Дыхание растений. Обнаружение каталазы в листьях и семенах растений.

Дыханием растений называют окислительный распад сложных органических веществ, в первую очередь углеводов, до простых конечных продуктов - диоксида углерода и воды, сопровождающийся выделением энергии.

Процесс дыхания состоит из двух основных этапов:

анаэробного дыхания, в результате чего дыхательный субстрат распадается до двух молекул пирувата.
аэробного дыхания, в результате чего происходит дальнейшее окисление пирувата до СО₂ и Н₂О.

Суммарное уравнение химических превращений при дыхании:

C₆H₁₂O₂+ 6O₂→ 6H₂O + 6CO₂ + 686 ккал/моль.

Процесс дыхания представляет собой сложные превращения в определенной последовательности с участием многих ферментов. В процессе дыхания принимают участие специфические ферменты (биокатализаторы) из класса оксидоредуктаз, к которым относятся:

Анаэробные дегидрогеназы, способные передавать электроны различным промежуточным акцепторам, но не кислороду (алкогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа).
Аэробные дегидрогеназы, способные передавать электроны различным акцепторам, в том числе и кислороду (сукцинатдегидрогеназа).
Оксидазы, способные передавать электроны только кислороду (цитохромоксидаза, аскорбатоксидаза, полифе-нолоксидаза, пероксидаза, катал аза и др.)

Ферменты, участвующие в дыхании, действуют согласованно, тем самым обеспечивая нормальную скорость протекания процессов дыхания. Сочетание ферментов в растительных организмах непостоянное, изменяющееся на разных этапах развития растений в соответствии с условиями выращивания.

Большая часть энергии, освобождающаяся в результате окисления органических веществ, аккумулируется в макроэнергетических связях АТР, и данный процесс образования АТР называется окислительным фосфорилированием. Этот процесс протекает в митохондриях при окислении водорода, отнятого от дыхательного субстрата.

Энергетическая ценность дыхания во многом зависит от того, каким путем и с участием каких систем осуществляется процесс окислительных превращений дыхательного субстрата. Кроме своей основной функции - образования и консервации энергии молекул АТР - этот процесс поставляет активные метаболиты и электроны для различных биосинтетических процессов. Дыхание тесно связано со всей жизнедеятельностью растений и, наряду с фотосинтезом, оказывает непосредственное влияние на их продуктивность. Дыханию принадлежит важная роль в обеспечении защитных реакций растений.

Обнаружение каталазы в листьях и семенах растений.

Каталаза относится к группе железосодержащих оксидаз. Это сложный белок, простетической группой которого является гем. Каталаза осуществляет разложение пероксида водорода, токсичного для растений:

Температурный оптимум каталазы 0-10°С, но и при температуре 20-25°С фермент достаточно активен. Каталаза - распространенный фермент, изменяющий метаболические процессы в растениях. Кристаллическая каталаза содержит 0,09% железа, или четыре его атома на молекулу фермента.

Ход работы

На сухое предметное стекло поместить каплю 1%-ного раствора Н₂О₂ и поместить в нее кусочек листа элодеи или другого растения. Выделение пузырьков наблюдать вначале при малом увеличении, а затем при большом. Объяснить их происхождение.

Чтобы доказать, что именно фермент проявляет активность, необходимо провести два контрольных опыта:

заменить пероксид водорода водой,
инактивировать фермент кипячением листа.

В обоих случаях пузырьки выделяться не будут. Почему?

Обнаружение каталазы в семенах растений

В три пробирки налить по 5 мл 3%-ного раствора Н₂О₂. В одну поместить проросшие семена пшеницы или гороха, во вторую - такие же, но предварительно прокипяченные семена, в третью - сухие не проросшие семена. Описать и объяснить результаты опытов.

Оборудование и реактивы:

Микроскопы со всеми принадлежностями,
спиртовки,
штатив с пробирками,
проросшие и сухие семена пшеницы, гороха,
1%-ный и 3%-ный растворы Н₂О₂.