Лекция №1 Тақырыбы: Кіріспе. Өсімдіктер физиологиясы пәні және маңызы (1 сағат) Лекция жоспары

Лекция № 25

(1 сағат)

Жоспары:

1.Тыныс алу жөніндегі Бах пен Палладин теориялары.

2.Ашу процесі және олрдың түрлері.

3.Тыныс алу мен ашу арасындағы байланыс.

1.Якушкина.Н.И. Физиология растений. М. 1993г

2.Полевой.В.В. Физиология растений.М. 1991г.

3.Кенесарина.Н.Ә.Өсімдіктер физиологиясы және биохимия негіздері. Алматы, 1988ж

4.Жатқанбаев.Ж.Өсімдіктер физиологиясы.Алматы. 1988 ж.

5.Қалекенұлы.Ж.Өсімдіктер физиологиясы.Алматы. Қазақ университеті.1996ж.

6.Сағатов.К.С.Өсімдіктер физиологиясы. Алматы, 1996 ж.

7.Сағатов.К.С.Өсімдіктер физиологиясы. Алматы, Ғылым баспасы, 2002 ж.

8.Уалиханов.Г, Есмағұлов.Қ. Өсімдіктер биотехнологиясының негіздері. Алматы .Респ. баспа кабинеті, 1999 ж.

9.Жатқанбаев.Ж.Ж. Өсімдіктер физиологиясы және биохимиясы негіздері. Алматы 2004 ж.

10.Медведев.С.С. Физиология растений. Изд –во СПБГУ, 2004 г

11.Якушкина. Н.И, Бахтенова.Е.Ю. Физиология растений. М.Владос, 2005 г.

12.Папорков.М.А, Клинковская.Н.И. Милованова.Е.С.Учебно –опытная работа на пришкольном участке. М.1980 г.

13.Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений (под ред. Третьякова.Н.Н).М.

2000 г.

15.Кенжеев.Қ. Өсімдіктер физиоллогиясының практикумы. Алматы. 1989ж.

Лекция мақсаты: Тыныс алу жөніндегі Бах пен Палладин теориялары мен таныстыру.

Лекция мәтіні: Жануар ауның отегін зіне қабылдап, көмірқышқыл газын бөліп шығаратынан байқады. Ал жоғары дәрежелі жасыл өсімдіктер жануарлардың тыныс алуда бүлдірген аусын жаңартып жөндейтіндігі де белгілі бола бастады. Осы бір кездерден бастап заттардың оттегімен қосылуын тотығу деп, ал оған кері процесті, яғни оттенінің бөлініп шығуын тотықсыздану дп атайтын болды. Қзіргі кезде элкетрон жоғалтуды тотығудың ең маңызды сипаттамасы деп санайды. Мысалы, темір оксидінің /ІІ/ электронын/е^-/ жоғалтып, басқа темір оксидіне /ІІІ/ айналуын тотығу процесі, ал осыған кері процесс – тотықсыздану болады.

тотығу

Fe²⁺ Fe³⁺ + e^-

Тотықсыздану
Кезінде академик А.Н.Бах тотығу процестерінің химизміне арнайы жүргізген тәжірибелерінде мынаны еске алады: молекулярлы оттегі сол уақытта тотықтырғыш бола алады, ерегде сыртан алынған энергия әсер етіп, оның молекуласын біріктіріп ұстап тұрған атомдарының байланысын ажыратып, үзетін жағдайда ғана. Ол үшін жылулық, электрикалық және т.б. энергияның түрлері пайдаланылуы мүмкін. Әдетте тыныс алу мен жануда алынатын және ең аяғанда шығатын заттар бірдей.осы құбылыс көптеген оқымыстылардың тыныс алуды да жай жану деп қарауына тура келді. Дегенмен тыныс алуды жанумен салыстыруда бірнеше сұрақтардың тууына алып келіп соқты. Неге осы жай жану салыстырмалы төмен температурада жүреді? Өсімдіктер ұлпаларында жануға кедергі жасайтын су бола тұрсада, ол неге жеңіл өтеді? Осындай сұрақтардың тууы тыныс алу кезіндегі органикалық заттардың тотығуы мен ауадағы жанудың тотығуындағы принципиальдық айырмашылықтар бар екенін айрықша көрсетеді. Ол айырмашалық былай түсіндіріледі, организімге неген оттегі қандай бір жолмен болмасын активтенеді, осының арқасында сулы еретіндідегі органикалық заттар организімнің денесіндегі температурада-ақ тотығуына мүмкіншілік туады.

Жасыл өсімдіктерде жүретін тотығу процесін академик А.Н.Бах 1897 жылы жан-жақты зерттеп, дамыта отырып. Ол “оттегін активтендіру теориясын” ұсынды.

О

асқын тотық

О

субстрат + оксигеназа

Оны мынадай теңдеу арқылы көрсетуге болады:

II. 12RH₂ + 6O₂ = 12H₂O + 12R /аэробты/

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

Бұл процестің бірінші фазасын дегидраза /R/ ферментінің әсерімен жүрсе, ал екінші фазада дегидраза регенерацияланады.

Демек, В.И.П алладинніңі теориясы бойынша тыныс алуда түзілген су тек қана аэробты жағдайда пайда болады. Егер жүйеде сутегінің басқа қабалдаушысы болса, онда тыныс алу процестері ауның оттегінсіз-ақ жүре алады. Мұндай тыныс алу процесі анаэробты деп аталады.

Ашу процесі және оның түрлері. Микроорганизімдердің табиғатта азотсыз органикалық заттарды өзгеріске ұшыратуының үлкен маңызы бар. Мысалы, көмірқышқыл газы органикалық заттардан бөліну нәтижесінде атмосфераға қайтып оралады. Осы процесте бактериялардың атқаратын рөлі зор. Көмірқышқыл газының атмосфераға қайтып оралатын жолының бірі -ашу процесі. Ашу деп мироорганизімдердің әсерінен көмірсу, май, белок және басқа даорганикалық заттардың түрлі биохимиялық өзгерістерге ұшырауын айтады.

Жоғары сатыдағы өсімдіктердің анаэробтық жағдайда да тыныс алатындығы белгілі. Фотосинтез процесі шыққанға дейін жер бетінде тіршілік ететін организімдердің барлығы өздеріне қажетті энергияны анаэробтық жолмен , яғни бос оттегінсіз қабылданған. Аэробтық тыныс алу өмірге келген соң анаэробтық тыныс алу мүлде жойылып кеткен жоқ, ол процесс сақталып, өмірге аэробтық тыныс алудың құрамдас бөлігі ретінде енді. Алайда анаэробтық тыныс алу жоғары сатыдағы өсімдіктерге әдеттегі жағдайда тән құбылыс емес, бірақ кейбір микроорганизімдер үшін ол энергия өндірудің негізгі көзі бола алады. Ашудың көптеген түрі / шарап, сыра, сүт тағамдарын даярлауда/ адам баласына өте рете заманнан таныс болғанымен, оның ішкі табиғаты көп уақытқа дейін белгіз болып келді. 1837 ж. Каньяр Латур қантты спиртке дейін ашытатын ашытқының тірі организімдер екендігін көрсетті. Ю. Либихтың ойынша ашу белокты заттардың ыдырауынан пайда болған өте тұрақсыз ферменттің әсерімен жүреді.

Кейіннен раубе ашу тірі организім клеткаларында пайда болатын ферменттердің әсерімен жүреді деген пікір айтты.

Тек ұлы Пастердың зерттеулерінің нәтижесінде ғана /1860/ ашу процесінің табиғаты дұрыс анықталды. Пастер спиртті ашу дың оттегі жоқ кезінде ашытқыш саңырауқұлақтарда тыныс алу органына жүретін процесс екнддігін анықтады. Ал, оттегі бар ауада бұл микроорганизімдер кәдімгідей тыныс алады.

Пастер барлық ашу процестерінің белгілі бір микроорганизімдердің тіршілік процесіне байланысты құбылыс екендігін дәлелдеді. Бұл жұмыстардың нәтижесінде Луи Пастер табиғатта оттегі жоқ жерде тіршілік ететін микроорганизімдердің де бар екендігін дәлелдеп қана қоймай, кейбір микроорганизімдерге оттегі улы зат ретінде әсер ететіндігін анықтады. Мысалы, Пастер ашқан май қышқылды ашытқыш бактериялар оттегі бар ортада өмір сүре алмайды.

Пастердің ашу процесін тек ірі микроорганизімдер ғана жүргізе алады деген пікірі дұрыс емес. 1897 ж. Бухнер ашытқыш саңырауқұлақты езіп, оның таза мөлдір езіндісінің қантты ашытқандығын байқаған. Мұндай пікірді Бухнер 25 жыл бұрын орыс ғалымы Манасеин де айтқан боатын. Микроорганизімдерде пайда болатын бұл ашу процесін жүргізетін ферменттерді зимаза деп атайды. Қантты заттарды ашыту арқылы тіршілік ететін микроорганизімдер табиғатта өте көп. Бұлардың тіршілік процесінде қантты затар ашу нәтижесінде күнделікті өмірімізге қажетті өнімдер пайда болады. Мысалы, этил, бутил, пропил спирттері, сүт, май, сірке қышқылдары, ацетон және т.б. ашудың бірнеше түрлері бар. Ашу процесі оның ең соңында түзілетін затардың атымен аталады. Мәселен, қантты затты ашытқанда спирт түзілсе , оны спирттік ашу деп, ал сүт қышқылы бөлінсе, сүтқышқылды ашу деп атайды.

Глюкоза этил спирті

Негізгі өнім ретінде этил спиртін құрып қантты ашытатын микроорганизім ашытқыш саңырауқұлақтар. Мұнда да басқа спиртті ашытқыш организімдер бар, бірақ, олардың спирт шығару эффектісі өте нашар. Мысалы, кейбір мукор тобына жататын зең саңылауқұлақтары мен бактериялар.

Бұл ашытқыш саңырауқұлақтардың өзі де апиртті барлық жағдайда бірдей түзе бермейді. Егерде оларды оттегі толық кіретін, жақсы аэрациялық жағдайда өсіретін болсақ олардың ашытушылық қасиеті мүлдем тоқталады. Мұнда этил спирті мен көмірқышқыл газынан басқа да қосымша заттар түзіледі. Олар: сірке альдегиді, глицерин, сірке және янтарь қышқұылдары, сивуш майлары жатады. Сивуш майларының түзілуі ортадағы амин қышқылдарының ыдырауына байланысты. Амин қышқылдарынан пайда болған аммиакпен ашытқы саңырауқұлақтар қоректенеді де ортада сивуш майлары жинала береді.

Спирт пайда ететін ашытқыштардың расалары өте көп болғанымен, олардың морфологиялық қасиеттірі өте жақын, олрадың барлығыда бір клеткалы, бүршіктену я тікелей бөліну арқылы көбейеді. Сыра ашытқышы /Saccharomyces cerevisal/ спирт, сыра ашыту, шарап жасау, нан жабу өндірістеррінде көп қолданылады, бірақ бұл ашытқылардың әр түрлі қандайда болмасын көмірсуларды ашыта бермей белгілі бір түрлерін ғана /мысалы, моносахаридтер мен дисахаридтерді/ ашытады.

Спиртті көмірсуларды ашытк арқылы алады. Ол үшін түрлі тамыр жеміс тер, тамыр түйнектер және өндіріс қалдықтарын /қант қызылшасының патокасы/ пайдаланыды. Өсімдік шикі затындағы полисахаридтер ашыту алдында қайнатылуы керек. Ол үшін шикі затты майда етіп турап құрғатылып ұнтақталған дән өскіндерімен /онда гидролитикалық ферменттер бар/ қосып 55-60⁰-та қайнату керек /мысалы, солодпен қосып/. Содан кейін оған ашытқыш салып 30-30⁰С жылылықта ұстау керек. Кейіннен пайда болған спирт тазартылып алынады. Сыра ашыту, шарап дайындау процестері де көмірсуларды ашытқыш саңырауқұлақтар әсерімен ашыту арқылы жүргізіледі. Спиртті ашу нан ашыту үшін де қолданылады. Мұндағы маңызы қамырда СО₂ көьейіп, оның салдарынан қуыс тылығы және т.б. қасиеттері жоғарылайды. Кейінгі жылдары спирттік ашу процесін глицерин өндіруде ед кеңінен қолданылып жүр. Ол үшін ішінде ашытқы саңырауқұлақтары бар қоректік ортаға күкірт қышқылының тұздарын қосса, олар сірке альдегидімен реакцияға түсіп, оның нәтижесінде, таза глицерин пайда болады.

С₆Н₁₂О₆ 2СН₃СНОНСООН + 18 ккал

Бірінші топқа анаэробты, таза сүт қышқылды ашу жүргізетін бактериялар жатады. Бұл оргнаизімдер сүттің барлық қалыңдығындағы ашу процесін жүргізеді.

Екінші топқа аэробты- оттегін керек ететін бактериялар жатады, сондықтан олар сүттің тек үстіңгі қабатын ғана ашытады. Бұлардың тіршілік процесінде сүт қышқылынан басқа сірке қышқылы мен спирт, сонымен қабат /метан, сутегі, көмірқышқылы/ газдарыда пайда болады.

Сүт қышқылды бактериялар қарапйым көмірсулардың өкілдерін ашытады да, ал крахмал сияқты және басқа да күрделі полисахаридтерді ыдырата алмайды. Бұл бактериялардың кейбір түрлері асқазан ауруын қоздырушы микробтарды қыратын антибиотиктер түзілетіні де анықталды.

Сүтте ашытқы саңырауқұлақтарда кездеседі. Сүт қантына, олар аз ғана мөлшерде /3-4,5%/ спирт түзіледі. Қымыз және кефир ішімдік-сусындарын даярлағанда спирт едәуір мөлшерде джиналады. Өйткені бұл тағамдарда ашытқы саңылауқұлақтар мен сүт қышқылы бактерияларының бірлесіп тіршілік етуіне қолайлы жағдай туады. Қышқыл сүт тағамдарының ішінен Орта азиятұрғындарына, әсіресе қазақ халқына ежелден белгілі шұбатты да айтқан жоқ. Шұбат – түйе сүтінен даярланатын, шипалық қасеті бар өте дәмді ішімдік –сусын. Мұнда да сүт қышқылды ашу мен спирттік ашу процесі жүреді.

Май қышқылды ашу. Қанттан май қышқылы пайда болады. Мұны былай өрнектеп көрсетеді:
С₆Н₁₆О₆ СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ +2Н₂ +15 ккал

глюкоза май қышқылы

Май қышқылы ашу процесінде ортадан көп мөлшерде газ бөлінеді және өткір, аса ұнамсыз иіс пайда болады. Ал кейде заводта жасалған түрлі тағам консервілерінің сапасының төмендеуі де осы бактериялардың әсерінен болады, егер олар ұнда тіршілік етсе оны ашытып жібереді.

Сондықтанда кейбір ауыл шаруашылық өнімдердін алғашқы өңдеуде май қышқылы бактерияларының қасиеті толық ескеліледі. Олардың кейбіреулері клетка аралық заттарды-пектинді ыдыратады. Май қышқылы бактерияларының осы қасиетін талшықты өсімдіктерді /зығыр, кендір және т.б./ өңдеуде қолданылады. Мұнда олар талшық тіндерін басқа тканьдерден ажыратып алу үшін қажет.

Сірке қышқылды ашу. Жоғарыда айтылғандай табиғатта органикалық заттардың оттегінің әсерінен тотығуы кең таралған. Бұғанда микроорганизімдер дүниесі қарқынды түрде қатысады. Әрине олардың қарқыны организмде кездесетін ферменттерге тығыз байланысты. Егер организімнің клеткасында тыныс алуға қажетті ферменттер тобының барлығы болса, онда органикалық заттар тотығып, олар ең соңғы өнімдерге дейін ажырайды.

Тотығу процесінің ішінде тұрмыста кең таралғаны сірке қышқылды ашу процесі. Бұл процес тің де биохимиялық табиғатын 1862 ж. Луи Пастер ашқан болатын. Қандай да бол масын құрамында аздаған мөлшерде спирті бар /шарап, сыра/ сұйықты ауасы бар жерде қалдырсақ болғаны, оның бетінде сірке қышқылы бактерияларынан жұқа қабат пайда болады да, ортада сірке қышқылы түзіледі. Сірке қышқылды ашудың өзгешелігі бұл тотығу арқылы жүретін ашу процесі, тыныс алу мен ашудың ортасындағы процесс. Бұл процестің тыныс алудан өзгешелігі ең соңғы өнімдері бөлек болып келеді. Сөйтіп сірке қышқылды ашуға керекті субстрат этил спирті. Бұл процестің теңдеуі былай көрсетіледі:

Сірке қышқылы бактериялары табиғатта жиі кездеседі. Көбінесе олар пісіп тұрған жеміс-жидектер сыртында, шарапта, сырада, кваста, ашыған овощтарда, сүрлемде кездеседі. Сірке қышқылы бактерияларының ерекше қасиеті – олар органикалық заттарды ақырғы өнімдер емес, тек органикалық қышқылдарға ғана тотықтырады.

Сонымен қатар ашудың бұлардан басқа да түрлері табиғатта кездеседі. Оларға: пропион қышқылының, клетчатканың, пектин заттарының және т.б. ашу түрлерін атауға болады.