Строение растительной клетки.
Клетка — структурная основная и физиологическая единица любого живого организма.
Впервые клеточное строение у растений наблюдал и описал англичанин Роберт Гук (1665), рассматривая под микроскопом срез пробки.
На рубеже 30–40‑х годов XIX в. немецкими учеными зоологом Т. Шванном и ботаником М. Шлейденом была сформулирована клеточная теория.
Главный тезис клеточной теории — признание общего для всех организмов принципа клеточного строения и роста.
У современных и ископаемых организмов известны два типа клеток: прокариотическая и эукариотическая.
Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой.
ДНК эукариотических клеток связана с белком и организовано в хромосомы, которые расположены в ядре.
Форма растительных клеток зависит главным образом от их функционального приспособления.
В основном клетки растений делятся на два типа: паренхимные и прозенхимные.
Паренхимные — все три измерения (длина, ширина, высота) примерно все одинаковые.
Прозенхимные — клетки сильно вытянутые в длину.
Растительная клетка состоит из живого вещества — протопласта — и неживых внутриклеточных включений — производных протопласта, которые являются продуктами его жизнедеятельности и составляют парапласт клетки (рис. 1.1).
Впервые клеточное строение у растений наблюдал и описал англичанин Роберт Гук (1665), рассматривая под микроскопом срез пробки.
На рубеже 30–40‑х годов XIX в. немецкими учеными зоологом Т. Шванном и ботаником М. Шлейденом была сформулирована клеточная теория.
Главный тезис клеточной теории — признание общего для всех организмов принципа клеточного строения и роста.
У современных и ископаемых организмов известны два типа клеток: прокариотическая и эукариотическая.
Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой.
ДНК эукариотических клеток связана с белком и организовано в хромосомы, которые расположены в ядре.
Форма растительных клеток зависит главным образом от их функционального приспособления.
В основном клетки растений делятся на два типа: паренхимные и прозенхимные.
Паренхимные — все три измерения (длина, ширина, высота) примерно все одинаковые.
Прозенхимные — клетки сильно вытянутые в длину.
Растительная клетка состоит из живого вещества — протопласта — и неживых внутриклеточных включений — производных протопласта, которые являются продуктами его жизнедеятельности и составляют парапласт клетки (рис. 1.1).
Протопласт — живое содержимое клетки.
В состав протопласта входят следующие клеточные органоиды: цитоплазма, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, ядро, пластиды, комплекс Гольджи, микрофиламенты, микротрубочки.
Каждый органоид выполняет определенную функцию.
Органоиды клетки имеют сходное строение — мембраны, гранулы и фибриллы, кроме того, внутри органелл находится матрикс — бесструктурное вещество.
Большую часть протопласта занимает цитоплазма, меньшую по массе — ядро.
От вакуоли протопласт ограничен мембраной, называемой тонопластом, от клеточной стенки — другой мембраной — плазмолеммой(цитоплазматической мембраной).
Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма. Это сложная бесцветная, прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель.
Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему.
Гиалоплазма способна к движению, которое может быть вращательным вдоль стенки клетки, и струйчатым — по тяжам, пересекающим центральную вакуоль.
Цитоплазма пронизана мембранами, которые образуют эндоплазматическую сеть (ретикулум) — систему мелких вакуолей и канальцев, соединенных друг с другом.
Мембраны — это липопротеиновые структуры (рис. 1.2). Их основу составляет бимолекулярный слой (бислой) фосфолипидов, гидрофобные концы которых направлены в толщу мембран, а гидрофильные части молекул — наружу, в водную среду.
На обеих сторонах липидного бислоя расположены молекулы мембранных белков. Одним из основных свойств мембраны является избирательная проницаемость.
В состав протопласта входят следующие клеточные органоиды: цитоплазма, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, ядро, пластиды, комплекс Гольджи, микрофиламенты, микротрубочки.
Каждый органоид выполняет определенную функцию.
Органоиды клетки имеют сходное строение — мембраны, гранулы и фибриллы, кроме того, внутри органелл находится матрикс — бесструктурное вещество.
Большую часть протопласта занимает цитоплазма, меньшую по массе — ядро.
От вакуоли протопласт ограничен мембраной, называемой тонопластом, от клеточной стенки — другой мембраной — плазмолеммой(цитоплазматической мембраной).
Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма. Это сложная бесцветная, прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель.
Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему.
Гиалоплазма способна к движению, которое может быть вращательным вдоль стенки клетки, и струйчатым — по тяжам, пересекающим центральную вакуоль.
Цитоплазма пронизана мембранами, которые образуют эндоплазматическую сеть (ретикулум) — систему мелких вакуолей и канальцев, соединенных друг с другом.
Мембраны — это липопротеиновые структуры (рис. 1.2). Их основу составляет бимолекулярный слой (бислой) фосфолипидов, гидрофобные концы которых направлены в толщу мембран, а гидрофильные части молекул — наружу, в водную среду.
На обеих сторонах липидного бислоя расположены молекулы мембранных белков. Одним из основных свойств мембраны является избирательная проницаемость.
Эндоплазматическая сеть может быть гранулярной, т. е. несущей рибосомы, и гладкой (агранулярной) — лишенной рибосом. Эндоплазматическая сеть — основное место синтеза клеточных мембран.
В цитоплазме, а также ядре, митохондриях и пластидах всегда находятся мельчайшие гранулы — это рибосомы. Они образованы рибонуклеопротеидами и молекулами белка.
Располагаются рибосомы поодиночке либо группами (полисомы).
Рибосомы — центры синтеза белка.
Располагаются рибосомы поодиночке либо группами (полисомы).
Рибосомы — центры синтеза белка.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) состоит из диктиосом и пузырьков Гольджи (рис. 1.3). Диктиосомы представляют собой стопку плоских дисковидных цистерн. Часто диктиосомы переходят по краям в систему тонких ветвящихся трубочек.
Аппарат Гольджи — место синтеза полисахаридов, идущих на построение клеточной стенки.
Аппарат Гольджи — место синтеза полисахаридов, идущих на построение клеточной стенки.
Микротрубочки представляют собой полые длинные цитоплазматические частицы диаметром 18–30 нм (1 нм — нанометр = 0,001 мкм; 1 мкм — микрометр = 0,001 мм).
Микротрубочки осуществляют направленные движения пузырьков Гольджи, участвуют в построении нитей веретена при делении ядра.
Микрофиламенты — органоиды эукариотических, в том числе растительных клеток, образующих под цитоплазматической мембраной сплетение нитей белка актина. Микрофиламенты ответственны за циклоз (движение цитоплазмы).
Микротрубочки осуществляют направленные движения пузырьков Гольджи, участвуют в построении нитей веретена при делении ядра.
Микрофиламенты — органоиды эукариотических, в том числе растительных клеток, образующих под цитоплазматической мембраной сплетение нитей белка актина. Микрофиламенты ответственны за циклоз (движение цитоплазмы).
Митохондрии — неотъемлемая часть всех живых эукариотических клеток.
Число митохондрий варьирует от нескольких десятков до сотен.
Размеры их не превышают 1 мкм, по форме они чаще всего эллиптические или округлые. Снаружи митохондрии окружены оболочкой, состоящей из двух мембран.
Внутренняя мембрана образует выросты в полость митохондрий в виде пластин, называемых кристами.
Пространство между кристами заполнено матриксом.
Основная функция митохондрий состоит в обеспечении энергетических потребностей клетки. Здесь синтезируются богатые энергией АТФ и АДФ путем реакций окислительного фосфорилирования.
Число митохондрий варьирует от нескольких десятков до сотен.
Размеры их не превышают 1 мкм, по форме они чаще всего эллиптические или округлые. Снаружи митохондрии окружены оболочкой, состоящей из двух мембран.
Внутренняя мембрана образует выросты в полость митохондрий в виде пластин, называемых кристами.
Пространство между кристами заполнено матриксом.
Основная функция митохондрий состоит в обеспечении энергетических потребностей клетки. Здесь синтезируются богатые энергией АТФ и АДФ путем реакций окислительного фосфорилирования.
Хлоропласты — это органеллы фотосинтеза.
Хлоропласты высших растений имеют форму двояковыпуклой линзы, размеры их от 5–10 мкм в длину при диаметре 15–50.
Хлоропласты содержат до 75 % воды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты и пигменты: хлорофиллы и каротиноиды.
Хлоропласты содержатся во всех зелёных органах растений. Они имеют оболочку, образованную двумя биомембранами: наружной и внутренней .
Под мембраной находится бесцветное основное вещество хлоропласта — матрикс, или строма.
Строма пронизана системой внутренних мембран, образующих особые пластинки — ламеллы. Ламеллы местами переходят в дисковидные замкнутые мешочки — тилакоиды, собранные в плоские столбики — граны.
В гранах расположен хлорофилл.
Хромопласты имеют разнообразную форму, которая определяется формой кристаллизующегося пигмента.
Хромопласты содержат пигменты каротиноиды: ксантофилл и каротин.
Хромопласты играют роль светофильтра для хлоропластов при фотосинтезе, а также они осуществляют накопление питательных веществ.
Лейкопласты являются наиболее мелкими из всех типов пластид и не содержат пигментов.
Это бесцветные пластиды шаровидной, палочковидной формы.
Они расположены обычно вокруг ядра и встречаются в бесцветных клетках корней, корневищ и клубней, а также в семенах.
Основная функция лейкопластов — это накопление питательных веществ — крахмала, белка и масла.
Все типы пластид генетически связаны между собой, и при определенных условиях возможны их взаимные превращения.
Хлоропласты высших растений имеют форму двояковыпуклой линзы, размеры их от 5–10 мкм в длину при диаметре 15–50.
Хлоропласты содержат до 75 % воды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты и пигменты: хлорофиллы и каротиноиды.
Хлоропласты содержатся во всех зелёных органах растений. Они имеют оболочку, образованную двумя биомембранами: наружной и внутренней .
Под мембраной находится бесцветное основное вещество хлоропласта — матрикс, или строма.
Строма пронизана системой внутренних мембран, образующих особые пластинки — ламеллы. Ламеллы местами переходят в дисковидные замкнутые мешочки — тилакоиды, собранные в плоские столбики — граны.
В гранах расположен хлорофилл.
Хромопласты имеют разнообразную форму, которая определяется формой кристаллизующегося пигмента.
Хромопласты содержат пигменты каротиноиды: ксантофилл и каротин.
Хромопласты играют роль светофильтра для хлоропластов при фотосинтезе, а также они осуществляют накопление питательных веществ.
Лейкопласты являются наиболее мелкими из всех типов пластид и не содержат пигментов.
Это бесцветные пластиды шаровидной, палочковидной формы.
Они расположены обычно вокруг ядра и встречаются в бесцветных клетках корней, корневищ и клубней, а также в семенах.
Основная функция лейкопластов — это накопление питательных веществ — крахмала, белка и масла.
Все типы пластид генетически связаны между собой, и при определенных условиях возможны их взаимные превращения.
Ядро — обязательная и существеннейшая часть живой клетки эукариотических организмов. Это место хранения и воспроизведения наследственной информации, определяющей признаки данной клетки, и всего организма в целом.
Ядро служит также центром управления обмена веществ и почти всех процессов, происходящих в клетке.
Из органоидов лишь митохондрии и пластиды, в некоторой степени, автономны и в части своих функций независимы от ядра.
Чаще всего в клетках эукариот имеется одно ядро, редко два или несколько.
Нормальное длительное существование в одной клетке двух не слившихся ядер (дикарион) характерно для некоторых грибов.
Размеры ядра различны: от 2–3 до 500 мкм (у половых клеток). Форма чаще шаровидная или эллипсовидная .
Снаружи ядро окружено двойной мембраной — ядерной оболочкой, пронизанной порами. Наружная мембрана в некоторых местах объединяется с эндоплазматической сетью. Содержимое неделящегося ядра составляет кариоплазма (или ядерный сок), близкая по структуре к гиалоплазме. В кариоплазму погружены оформленные элементы: хроматин и ядрышки, а также рибосомы. В процессе клеточного деления хроматин уплотняется и собирается в хромосомы.
По химическому составу ядро отличается высоким содержанием ДНК. Основная масса ДНК сосредоточена в хроматине — особых нуклеопротеидных нитях, рассеянных по всему ядру. В ядре одно или несколько ядрышек.
Хромосомы-органоиды делящегося клеточного ядра. Они являются носителями генов. Все хромосомы в совокупности составляют хромосомный набор.
Ядро служит также центром управления обмена веществ и почти всех процессов, происходящих в клетке.
Из органоидов лишь митохондрии и пластиды, в некоторой степени, автономны и в части своих функций независимы от ядра.
Чаще всего в клетках эукариот имеется одно ядро, редко два или несколько.
Нормальное длительное существование в одной клетке двух не слившихся ядер (дикарион) характерно для некоторых грибов.
Размеры ядра различны: от 2–3 до 500 мкм (у половых клеток). Форма чаще шаровидная или эллипсовидная .
Снаружи ядро окружено двойной мембраной — ядерной оболочкой, пронизанной порами. Наружная мембрана в некоторых местах объединяется с эндоплазматической сетью. Содержимое неделящегося ядра составляет кариоплазма (или ядерный сок), близкая по структуре к гиалоплазме. В кариоплазму погружены оформленные элементы: хроматин и ядрышки, а также рибосомы. В процессе клеточного деления хроматин уплотняется и собирается в хромосомы.
По химическому составу ядро отличается высоким содержанием ДНК. Основная масса ДНК сосредоточена в хроматине — особых нуклеопротеидных нитях, рассеянных по всему ядру. В ядре одно или несколько ядрышек.
Хромосомы-органоиды делящегося клеточного ядра. Они являются носителями генов. Все хромосомы в совокупности составляют хромосомный набор.
Производные растительной клетки.
Парапласт (продукты жизнедеятельности растительной клетки) — это вакуоль, клеточная стенка, запасные питательные вещества и физиологически активные вещества.
Вакуоли — это полости в протопласте эукариотических клеток, заполненные клеточным соком. В образовании вакуолей имеет деятельность аппарата Гольджи.
В молодых делящихся растительных клетках вакуоли представляют систему канальцев и пузырьков, по мере роста клеток они увеличиваются, а затем сливаются в большую вакуоль. Она занимает 70–90 % объёма клетки.
Парапласт (продукты жизнедеятельности растительной клетки) — это вакуоль, клеточная стенка, запасные питательные вещества и физиологически активные вещества.
Вакуоли — это полости в протопласте эукариотических клеток, заполненные клеточным соком. В образовании вакуолей имеет деятельность аппарата Гольджи.
В молодых делящихся растительных клетках вакуоли представляют систему канальцев и пузырьков, по мере роста клеток они увеличиваются, а затем сливаются в большую вакуоль. Она занимает 70–90 % объёма клетки.
Клеточный сок — это слабокислый (pH 2–5) водный раствор различных органических и неорганических веществ.
Пигменты клеточного сока окрашивают его в лепестках цветков, плодах.
Флавоны — это жёлтые пигменты.
Антоцианы — пигменты, меняющие свою окраску в зависимости от реакции клеточного сока.
В нейтральной среде антоцианы имеют лиловатую окраску, в щелочной — синюю, в кислой — красную.
Функции вакуолей многообразны, они формируют водную среду клетки, с их помощью осуществляется регуляция водно‑солевого обмена.
Другая важная роль вакуолей состоит в поддержании тургорного давления внутриклеточной жидкости в клетке и накоплении запасных веществ.
Пигменты клеточного сока окрашивают его в лепестках цветков, плодах.
Флавоны — это жёлтые пигменты.
Антоцианы — пигменты, меняющие свою окраску в зависимости от реакции клеточного сока.
В нейтральной среде антоцианы имеют лиловатую окраску, в щелочной — синюю, в кислой — красную.
Функции вакуолей многообразны, они формируют водную среду клетки, с их помощью осуществляется регуляция водно‑солевого обмена.
Другая важная роль вакуолей состоит в поддержании тургорного давления внутриклеточной жидкости в клетке и накоплении запасных веществ.
Запасные продукты — это вещества, временно выключенные из метаболизма. Они расходуются на построение тела растения или на жизненные различные процессы. Местом отложения их служат главным образом вакуоли и цитоплазма. В вакуолях запасные продукты накапливаются в виде растворов, в цитоплазме — в виде оформленных включений: алейроновых зёрен, крахмальных зёрен, капель жирного масла.
Процессы роста и развития клетки регулируются физиологически активными веществами, продуцируемыми цитоплазмой.
Ферменты — это сложные вещества белковой природы, являющиеся биологическими катализаторами биохимических реакций, протекающих в клетке.
Витамины представляют собой органические вещества различной химической природы, обеспечивающие взаимодействие фермента и субстрата, который он катализирует.
Фитогормоны — это гормоны, вырабатываемые протопластом растительной клетки, регулирующие физиологические процессы (рост, развитие, деление).
Имеется несколько групп химически определённых фитогормонов, регулирующих рост и развитие цветковых растений: ауксины, гиббереллины и цитокинины.
Фитонциды вырабатываются клетками высших растений, обладают бактерицидными свойствами (особенно богаты фитонцидами лук, чеснок, хрен, горчица, лимоны).
Антибиотики синтезируются в клетках грибов, обладают бактерицидным действием.
Процессы роста и развития клетки регулируются физиологически активными веществами, продуцируемыми цитоплазмой.
Ферменты — это сложные вещества белковой природы, являющиеся биологическими катализаторами биохимических реакций, протекающих в клетке.
Витамины представляют собой органические вещества различной химической природы, обеспечивающие взаимодействие фермента и субстрата, который он катализирует.
Фитогормоны — это гормоны, вырабатываемые протопластом растительной клетки, регулирующие физиологические процессы (рост, развитие, деление).
Имеется несколько групп химически определённых фитогормонов, регулирующих рост и развитие цветковых растений: ауксины, гиббереллины и цитокинины.
Фитонциды вырабатываются клетками высших растений, обладают бактерицидными свойствами (особенно богаты фитонцидами лук, чеснок, хрен, горчица, лимоны).
Антибиотики синтезируются в клетках грибов, обладают бактерицидным действием.
Клеточная стенка — это структурное образование, располагающееся по периферии клетки. Основную роль в образовании клеточной оболочки играют комплекс Гольджи и плазмалемма, синтезирующие необходимые полисахариды.
Первичная клеточная стенка образуется при делении клеток. Первоначально образуется срединная пластинка, образованная главным образом аморфными пектиновыми веществами. Разрушение срединной пластинки и разъединение клеток называют мацерацией. Она происходит в естественных условиях при перезревании плодов.
Протопласт каждой дочерней клетки откладывает со своей стороны на срединную пластинку собственную оболочку, состоящую из гемицеллюлозы. При этом клетка растёт, растягиваясь главным образом под действием тургорного давления. В клетках, прекративших рост, новые порции целлюлозы откладываются изнутри (рост клеточной стенки — наложением). За счёт такого роста происходит утолщение клеточной оболочки и формируется вторичная клеточная стенка.
Первичная клеточная стенка образуется при делении клеток. Первоначально образуется срединная пластинка, образованная главным образом аморфными пектиновыми веществами. Разрушение срединной пластинки и разъединение клеток называют мацерацией. Она происходит в естественных условиях при перезревании плодов.
Протопласт каждой дочерней клетки откладывает со своей стороны на срединную пластинку собственную оболочку, состоящую из гемицеллюлозы. При этом клетка растёт, растягиваясь главным образом под действием тургорного давления. В клетках, прекративших рост, новые порции целлюлозы откладываются изнутри (рост клеточной стенки — наложением). За счёт такого роста происходит утолщение клеточной оболочки и формируется вторичная клеточная стенка.
