Looma- ja taimefüsioloogia (0)

LOOMA- JA TAIMEFÜSIOLOOGIA

Närvisüsteem

Neuron koosneb rakukehast ja jätketest. Jätked, mida nimetatakse ka närvikiududeks, jagunevad aksoniteks ja dendriitideks.
Raku puhkeolekus esinevat elektrilist pinget rakusisese ja -välise keskkonna vahel nimetatakse puhke (oleku)potentsiaaliks. Neuronitel on see umbes −70 mV.

• Rakumembraanis paiknev Na+-K+-ATPaas tõstab igas tsüklis kolm Na iooni rakust välja ja raku ümbritsevast keskkonnast kaks K iooni rakku sisse. (raku sees K konts. suur) -4 mV
  
• Kuna raku puhkeolekus on membraanis leiduvad K -( lekke )kanalid osaliselt avatud, siis liiguvad osad K+- ioonid rakust välja kuni elektrokeemilise tasakaalu tekkeni
  

Puhkepotentsiaali langust (negatiivsemaks muutumist) ehk polarisatsiooni suurenemist nimetatakse hüperpolarisatsiooniks, tõusu (0-le lähenemist) ehk polarisatsiooni vähenemist depolarisatsiooniks.
Aktsioonipotents: Juhul, kui mingite stiimulite tulemusel ületatakse aksonikünka piirkonnas pingest sõltuvate Na- kanalite läviväärtus, siis viimased avanevad ning järgneb intensiivne Na sissevool rakku, mis toob lisaks lokaalsele AP-i vallandumisele endaga kaasa ka osalise depolariseerituse leviku mööda aksonit edasi. Uus AP ei saa kohe uuesti tekkida- refraktaarsusperiood. Müeliniseeritud närvikius AP saab tekkida ainult müeliinirõngaste vahelistes alades, AP hakkab levima hüppeliselt.
Sünaps- info ülekandja neuron neuron või neuron  effektorrakk

• Elektriline sünaps koosneb mulkühendustest (gap junction ), mis loob ühenduse kahe raku tsütoplasmade vahel, mille kaudu otseselt ioone vahetada.
  
• Info ülekanne keemilises sünapsis toimub mediaatorite ehk transmitterite kaudu
  

Madalmolekulaarsed mediaatorid- Ach, NA
Postsünaptilisel membraanil paiknevad selle aine suhtes tundlikud retseptorid : ionotroopsed, mis on oma olemuselt ligand-sõltuvad ioonkanalid (N-tüübi kolinoretseptorid ) , ja metabotroopsed, mis on tavaliselt seotud G-valguga (adrenoretseptorid, M-tüüpi kolinoretseptorid).
Postsünaptilise membraani potentsiaali, mis tekib transmitteri seondumise tagajärjel retseptoriga, nimetatakse postsünaptiliseks potentsiaaliks (PSP). Need võivad olla eksitatoorsed (EPSP), kui see toob kaasa membraani depolariseerumise (potentsiaali lähenemise pingest sõltuvate Na-kanalite läviväärtusele, st. nad soodustavad AP teket) või inhibitoorsed (IPSP).
Kõiki aineid, mis toimivad samasuunalise efektiga nagu endogeenne mediaator, nim agonistideks. Aineid, mis takistavad info ülekannet retseptori kaudu, kutsutakse antagonistideks.
Vegetatiivne närvisüsteem juhib keha siseorganite talitlust. Kuna ta on tahtele allumatu, siis nim teda ka autonoomseks närvisüsteemiks. Vegetatiivne närvisüsteem koosneb kolmest anatoomiliselt ja funktsionaalselt erinevast osast: sümpaatilisest (kriisiolukorras, aktiivsed füüsilised tegevused), parasümpaatilisest (rahuolukord, keha taastumine ) ja enteraalsest ( seedetrakti ) närvisüsteemist.

NS kõrgem talitlus

Suuraju koore assotsiatiivsedalad koostöös sensoorsete süsteemidega vastutavad.
Kognitsioon - võime tajuda väliskk stiimuleid ja nendele vastavalt reageerida.
Assotsiatsioonialad:

• Parietaalsagar- sensoorse info teadvustamine , töötlus. Contralateral neglect syndrome - parema ajupoolkera kahjustuse korral inimene ignob vasakut kehapoolt ja vaatevälja.
  
• Temporaalsagar - sensoorsele infole tähenduse andmine (mälu+kogemus)
  
• Frontaalsagar- käitumusliku vastuse kujundamine ( motoorne assots.ala)
  
• Kuklasagar- visuaalse info töötlus
  
• Oimusagar - interpersonaalne sümboolne suhtlus (keel, viipekeel )
  

Une tsirkadiaanne rütmika- une-ärkveloleku faasid vahelduvad u 24-tunnise perioodilisusega ka siis, kui pole infot öö/päeva vaheldumise kohta. Sisemine kell: sümp NS vahendusel mõjutab melatoniini süntees epifüüsis (käbikeha) tsüklit, valguse võjul melatoniini süntees väheneb. Seda omakorda mõjutavad võrkkesta neuronid , mis sünkroniseerivad sisemist kella muutuvate keskk .tingimustega.
Ärkvelolekut tagab ajutüve retikulaarformatsiooni aktiveeriv süsteem, une tekke tagab hüpotalamuse ventrolateraalne preoptiline tuum. Eristatakse 2 uneseisundit: REM-uni (kiired silmaliigutused, südame löögisagedus, vererõhk, kudede aktiivsus, kehatemp tõusevad, suurte lihaste halvatus , väiksemad tõmplevad, elavad unenäod) ja non-REM uni (unenägusid vähe, lihastoonus madal).
Emotsioonid - afektiivne, vegetatiivne, miimiline komponent
Mälu

• Eksplitsiidne e deklaratiivne- numbriline mälu, keeleoskus , sündmuste mäletamine
  
• Implitsiidne e protseduuriline - (alateadlik) rattasõidu-, joonistamisoskus
  

Info salvestus toimub temporaalsagara mediaalsete struktuuridega (hipokampus).
Kõnekeskused

• Broca keskus vas frontaalsagaras- motorne kõnekeskus
  
• Wernicke kõnek- sensoorne kõnek, kõnest arusaamine
  
• Parem temporaalsagar- emotsionaalne kõnek
  

Sensoorne süsteem

• kemoretseptorid – reageerivad keemilistele ainetele
  
• mehanoretseptorid – reageerivad mehaanilistele stiimulitele
  
• termoretseptorid – reageerivad temperatuurile
  
• fotoretseptorid – reageerivad valgusele
  
• notsitseptorid – reageerivad koekahjustusele
  

Retseptorpotentsiaal (retseptoorse raku membraanipotentsiaali muutus) kutsub esile edasiste ioonkanalite avanemise /sulgumise:
- Na-kanali avanemine → aktsioonipotentsiaali teke
- Ca-kanali avanemine → transmitterainete vabanemine , signaali ülekanne sensoorsele neuronile
Ruumiosa , millest sensoorne üksus infot kogub , nimetatakse retseptoorseks väljaks.
Mittespetsiifilised juhteteed edastavad infot, mis pärineb eri tüüpi retseptoritelt. Nad lõppevad ajutüve retikulaarformatsioonis, taalamuse ja ajukoore mittespetsiifilistes piirkondades. Neis kulgevat infot ei ole võimalik tajuda kui mingi kindla kehapiirkonnaga seotut. Spetsiiflised on asenditundlikkuse juhteteed.
Sensoorse info karakteristikud :

• stiimuli modaalsus – määratakse ära retseptori tüübiga
  
• intensiivsus- Intensiivsem stiimul kutsub esile erutuse suuremas arvus retseptorites, AP sagedus tõuseb
  
• lävi – väikseim stiimuli energia hulk, mis on võimeline esile kutsuma resteptori ärrituse
  
• lokalisatsioon- eri piirkondadest tulev info hoitakse NS ruumiliselt lahus
  

Somaatiline tundlikkus

• Puutetundlikkus - mehanoretseptorid
  
• Propriotseptsioon ja kinesteesia- kehaosade asendi ja nende liikumise tajumine . Lihase kontraktsiooni läbiviivad lihaskiudud e ekstrafusaarsed lihaskiudud, mida innerveerivad α-motoneuronid. Lihaskäävid- lihaskiud +närvilõpmed, keha asendi retseptorid , tundlikud lihase venituse korral. Golgi kõõlusorganid tundliku lihase kontraktsiooni suhtes, takistavad seda.
  
• Valu- notsiretseptorid, kaasneb sümp NS aktivatsioon . Roll alanevatel inhibeerivatel teedel, lähtuvad taalamusest ja ajutüvest, transmitteriteks endorfiinid.
  
• Temperatuur- temp tõusmine 10 kraadi võrra, kiirendab ainevahetust 2x
  

Spetsiifilised meeled

Maitsmismeel - maitsmispungad sisaldavad maitsmisretseptoreid (kemoretseptorid).
Sensoorne transduktsioon maitsmisrakkudes- ioonkanalite läbimine, seostumine G-valk retseptoriga, viib Ca-kanali avanemisele. 5 erinevat primaarset maitset - hapu, soolane , magus, mõru, umami.
Maitsmisimpulsid edastatakse kesknärvisüsteemi VII ja IX kraniaalnärvi kaudu.
Haistmine- G-valk seotud (kemo)retseptorid ülemise ninakäigu haistmisepiteelis . Aksonid moodustavad I kraniaalnärvi.
Kuulmine ja tasakaal- mehanoretseptorid
Helilaine ülekanne kõrvas- kk võnkumine trummikile vibratsioon (kuulmetõri ühtlustab rõhu keskkõrva ja väliskk vahel)kuulmeluukeste(keskkõrvas) kaudu helilaine sisekõrva perilümfile (toimub rõhulaine amplifitseerumine)teokanalis paikneval basilaarmembraanil hakkab Corti organ võnkumaCorti organi kuulmisretseptorid e kravarakud kalduvadkatioonkanalid avanevad, K voolab rakku sissekarvarakk depolariseerub, Ca-kanalid avanevad, voolab rakkuvabanevad transmitterid kutsub esile AP sensoorsete neuronite kiud kulgevad teo-esikunärvi (VIII kraniaalnärv) koostises.
Kuulmisimpulsi karakteristikud: heli kõrgus, tugevus, suund, tämber
Tasakaalumeel : tasakaaluelundis kaks funktsionaalset osa- otoliitorgan ja poolringkanalid. Karvarakud moodustavad sünapsid sensoorsete neuronitega, mille aksonid moodustavad vestibulaarnärvi (osa VIII kraniaalnärvist).
Ototliitorganis katab sensoorset epiteeli (karvarakke) geelja massi kiht, mille pinnal paiknevad kaltsiumkarbonaadi kristallid ehk otoliidid. Otoliitorgan võtab vastu infot pea staatiliste asendite ja lineaarse kiirenduse kohta.
Poolringkanalites paikneb sensoorne epiteel ampullaarselt laienenud osades, on tundlikud angulaarse kiirenduse suhtes.
Nägemismeel- silmamuna funktsionaalselt kahes osas:

• optiline aparaat (sarvkest, iiris , tsiliaarkeha, lääts, ees- ja tagakamber , klaaskeha)- reguleerib silma pääseva valguse hulka ja fokuseerib selle võrkkestale.
  
• retseptoorne aparaat ( võrkkest ehk reetina ), milles paiknevad nägemisretseptorid muudavad valguskvantide energia nägemisimpulssideks
  

Mida tugevam on lääts (mida kumeram ehk väiksema raadiusega), seda lühem on fookuskaugus . Silmaläätsel on muudetav kumerusraadius- akommodatsioon, mis tagab erineval kaugusel olevate objektide fokuseerimise reetinale. Tsiliaarlihase lõõgastudes venitatakse lääts ripsvöötmekese kiudude abil laiaks ja lamedaks ja tema fookustugevus väheneb, kontroll parasümp III kr.närv.
Pupillaarrefleks- Pupilliahendajat innerveerivad parasümp kiud. Teine lihas on pupillilaiendaja ehk dilataator, mille kiud kulgevad radiaalselt. Pupillilaiendaja kontraktsioon põhjustab pupilliava suurenemist ja silma satub rohkem valgust. Pupillilaiendajat innerveerivad sümpaatilised närvikiud.
Võrkkest- välimine pigmentepiteel ja sisemine neuraalne osa (fotoretseptorid, bipolaarsed rakud ja ganglionrakud). Fotoretseptorid- kepikesed ja kolvikesed . Kepikesed on suurema tundlikkusega (madalama erutuslävega) valgusretseptorid, mis ei erista valguse eri spektri osi, seega ei tee vahet värvidel (näeb hämaras). Kolvikeste abil näeb värve.
Fototransduktsioon- valgusenergia mõjul vallandab nägemispigment rodopsiin signaaliülekande kaskaadi. Transmitter fotoretseptorite ja bipolaarsete rakkude vahel on glutamaat, mille vabanemine väheneb valguse mõjul fotoretseptori hüperpolariseerudes. Ganglionrakud on võimelised genereerima AP.
Värvusnägemine- tundlikkuse max on 420, 530 ja 560 nm, vastavalt jagunevad kolvikesed S, M ja L tüübiks. Kontrastnägemine- valguskiire keskosas olevad fotoretseptorid saavad rohkem stimuleeritud kui äärealadel paiknevad retseptorid. Ruumiline e binokulaarne nägemine eksisteerib alas , mis jääb mõlema silma vaatevälja. Kumbki ajupoolkera saab informatsiooni vastaspoolsest vaateväljast.

Liikumine

Luude rakutüübid: oseoblastid ehitavad luid , osteotsüüdid, osteoklastid lagundavad (Wolffi seadus).
I-VII pärisroided ühenduses rinnakuga, VIII-XII ebaroided
Pidevühendused e liidused ( luud seotud fibroos - või kõhrühendite kaudu) või sünoviaalühendid e liigesed (luude otstes liigesekihn , moodustub liigeseõõs, kuhu sünteesitakse liigesevõiet e sünooviat, liiges kaetud kõhrega). Üheteljelised liigesed- ratasliiges (peaga eitus ), plokkliiges (sõrmelülid); kaheteljelised - ellipsoidliiges (peaga jaatus, kallutamine); kolmetelj- keraliiges (puusa-, õlaliiges).
Skeletilihased kinnituvad luudele , lõpevad kõõlustega, lihased ümbritsetud sidekirmete e fastsiatega. Nahalihased pehmetes kudedes, miimiline funktsioon, peamisel pea piirkonna lihased.
Lihasraku kontraktsioon
Motoorse närvi lõpmelt AchAP tekekontraheeruminemembraanis N-tüüpi kolinoretseptorid, lihasrakku hakkan tungima Na lõpp-plaadi potentsiaalvallandub AP ( lihasrakud erutuv kude).
AP seotud lihase kontraheerumise mehhanism = elektromehaaniline sidestus. Toimub üle Ca-ioonide, AP levib ka piki t-torukesi, toob kaasa tsütoplasmas Ca konts tõusu.
Lihasrakus jämedad (müosiin) ja peened ( aktiin , mille ümber tropomüosiini molekulid, millele kinnitub troponiin ) filamendid. Libisevad üksteise vahele. Kui Ca tase tõuseb, kinnitub see troponiinile, mis käivitab kontraktsiooni.
Ühendus NS ja skeletilihaste vahel toimub läbi alumiste või alfa-motoneuronite. Seljaaju tasemel toimub lihtsam motoorika (refleksid, kõndimismuster). Alumise motoneuroni kahjustub toob kaasa osalise/täieliku halvatuse .
Mediaalsed juhteteed – keha asend, tasakaal

• Vestibulospinaaltrakt- keha asend ja stabiilsuse säilimine
  
• Restikulospinaaltrakt- tasakaalu ja keha asendi säilitamine ennetavalt
  

Lateraalsed juhteteed- tahtelised liigutused

• Rubrospinaaltrakt- distaalseid lihaseid innerveeriv
  
• Kortikospinaaltrakt- alfa-motoneuronid keha tüvi ja jäsemed
  

Primaarsest motoorsest ajukoorest algab suurim osa kortikospinaaltraktist, kahjustus toob kaasa osalise/täieliku halvatuse, lihased pole lõdvad, vaid pigem spastilised.
Premotoorsed ajukoore alad prim mot ajukoore ees- liigutuste valik
Väikeaju- motoorne õppimine, pea ja silmade koordineeritud liikumine
Basaaltuumad- järjestatud liigutuste planeerimine , alustamine

Kaitsemehhanismid

Vere hüübimine

• Koagulantsüsteem e protrombootiline- vere hüübimine veresoone kahjustuse korral
  
• Antikoagulant e antitrombootiline- tombi moodustumise pidurdamine , et ei ummistaks intakseid veresooni, samuti normaalsetes veresoontes, antitrombiin
  
• Fibrinolüütiline e trombolüütiline- trombi lüüsumine, kui vigastus paranenud
  

Hüübimine tekib fibrinogeenimolekulide polümeriseerumise tulemusel.
Verejooksu takistamine

• Vasokonstriktsioon- veresoone valendiku kokkutõmme
  
• Valge tromb - trombotsüütide adhesioon kollageenile trombotsüüdid degranuleeruvad ja agregeeruvad (tõmbuvad kokku, tromb kontraheerub)
  
• Vere hüübimine e punane tromb- trombiin aktiveerib fibrinogeeni  fibriin muudab vere geeljaks
  
• Trombi lüüsumine e fibrinolüüs- plasminogeenplasmiin lõhustab fibriini
  

Hingamine

Nina, neel , kõri, trahhea , kopsud koos bronhidega, alveoolid terminaalsed üksused
Hingamisteede respiratoorsed e gaasivahetuslikud osad: respiratoorsed bronhioolid, alveolaarjuhad-, kotikesed ja alveoolid; enne neid konduktiivsed e õhku juhtivad osad.
Kopsude arteriaalne verevarustus
Kopsuarteris süsteemsest vereringest venoosne veri , bronhiaalarteis aordist arteriaalne veri. Kopsuarterid varustavad alveolaarkapillaaristikku, toimub hapnikuga rikastumine. Venoosne äravool toimub kopsuveenide kaudu südame vasakusse kotta.
Sissehingamislihas- diafragma, välimised roietevahelised , väljahingamis- sisemised roietevahelised, kõhulihased.

Vereringe

Kehavereringe : v v  p k, kopsuvereringe : p v  v k
Vatsakeste ja kodade vahel atrioventrikulaarklapid (võimaldab verel liikuda vaid ühes suunas, kojast vatsakesse). Poolkuuklapid lubavad verel liikuda vatsakesest veresoontesse (vasakul aordiklapp, paremal pulmonaalklapp). Südamelihas e müokard. Kontraktsiooniga tekib AP, mis levib mööda rakumembraani ja T-tuubuleid. Ca tungib rakku, reguleeritakse toponiini ja tropomüosiini kaudu. Erutusjuhtesüsteem saab alguse p k seinas paiknevast siinussõlmest.
Südametsükkel- kokkutõmme e süstol ja lõõgastumine e diastol .
Sümpaatiline ns tõstab südame löögisagedust, müokardi kontraktsioonijõudu. NA ja beeta-retseptorid, Na ja Ca suurenenud tungimine rakku. Paras ns toimib üle uitnärvi Ach ja M-retseptorid, suurendab K leket rakust välja  aeglasem erutuse levik, innerveerib kodasid.
Kahekordne veresoone raadiuse muutus toob kaasa 16-kordse mahtkiiruse muutuse. Mahtkiirus vereringe järjestikustes osades on konstantne . Joonkiirus on aga aordis 1000x suurem kui kapillaarides .
Difusioon kapillaaride ja ümbritseva koe vahel. Ultrafiltratsioon, mis laseb välja poolläbilaskva membraanina vett ja elektrolüüte, kuid takistab suuremate molekulide liikumist. Vedeliku liikumist mõjutavad nii hüdrostaatilised kui ka osmootsed rõhud kapillaari sees ja ümber.
Verevoolu kontroll

• Lokaalne - arterioolide seina silelihased lõõgastuvad ja verevarustus suureneb aktiivsusega
  
• Süsteemne- enamik veresooni innerveeritud sümp ns poolt, toob kaasa arterioolide ahenemise ja sellega nende takistuse kasvu, NA ja α-adrenoretseptorid. Veenid tõmbuvad kokku, suunab rohkem verd aktiivsesse vereringesse.
  

Loode saab verd nabaveeni kaudu. Suured lümfisooned liituvad paremaks lümfijuhaks ja rinna-lümfijuhaks, mis kogub lümfi üle keha.

Seedimine

Reguleerivad hüpotaalamuse tuumad keskajus (toitekeskus). Peamisteks regulaatoraineteks on insuliin ja leptiin, mis mõlemad vähendavad toitekäitumist. Insuliini toodetakse pankreases vastusena veresuhkru tõusule (peale sööki). Leptiini toodavad rasvarakud insuliini mõjul. Motoorseid funktsioone juhivad peamiselt piklikaju tuumad.
AP levikut soodustavad lihasrakkude membraani depolariseerivad faktorid : seedetrakti seina (lihasrakkude) venitus, Ach, parasümp innervatsioon (Ach kaudu), gastrointestinaalsed hormoonid. Seda pidurdavad membraani hüperpolariseerivad faktorid: sümp innervatsioon, adrenaliin ja NA.
Laias laastus kutsub ühe seedetrakti osa täitumine/ venitus esile talle järgneva sooleosa tühjenemise ja pidurdab talle eelneva sooleosa tühjenemist.
Soolemotoorika peamised tüübid:
Peristaltika – vastusena sooleseina venitusele tekkiv tsirkulaarse ahenemise laine. Transpordib soolesisu seedetraktis edasi. Müenteerilise närvipõimiku vahendatud refleks .
Segamisliigutused –vahelduvad kontraktsioonid ja lõõgastumised, segavad soolesisu seedenõredega.
Parasümpaatiline innervatsioon tõstab enteraalse närvisüsteemi aktiivsust ja seeläbi intensiivistab seedetrakti funktsioone (uitnärvi kaudu).
Süljenäärmedα-amülaas lõhustab tärklist
Mao pearakudpepsiin valke
Kõhunääreendopeptidaas trüpsiin valke, amülaas süsivesikuid, lipaas lipiide
Makssapphapped emulgeerivad rasve
Peensoole venitus toidumasside poolt, samuti toitainete laguproduktide ja happelise soolesisu keemiline toime kutsub esile neuraalsed refleksid ja CCK sünteesi peensoole epiteelis, mis omakorda pärsivad mao edasist tühjenemist. Peensooles toimub põhiline osa toitainete imendumisest (vesi passiivse diffusioonina, el.lüüdid aktiivse transpordiga, Ca imendumine tugevalt sõltuv vitamiin D olemasolust, Na imendumine aga sõltub aldosterooni tasemest).
Peamised maonõre sekretsiooni stimuleerivad faktorid on paras NS stimulatsioon ja Ach viimase mediaatorina, gastriin ja histamiin.
Pankrease sekretsiooni stimuleerivad uitnärvi lõpmetest vabanev ACh ja sekretiin ja koletsüstokiniin, mida toodavad peensoole limaskesta rakud. Sekretiini vabastatakse, kui soolesisu pH langeb, kui happeline toitmass saabub maost peensoolde .
Jämesooles toimub olulisel määral vee ja elektrolüütide tagasiimendumine .

Taimed

Tüüpiliselt on rohtsete taimeosade veesisaldus keskmiselt 70 % kaalust . Kuivust taluvad taimed võivad ellu jääda ka siis, kui nende veesisaaldus langeb 20 %-ni. Kuivad seemned sisaldavad vett mitte rohkem kui 5%. Kuid see on metaboolselt mitteaktiivne seisund.
Vee füüsikalised ja keemilised omadused, mis on olulised taimedes toimuvate füsioloogiliste protsesside seisukohalt: (aluseks veemolekuli polaarsus )
Termilised omadused.

• Vesi säilitab vedela oleku temperatuuridel , mille juures toimub enamus bioloogilisi
  

protsesse.

• Vee suur soojusmahtuvus (4.18 J g-1 oC-1 )
  
• Vee kõrge aurustumissoojus (44 kJ mol-1 25 oC juures)
  
• Kohesioon on vesniksidemete poolt tingitud tugev molekulidevaheline tõmbumine, mis tagab veesamba suure tõmbetugevuse ja vee pindpinevuse.
  

• Adhesioon on veemolekulide ja tahke pinna vaheline tõmbumine, mis tagab
  

vedelikusamba kapillaarse tõusu juhtkudedes.

• Vee läbilaskvus nähtava valguse suhtes lubab valgusel tungida rakkude veekeskonda
  

ja käivitada fotosünteesi või mõjutada kasvu ja arengut.
Keemilised omadused

• Hüdratatsioonikiht, mis moodustub mineraalsete ioonide ümber, soodustab nende reaktiivsust. Hüdratatsioonikiht suurte orgaaniliste molekulide (näit. valgud ) pinnal hoiab neid lahustunud olekus ja väldib nende väljasadenemist.
  

Vee liikumine taimedes

Taimed võtavad mullast vett juurte kaudu, kust see liigub varre juhtkudedesse, mis mööda juhtsooni transpordivad vee lehtedesse. Vesi lahkub lehtedest veeauruna õhulõhede kaudu- transpiratsioon .
Vesi liigub taimes vooluna hüdrostaatilise jõu abil ja difusiooni ning osmoosi teel (molekulide kaupa).
Intensiivse kasvu ajal paneb vee liikuma lehtede transpiratsioonist tingitud veedefitsiit ja kapillaarne tõmme ülespoole. Varakevadel, kui juurtes on varuainete hüdrolüüsi tõttu kõrge lahustunud ainete kontsentratsioon, neelavad juured vett osmoosi teel. Juurtes kujunev kõrge veepotentsiaal tekitab juurerõhu, mis surub vett juurtest maapealsetesse organitesse.
Kõige aktiivsemalt omastab mullast vett piirkond juuretipust ca 0.5 cm ülespoole, ulatudes umbes 10 cm-ni, rakud, mille küljes on juurekarvad .
Juurekarvade poolt neelatud vee liikumine kesksilindri juhtsoontesse
Vesi võib liikuda vooluna mööda rakuvaheruume (apoplasti) või rakust rakku plasmodesme mööda (sümplastne transport) või rakust rakku vakuoolide kaudu osmoosi toimel (transtsellulaarne transport). Apoplastne transport on väiksema takistusega ja seega kiirem. Läbi esikoore (cortex) rakkude liigub vesi kesksilindrisse, mis koosneb protoplasma kaotanud torujaks süsteemiks moondunud surnud rakkudest. Gaasimullikesed ummistavad juhtsooned ja takistavad neis vee liikumist (nähtus, mida nimetatakse embooliaks). Taime ladva poole juhtsooned hargnevad ja muutuvad peenemaks, lähevad üle leheroodudeks, mis omakorda hargnevad. Moodustunud väga rohkete peente soonte süsteem tagab tugeva kapillaarse tõmbejõu, mis suudab tõsta vee rohkem kui saja meetri kõrgusele.

Taimede mineraalne toitumine

Mullalahus, millest taimed saavad põhilise osa elemente, on väga lahja lahus (peab täienema tahkest faasist vabanevate ainetega). Eriti olulised mullaosakesed, mis kujutavad endast mineraalsete ioonide depood, on kolloidse savi (näit. kaoliin – alumiinium silikaat ) ja orgaaniliste ainete laguprodukide (huumuse) osakesed. Väikeste mõõtmete tõttu omavad nad väga suurt pinda, mis on laetud negatiivselt. Nad seovad hulgaliselt katioone, mida nad võivad vahetada mullalahusega.
Mineraalainete liikumine mullast juurtesse ja juurtest maapealsetesse organitesse toimub koos veevooluga apoplastis, metabolismi lülitumiseks peavad nad sisenema protoplasmasse.
Mittepolaarsed molekulid (näit. O2, CO2, NH3) läbivad rakumembraane peamiselt lihtsa difusiooni teel. Laengu ja hüdratatsioonikihiga kaetud molekulid transporditakse transpordiproteiinidega: kandeproteiinid või kanaliproteiinid. Kandeproteiinide oluliseks omaduseks on nende valikulisus kindlate ühendite suhtes. Kanaliproteiinid moodustavad läbi membraani ulatuva kanali, mis avanevad membraani potentsiaali sobiva muutuse toimel. Osa kanaleid avaneb valikuliselt teatud ioonide toimel. Kanaliproteiinid on efektiivsed suurte ainekoguste kiireks transpordiks läbi membraanide.
Nii lihtne kui soodustatud difusioon kande- ja kanaliproteiinide osavõtul on passiivne protsess, mis ei tarbi metaboolset energiat ja kulgeb vastavalt konts.gradiendile.
Kontsentratsiooni- ja laengugradiendi kombineerumisel moodustub elektrokeemiline gradient , mis võimaldab difusiooni ka vastu kontsentratsioonigradienti (kui ühel pool membraani on negatiivsete laengute summa suurem, võib sinnapoole difundeeruda positiivselt laetud ioone vastu viimaste kontsentratsioonigradienti). Aktiivset ioonide transporti vastu konts.gradienti võimaldab elektrokeemilise gradiendi loomine ATP-aas –prootonpumba abil.

Fotosüntees

Autotroofid kasutavad oma organismi ülesehitamiseks ja elutegevuseks ainult anorgaanilist ainet, heterotroofid orgaanilist materjali (substraadi erinevus). Fototroofidele on primaarseks energia-allikaks valgus, kemotroofid kasutavad energia- allikana keemiliste sidemete energiat. Teistest eluvormidest täiesti sõltumatud on fotoautotroofid ( maismaataimed , vetikad, fotos bakterid ) ja kemoautotroofid.
Fotoautotroofse eluviisi aluseks on fotosüntees, mille käigus toimub orgaanilise aine primaarne süntees, substraadid - CO2 ja H2O ja energiaks valgus. Fotosünteesi toimub 400-700 nm, mis neelduvad klorofüllimolekulis (4 pürroolituuma ja Mg).
Klorofülli ja taimelehe neeldumisspektrid erinevad ükseisest, kuna lehes sisaldub mitmete (s.h. kollaste) pigmentide segu. Siiski pole fotosünteetiliste pigmentide süsteem kohandatud maksimaalseks päikeseenergia neelamiseks.
200-400 klorofüllimolekuli (antenniklorofüll) koguvad energiat ühe fotokeemiliselt aktiivse tsentri jaoks, kus toimub energia muundumine . Neelatud kvandi energia antakse ühelt pigmendimolekulilt teisele, kuni ta kas jõuab aktiivtsentrisse ja indutseerib fotokeemilise reaktsiooni, või kiirgub poolel teel välja fluoestsentsikvandina või hajub soojusena.
Neelatud ja fotokeemilistesse tsentritesse üle antud kvantide energia muundatakse keemiliste sidemete energiaks reaktsioonide süsteemis, mis moodustavad fotosünteetilise elektronide ülekande ahela. Süsteem sisaldab kaht fotokeemilist reaktsioonitsentrit: lühemalaineline P680 (H2O2 laguneb katalaasi osavõtul veeks ja O2-ks. Plastokinoonses ahelas toimub ADP fosforüleerimine, mille juures moodustuv ATP kasutatakse CO2 assimilatsiooni süsteemis.) ja pikemalaineline P700 (moodustunud NADPH kasutatakse ära CO2 assimilatsiooni süsteemis). Need protsessid kulgevad kloroplastides. Fotokeemiliste reaktsioonide produktid ATP ja NADPH võimaldavad CO2 redutseerimist ja selle arvel orgaanilise aine sünteesi de novo.
Fotokeemilised reaktsioonid on lokaliseeritud graanulitesse. Ensüümid, mis on seotud CO2 assimilatsiooniga, on stroomas. CO2 assimilatsiooni reaktsioonid moodustavad tsüklilise süsteemi – reduktiivse pentoosfosfaatide tsükli e. Calvini tsükli.
CO2 seotakse 5-süsinikulisele ribuloos 1,5-bisfosfaadi (RuBP) molekulile ensüümi RuBP karboksülaasi/oksügenaasi (Rubisco) osavõtul. Karboksüülimisreaktsiooni produktiks on kaks molekuli fosfoglütseriinhapet (PGA). Alternatiivselt võib Rubisco katalüüsida CO2 asemel O2 sidumist e. Oksügenaasset reaktsiooni, mille tulemusena moodustub üks molekul PGA-d ja üks molekul fosfoglükolaati.
Sünteesitud PGA redutseeritakse trioosfosfaatideks fotokeemilistes reaktsioonides moodustunud ATP ja NADPH osavõtul. Suurem osa trioosfosfaatidest jääb tsüklisse ja kasutatakse ribuloos 5monofosfaadi sünteesiks, mis fosforüülitakse RuBPks valgusreaktsioonides sünteesitud ATP osavõtul. Sel viisil tagatakse CO2 aktseptori regeneratsioon ja assimilatsiooni jätkumine. Karboksüülimise ja oksügeneerimise vahekord sõltub CO2 ja O2 kontsentratsioonide suhtest . CO2 vabanemine vähendab fotosünteesi neto - efektiivsust .
Fotosünteesi tüübid:

• C3- Fotosünteesi efektiivsuse vähenemine õhuhapniku juuresolekul
  
• C4- fotosüntees ei ole inhibeeritav õhuhapniku poolt
  
• CAM- vett kasut kokkuhoidlikult, CO2 neelatake pimedas , ei teki suurt transpiratsiooni kui päeval
  

Kui C3 fotosünteesil kulgevad primaarne CO2 sidumine ja redutseerimine paralleelselt ja samas rakuosas, on C4 fotosünteesil need protsessid ruumiliselt lahutatud ja CAM fotosünteesil ajaliselt lahutatud.

Kasvu ja arengut reguleerivad valgusreaktsioonid

Paljudel juhtudel on reaktsiooni sensibiliseerivaks pigmendiks Fütokroom. See pigment võib olla kahes olekus: punast valgust (660 nm) neelav vorm (Pr) ja kaugpunast valgust (730 nm) neelav vorm (Pfr). Ainult viimane indutseerib bioloogilisi vastusreaktsioone.
Taimede reaktsioonid valguse suunale ( fototropism ) on seotud kasvuainete sünteesi ja jaotumisega.
Fototropism – tõusmete,võrsete,lehtede kasvamine valguse suunas, juurte kasvamine valgusest eemale. Tingitud auksiini liikumisest varjupoolele, kus stimuleerib rakkude venitumist.
Gravitropism – võrsete kasvamine ülespoole, juurte kasvamine allapoole
Hüdrotropim – kasvamine suurema veepotentsiaaliga piirkonna suunas; tundlikud rakud asuvad juuretippudes.
Tigmotropism – vastus mehhaanilisele puudutusele, näit. köitraagude reaktsioon .
Heliotropism – õite ja lehtede pöördumine valguse suunas. Tingitud turgori muutustest nende kinnituskohtades.
Nüktinastia – õite avanemine ja sulgumine, lehtede asendi muutus, mida kontrollib bioloogiline kell ja fütokroom. Ei sõltu valguse suunast .
Tigmonastia – lehtede asendi kiire muutus puudutuse tagajärjel, näit. mimoositehtedel ja putuktoitulistel taimedel (huulhein).
Taimede elu rütmid:
Tsirkaadne rütm – aktiivsustsükkel ca 24-tunnise perioodiga.
Fotoperiodism – Taimede arengu sõltuvus valgus- ja pimedusperioodi vahekorrast. Eristatakse lühipäeva- ja pikapäevataimi, vastavalt kuni 10-tunnise ja min. 14-tunnise valgus-perioodiga, ja päevapikkuse suhtes neutraalseid taimi. Seejuures on olulisem pimedus-perioodi pikkus.
Taimsed hormoonid ehk fütohormoonid sünteesitakse taime erinevates rakkudes,
mitte spetsiifilistes kudedes või organites .
Auksiin:
Indooli derivaat, Soodustab rakkude jagunemist ja venitust, Taime tipu ja juurte kasv, Esineb aktiivne transport ja kiire difusioon, Tekib võrse ja juurte tippudel ning seeme algetes.
Tsütokiniin:
Sarnased adeniilile. Leidub lehtedes, viljades ja seemnetes. Tsütokiniini ja auksiini koostoime stimuleerib rakkude jagunemist koekultuurides. Stimuleerib pungade teket. Aeglustab lehtede vananemist kiirendades valkude sünteesi. Toimib vastupidiselt auksiinile stimuleerides pungade teket.
Etüleen:
Ainus gaasiline hormoon . Soodustab viljade valmimist, lehtede langemist ja inhibeerib rakkude kasvu. Soodustab emasõie teket.
Giberelliin:
Kontrollib võrse pikenemist. Paljudel asendavad idanemiseks vajalikku valgust või külma. Soodustab isasõie teket. Aktiveeriv alfa-amülaasi geeni ekspressiooni.
Abstiishape(ABA):
Kasvuinhibiitor viljades ja pungades. Stimuleerib valkude sünteesi seemnetes. Osaleb sulgrakkude sulgumisel.
Toitained : C H O. Orgaaniliste molekulide osad. Omastamine gaasina või veest.
Toitained: N S P B Si ( mittemetallid ). Orgaaniliste struktuuride osised . Omastamine nitraadi , ammooniumi, fosfaadi jne. Transport iooni või molekulina.
Toitained: K Na Mg Ca ( leelismetallid ). Orgaanilistes ühendites. Mg ensüümis, Ca kelaadina. Transport ja omastamine lihtkatioonina.
Toitained: Fe Mn Cu Zn Mo ( raskmetallid ). Ensüümide komponendid. Muudavad o-a, ensüümreaktsioonide põhjustaja. Omastamine katiooni või metallkelaadina. Transport iooni või kelaadina.