miękisz drzewny i  włókna

drzewne. Miękisz drzewny uczestniczy w przeprowadzaniu wody w poprzek łodygi.

U ro...