Proprietatile fiziologice ale protoplastului

PROPRIETATILE FIZIOLOGICE ALE PROTOPLASTULUI

Deoarece membrana celulei vegetale este o formatiune fara viata, din punct de vedere fiziologic nu se poate spune decal ca ea reprezinta un material de fixare a formei celulare, de protejare a continutului celular, de asigurare a legaturii cu celulele invecinate prin intermediul plasmodesmelor penetrante etc.

In privinta citoplasmei, datorita faptului ca este un constituent cu viata, fiziologia ei este mult mai complicata.

Fenomenele de sensibilitate si excitabilitate, de altfel caracteristici generate ale materiel vii, se datoresc dezechilibrului citoplasmatic provocat de unii factori, manifestandu-se prin modificarea metabolismului celular, a semipermeabilitatii membranelor plasmatice, prin modificarea miscarii moleculare etc. Asemenea raspunsuri la actiunea excitatiilor nu sunt posibile la citoplasma in stare de viata latenta.

Membranele plasmatice au roluri fiziologice in mare parte stabilite.

Plasmalema are caractere de membrana semipermeabila selectiva pe la nivelul careia este posibil fenomenul de transport activ. In plasmalema exista adenozintrifosfataza care catalizeaza hidroliza ATP-ului in ADP cu punerea in libertate a energiei si a unei molecule de acid fosforic. Energia eliberata asigura transportul activ al ionitor prin plasmalema.

Reticulul endoplasmatic are foarte multe roluri, dintre care se iau in considerare fenomenele de semipermeabilitate, biosinteza unor substante, eliminarea produsilor de excretie etc.

Aparatul reticular Golgi ar avea rol activ in formarea celulelor secretoare si in metabolismul celular.

Ribozomii (granulele lui Palade) au un rol fiziologic exceptional de mare in biosinteza proteinelor celulare.

Nucleul se crede ca ar fi centrul de elaborare a impulsurilor care conduc fenomenele vitale, pentru care motiv Sachs l-a definit drept energida. Nucleul nu este viabil in absenta citoplasmei si invers. Relatia dintre nucleu si citoplasma se exprima prin raportul nucleoplasmatic (RNP). Acest raport nu se schimba in timpul in care conditiile de mediu raman aceteasi; el are o valoare mai mare la celulele tinere.

Nucleul are un rol deosebit si in metabolismul celular datorita enzimelor existente. Dar rolul fiziologic cel mai important al nucleului este acela de a participa activ in procesul de diviziune si de transmitere a informatiei genetice, intrucat in nucleu exista un complex de ADN donator si ARN transportor at caracterelor ereditare si un complex de proteine care regleaza fenomenele (histone, nonhistone).

Condriozomii au un rol multiplu in procesul de respiratie celulara, la nivelul for punandu-se in libertate mari cantitati de energie.

Functiile fiziologice ale celulei vegetale, in esenta sunt aceleasi cu functiile specifice ale materiei vii si anume functiile de nutritie si de relatie.

1. PATRUNDEREA APEI SI A SOLUTIILOR NUTRITIVE IN CELULA

DIFUZIUNEA. Este un fenomen caracteristic pentru gaze si solutii care se bazeaza pe tendinta acestora de a ocupa intregul spatiu disponibil.

OSMOZA. Este o difuziune prin intermediul unei membrane acoperita pe ambele fete de catre dizolvant. Membranele semipermeabile ale celulei sunt, cum s-a mai aratat, plasmalema si tonoplastul.

PLASMOLIZA. Inainte de toate este de retinut faptul ca un lichid din mediul exterior celulei patrunde in sucul vacuolar atunci cand la acest ultim nivel exista o concentratie mare de substante. Daca, invers, in sucul vacuolar exista o concentratie mai mica de substante (hipotomie), atunci apa din interiorul celulei iese inspre mediul intercelular, astfel micsorandu-se volumul intracelular - consecinta fiind dezlipirea citoplasmei de peretele celular, instalandu-se tocmai plasmoliza. In situatia concentratiitor izotonice nu poate sa existe nici o modificare de volum atat a sucului vacuolar, cat si a spatiutui intercelular. Trebuie insa de subliniat ca in cazul hipertoniei sucului vacuolar, prin patrunderea apei dinspre mediul extracelular Inspre cel intracelular, se exteriorizeaza termenul de turgescenta.

TURGESCENTA. S-a aratat la plasmoliza ca prin patrunderea apei in celula, volumul protoplastului creste, acesta apasand peretele celular care se intinde. Datorita intinderii peretutui celular limitat ca suprafata, se genereaza si din partea acestuia o presiune care apasa asupra protoplastului. Rezultanta celor doua feluri de presiuni constituie turgescenta.

FORTA DE SUCTIUNE. Din cele relatate rezulta ca absorbtia apei in celula se realizeaza prin interactiunea dintre presiunea osmotica si forta de imbibitie (datorita atractiei moleculelor de apa de catre catenele hidrofile ale substantelor proteice) in sens pozitiv si presiunea turgescentiala in sens negativ. Ecuatia este urmatoarea: F.S. (forta de suctiune) = PO (presiunea osmotica) + FI (forta de imbibitie) - PT (presiunea turgescentiala). Forta activa care asigura absorbtia apei in celulele vegetale este tocmai forta de suctiune.

Cu cat turgescenta este mai mare, cu atat forta de suctiune este mai mica. Lipsa de aprovizionare cu apa a celulelor vegetale face ca forta lor de suctiune sa creasca. Valorile mari ale fortei de suctiune indica faptul ca plantelor le lipseste apa.

2. ASIMILATIA CARBONULUI

Carbonul este asimitat la nivelul celulei vegetale sub forma de dioxid de carbon. Patrunderea CO₂ in plante se face in doua etape: In prima, CO₂ patrunde prin ostiolele stomatetor in camera substomatica; in a doua, CO₂ din camera substomatica trece mai departe in interiorul celulelor subiacente.

La nivelul celulei vegetale, CO₂ intra in structura stromei cloroplastelor si a clorofilei (la plantele verzi) sau in alte complexe structurale (la plantele fara clorofila) luand parte la sinteza substantelor organice. Procesul se numeste asimilatia carbonului.

La plantele autotrofe se realizeaza asimilatia carbonului si in continuare sinteza substantelor organice pornindu-se de la apa si substante minerale din mediu; la plantele heterotrofe, invers, nu se poate asimila carbonul si nu se realizeaza sinteza substantelor organice, intrucat vegetalele respective se hranesc cu substantele organice gala sintetizate de plantele autotrofe.

A.      FOTOSINTEZA. In procesul de fotosinteza, este nevoie de energia solara si de apa cu saruri minerale; planta va creste in greutate si va elimina oxigen. in esenta, ecuatia fundamentala a fotosintezei este urmatoarea: CO₂ + H₂O + Saruri minerale +Lumina = Substante organice + O₂ + Energie chimica. Energia chimica provine din transformarea energiei luminoase de catre celulele vegetale, care se inmagazineaza ca energie potentiala in substante organice sintetizate. Desigur ca principalul aparat fotosintetizant celular este reprezentat de catre cloroptastele plantelor verzi superioare sau de cromatoforii plantelor verzi inferioare, insa rol in procesul de fotosinteza il mai poseda si citoplasma vie. Cunoscandu-se faptul ca fotosinteza asigura emanarea de oxigen, se intelege ca plantele, la lumina zilei refac un aer viciat de o cantitate prea mare de CO₂ dintr-o incapere oarecare.

Lucrare: Membrana nucleara Proiect: Pancreasul endocrin - capilare si acini serosi

B. CHIMIOSINTEZA. Este fenomenul prin care unele bacterii sintetizeaza substantele organice cu ajutorul energiei chimice care se elibereaza prin oxidarea diversilor compusi chimici anorganici (H₂, H₂O, S, Fe (II), NH₃, HNO₃ etc). Bacteriile chimiosintetizante se impart in urmatoarele categorii: bacterii nitrificatoare, sulfuroase si feruginoase.

Bacteriile nitrificatoare. Se gasesc in sol si in ape unde exista substante organice aflate in descompunere.

Bacteriile sulfuroase. Traiesc in special in apele cu mult hidrogen sulfurat.

Bacteiile feruginoase. Traiesc in apele si locurile bogate in saruri de fer; energia necesara o obtin prin oxidarea sarurilor feroase care trec in sarui ferice.

In concluzie in cursul chimiosintezei nu se elimina oxigen, deoarece microorganismele utilizeaza oxigenul pentru oxidarea substantelor minerale.

3. ASIMILATIA AZOTULUI

Azotul este unul din elementele organogene indispensabile, desi proportional participa intr-un procent mic in metabolism.

AZOTUL LIBER. Acest element atmosferic nu poate fi utilizat de plantele verzi, ci numai de unele plante inferioare (bacterii, anumite ciuperci si alge atbastre). Exemplu: Azotobacter chroococcum (aerob) si Clostridium pasteurianum (anaerob) - sau simbionte cu unele plante superioare carora le determine aparitia unor nodozitati caracteristice la nivelul radacinilor - de exemplu Rhizobium feguminosarum la leguminoase sau micorizele (miceliile anumitor ciuperci) de la alte plante.

AMONIACUL. Este una din sursele de azot deosebit de importanta pentru plante deoarece el sta la baza genezei aminoacizilor

AZOTITII. Reprezinta o sursa minora de nutritie cu azot a plantelor. AZOTATII. Sunt substante foarte eficiente ca surse de azot.

4. ASIMILATIA SULFULUI SI FOSFORULUI

SULFUL. Este preluat de plante mai ales sub forma de sulfati.

FOSFORUL. Este preluat de plante din compusii fosfati. Fosforul participa atat la realizarea sintezei glucidelor, proteinelor si altor substante de baza ale materiei vii, cat si la inducerea proceselor de fermentatie si respiratie.

5. ENERGEZA

Prin aceasta notiune se inteleg procesele chimice in urma carora are loc descompunerea substantelor cu punerea in libertate a energiei potentiale. Asemenea reactii pot fi posibile cu participarea oxigenului atmosferic (in peocesul de respiratie) sau pe baza desfacerii unor legsturi moleculare care pun oxigen in libertate (in procesul de fermentatie).

5.1. RESPIRATIA

Este fenomenul fiziologic propriu fiintelor vii. Acest proces are loc prin absorbtia oxigenului din atmosfera - aerobioza - sau fara acesta - anaerobioza.

In procesul respiratiei se degradeaza complet substantele organice

care servesc ca substrat respirator, cu eliminare de CO₂ si energie. Fenomenul respiratiei ester invers fenomenului de fotosinteza. Intensitatea respiratiei variaza foarte mult, chiar si de la un organ la altul al unei plante, fiind conditionata nu numai de factorii de mediu, ci si de gradul de activitate vitala (de exemplu, semintele care au o viata latenta respira foarte incet; insa in timpul germinatiei, respiratia lor se intensifica).

Paralela succinta intre respiratie si fotosinteza:

in fotosinteza, apar in celula vegetala substante organice cu plecarea reactiilor de la CO₂, H₂O si saruri minerale in prezenta luminii, cu acumulare de energie potentials (proces anabolic); in respiratie, din contra, fara influenta luminii, plantele utilizeaza oxigenul atmosferic pentru oxidarea substantelor organice sintetizate pe care le transforma in CO₂ si H₂O cu eliberare de energie (proces catabolic);

fotosinteza se desfasoara numai in celulele care contin clorofila; respiratia are loc in toate celulele vii.

in fotosinteza, oxigenul ce se elibereaza nu provine din CO₂, ci din H₂O; in respiratie, CO₂ eliberat provine din transformarile substratului organic fart a interveni oxigenul atmosferic;

fotosinteza este localizata in cloroplaste si cromatofori, iar respiratia in mitocondrii.

5.2. FERMENTATIA

Fermentatia este asemanatoare respiratiei prin eliberarea de energie.

Fermentatia alcoolica. Este produsa de actiunea levurilor (drojdii) asupra glucidelor care sunt transformate in alcool in mod treptat (deoarece apar o serie de compusi intermediari).

Fermentatia alcoolica are mare importanta in procesul de fabricare a painii; drojdia de bere determina fermentatia maltozei rezultand alcool etilic si CO₂ care dospeste painea.

Fermentatia lactica. Este determinata de activitatea enzimatica a bactenilor lactice - Lactobacillus bulgaricus, L. casei etc - sau a unor ciuperci - Mucor sp.

Fermentatia lactica are deosebita importanta in industria laptelui, a unor alimente si in producerea de furaje murate.

Fermentatia acetica. Este datorata unor bacterii din genul Acetobacter care transforma zaharurile sau alcoolul etilic in acid acetic.

6. DIVIZIUNEA CELULARA (CITODIEREZA)

Diviziunea celulei este un proces complex care se caracterizeaza prin impartirea constituentilor unei celule - mama - in doua celule fiice, care isi restabilesc in scurt timp raportul nucleo - plasmatic. Prin acest proces se asigura cresterea corpului in talofite si geneza embrionului si apoi cresterea si diferentierea organismului vegetal la cornofite; in uluma instanta, se realizeaza perpetuarea indivizilor.

Diviziunea celulara se clasifica in doua mari categorii: diviziunea directa si diviziunea indirecta.

6.1. DIVIZIUNEA DIRECTA (amitoza, sciziparitatea)

Este caracteristica bacteriilor si algelor albastre, la plantele superioare fiind rareori intalnita.

Procesul de diviziune directa incepe prin alungirea nucleului si a celulei in intregime, consecinta fiind o strangulare la mijioc si o impartire a vechii celule in doua celule fiice.

6.2. DIVIZIUNEA INDIRECTA (cariochineza)

Este cea mai raspandita forma de inmultire celulara.

Cariochineza se poate constata in celulele tesuturilor si organelor in crestere (mai ales in varfurile vegetative) si este de doua feluri: cariochineza tipica si cariochineza alotipica; o forma aparte este diviziunea prin inmugurire.

A. Diviziunea tipica (mitoza). Se caracterizeaza prin aparitia in nucleu a cromozomilor.

Ca forma, cromozomii se prezinta ca niste bastonase drepte sau frante, pe traiectul lor deosebindu-se o gatuitura numita centromer. Fiecare cromozom are perechea sa, constituindu-se astfel cromozomii omologi; la plantele dioice, to unul din sexe, exista o pereche de cromozomi care nu se aseamana intre ei numiti heterocromozomi (cromozomi sexuali), ei determinand sexul. Totalitatea cromozomilor unei specii constituie cariotipul acesteia.

Numarul de cromozomi este caracteristic fiecarei specii (de exemplu, la grau 42, la fasole 22, la ceapa 16, la porumb 20, la tutun 48 etc).

Cariochineza tipica se produce in patru faze: profaza, metafaza, anafaza si telofaza.

Profaza se caracterizeaza prin aparitia cromozomilor, la inceput ca niste filamente lungi si subtiri, apoi din ce in ce mai groase si mai scurte pana capata forma de bastonase, de litera 'V' sau 'Y', intr-un numar constant.

Metafaza se constata atunci cand cromozomii au format placa ecuatoriala (placa metafazica). In continuare, se produce separarea celor doua cromatide. Centromerul se divide si el, incat fiecare cromatida va poseda centromerul sau.

Anafaza se instaleaza atunci cand cromatidele se gasesc la jumatatea distantei dintre ecuator si poli, centromerul fiind orientat catre poli, iar bratele cromatidelor spre ecuator.

Telofaza este ultima faza a mitozei cand cromatidele odata ajunse la poli se apropie intre ele foarte mult, suferind o serie de transformari inverse celor din profaza.

In continuare, celulele fiice formate intra in interfaza, in care timp au loc sinteza ADN - ului necesar formarii cromatidelor perechi si deci a definitivarii cromozomilor si totodata schimbul intens de substante intre nucleu si citoplasma.

B.         Cariochineza alotipica. Acest fel de diviziune are loc numai atunci cand se formeaza celulele reproducatoare.

In procesul sexual, numarul simplu, haploid, al cromozomilor din gameti se dubleaza.

Spre deosebire de mitoza, meioza comporta doua diviziuni succesive, una din ele fiind reductionala (heterotipica), iar cea dea doua ecvationala (homoiotipica).

In ambele feluri de diviziuni (reductionala si ecvationala) se succed cele patru faze descrise -profaza, metafaza, anafaza, si telofaza. Profaza initiala a meiozei (diviziunea reductionala, heterotipica) este de mai lunga durata, desfasurandu-se in mai multe stadii succesive.

C.         Diviziunea prin inmugurire. Este o exceptie de la tipul normal de cariochineza. Cel mai bine se observa la ciuperca Saccharomyces cerevisiae. Celulele de drojdie de bere au forma ovala sau sferica, dimensiunile lor variind intre 5 si 7 microni. Celula este formata dintr-un perete, o citoplasma, un nucleu mic, o vacuola centrala mare si una sau mai multe vecuole mici.

Inmugurirea incepe printr-o mica evaginatie care apare inainte de sfarsitul diviziunii nucleului din celula. Unul din cei doi nuclei fii trece in mugurele format, se inconjoara cu citoplasma din ce in ce mai abundenta, in felul acesta mugurele marindu-se progresiv. In continuare, apare o gatuitura la baza de prindere pe celula mama si pana la urma se separa ramanand atasata; noua celula poate de asemenea sa dea la randul ei alti muguri, incat in final se formeaza niste adevarate colonii.

7. IMBATRANIREA SI MOARTEA CELULEI

Declinul fiziologic treptat se termina prin moarte (incetarea ireversibila a vietii). Celulele vegetale raman pana la urma sa fie reprezentate doar prin peretele celular, care si in timpul vietii exista doar ca un component fara viata.