Как растет клетка растения. Структура растительной клетки

Строение растительной клетки изучает наука - физиология растений. Клетка является основной структурной единицей как растительного , так и животного организма . Она представляет собой наименьшую часть организма, обладающую свойствами живого

Одноклеточные и многоклеточные растения

Есть растения одноклеточные и многоклеточные . К первым относятся некоторые , состоящие только из одной клетки, и в этом случае такая клетка несет в себе все присущие ей функции. Многоклеточные растения представляют собой не простую сумму клеток, а единый организм , в котором они образуют различные ткани и органы, находящиеся во взаимодействии друг с другом.

Структурные элементы растительной клетки

Клетки растений весьма разнообразны как по размерам и форме, так и по выполняемым ими функциям, но в основном состоят из одних и тех же частей. Строение взрослой растительной клетки.

1. - оболочка,
2. - срединная пластинка,
3. - межклетник,
4. - плазмодесмы,
5. - плазмалемма,
6. - тонопласт,
7. - вакуоля,
8. - цитоплазма,
9. - капелька масла,
10. - митохондрия,
11. - хлоропласт,
12. - граны в хлоропласте,
13. - крахмальное зерно в хлоропласте,
14. - ядро,
15. - ядерная оболочка,
16. - ядрышко,
17. - хроматин.

Каждая взрослая живая клетка состоит из:

• оболочки,
• протоплазмы,
• вакуоли.

Оболочка придает растительной клетке определенную форму. Под оболочкой находится протоплазма , обычно плотно прижатая к оболочке. Центральную часть клетки занимает вакуоля , наполненная клеточным соком. У молодых клеток вакуоли нет и протоплазма заполняет всю полость клетки. Рассмотрим подробнее строение растительной клетки, для этого опишем все ее составные части.

Протоплазма

Протоплазма - это живое вещество организма; в ней протекают сложнейшие реакции обмена, характерные для жизни. В протоплазме находится большое количество мембран-пленок, в образовании которых большую роль играют соединения белков с фосфатидами (жироподобными веществами). Благодаря наличию мембран у протоплазмы имеются огромные внутренние поверхности, на которых и протекают процессы адсорбции (поглощения) и десорбции (выделения) веществ и их передвижение, происходящие с большой скоростью. Большое количество мембран, разделяющих содержимое клетки, позволяет различным веществам, находящимся в клетке, не перемешиваться и передвигаться одновременно в противоположных направлениях. Однако физико-химические свойства мембран непостоянны; они непрерывно изменяются в зависимости от внутренних и внешних условий, что дает возможность саморегулирования биохимических процессов.

Химический состав протоплазмы

Химический состав протоплазмы очень сложен. Она состоит из органических и неорганических соединений, находящихся как в коллоидном, так и в растворенном состоянии. Удобным объектом для изучения химического состава протоплазмы является плазмодий фикомицетов, представляющий собой голую, лишенную оболочки протоплазму. Ниже приведен суммарный состав протоплазмы фикомицетов (в % от сухого веса): Водорастворимые органические вещества......................................................... 40,7 Из них: сахара.............................................................................................................. 14,2 белки............................................................................................................................... 22 аминокислоты, органические основания и другие азотные соединения..... 24,3 Не растворимые в воде органические вещества............................................... 55,9 Из них: нуклеопротеиды............................................................................................ 32,2 свободные нуклеиновые кислоты.......................................................................... 2,5 глобулины (простые белки) ....................................................................................... 0,5 липопротеиды............................................................................................................... 4,8 нейтральные жиры...................................................................................................... 6,8 фитостеролы (высокомолекулярные спирты) ....................................................... 3.2 фосфатиды....................................................................................................................... 1,3 другие органические вещества.................................................................................. 4,6 Минеральные вещества............................................................................................... 3,4 Химический состав протоплазмы близок к приведенному выше, но он может изменяться в зависимости от вида, возраста и органа растения. В протоплазме содержится до 80% воды (в протоплазме покоящихся семян - 5-15%). Она пропитывает всю коллоидную систему протоплазмы, являясь ее структурным элементом. В протоплазме все время происходят химические реакции, для протекания которых необходимо, чтобы реагирующие соединения были в растворе.

Цитоплазма

Основной частью протоплазмы является цитоплазма , представляющая собой полужидкое содержимое клетки и заполняющее ее внутреннее пространство. В цитоплазме расположены ядро, пластиды, митохондрии (хондриосомы), рибосомы и аппарат Гольджи. Наружная мембрана цитоплазмы, граничащая с клеточной оболочкой, называется плазмалеммой. Плазмалемма легко пропускает воду и многие ионы, но задерживает крупные молекулы. На границе цитоплазмы с вакуолью тоже образуется мембрана, называемая тонопластом. В цитоплазме расположена эндоплазматическая сеть, представляющая собой систему ветвящихся мембран, соединенных с наружной мембраной. Мембраны эндоплазматической сети образуют каналы и расширения, на поверхности которых и протекают все химические реакции. Важнейшие свойства цитоплазмы - вязкость и эластичность. Вязкость цитоплазмы изменяется в зависимости от температуры: при повышении температуры вязкость уменьшается и, наоборот, при понижении - увеличивается. При большой вязкости обмен веществ в клетке снижается, при малой - возрастает. Эластичность цитоплазмы проявляется в ее способности возвращаться к исходной форме после деформации, что указывает на определенную структуру цитоплазмы. Цитоплазма способна к движению, которое тесно связано с окружающими условиями. Основу движения составляет сократимость белков цитоплазмы клеток. Повышение температуры ускоряет движение цитоплазмы, отсутствие кислорода останавливает его. Вероятно, движение цитоплазмы тесно связано с превращением веществ и энергии в растении. Способность цитоплазмы реагировать на внешние условия и приспосабливаться к ним называется раздражимостью. Наличие раздражимости характеризует живой организм. Ответная реакция цитоплазмы на воздействие температуры, света и влаги требует затраты энергии, которая выделяется в процессе дыхания. Листочки стыдливой мимозы при механическом раздражении быстро складываются, но при частом повторении раздражения перестают на него реагировать; последнее, по-видимому, объясняется недостатком энергии. Раздражимость цитоплазмы- основа всех видов движения и других явлений жизнедеятельности раст.

Ядро

Ядро - важнейший и самый крупный органоид клетки. Размеры ядра зависят от вида растения и состояния клетки (у высших растений в среднем от 5 до 25 мк). Форма ядра чаще всего шаровидная, у вытянутых клеток - овальная. Живая клетка обычно имеет только одно ядро, но у высших растений сильно вытянутые клетки (из которых образуются лубяные волокна) содержат по нескольку ядер. В молодых клетках, не имеющих вакуоли, ядро обычно занимает центральное положение, у взрослых при образовании вакуолей оно отодвигается к периферии. Ядро представляет собой коллоидную систему, но более вязкую, чем цитоплазма. Оно отличается от цитоплазмы и по химическому составу; в ядре содержатся основные и кислые белки и различные ферменты, а также большое количество нуклеиновых кислот, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК преобладает в ядре и обычно не содержится в цитоплазме. Ядро отделяется от цитоплазмы тонкой оболочкой, или ядерной мембраной, в которой находятся отверстия - поры. Через поры осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Под мембраной находится ядерный сок, в который погружены одно или несколько ядрышек и хромосомы. В ядрышке содержатся рибонуклеиновая кислота (РНК), которая принимает участие в синтезе белка, и фосфорсодержащие белки. Ядро принимает участие во всех жизненных процессах клетки; при его удалении клетка отмирает.

Пластиды

Пластиды имеются только в растительных клетках. Они хорошо видны в обычный микроскоп, так как более плотные и иначе преломляют свет, чем цитоплазма. Во взрослой растительной клетке различают 3 типа пластид:

• хлоропласты, имеющие зеленую окраску,
• хромопласты желтые или оранжевые,
• лейкопласты - бесцветные.

Размеры пластид зависят от вида растения и колеблются от 3-4 до 15-30 мк. Лейкопласты обычно мельче хлоропластов и хромопластов.

Митохондрии

Митохондрии встречаются во всех живых клетках и расположены в цитоплазме. Форма их весьма разнообразна и изменчива, размеры 0,2-5 мк. Количество митохондрий в клетке колеблется от десятков до нескольких тысяч. Они более плотны, чем цитоплазма, и имеют иной химический состав; в них содержится 30-40% белка, 28-38% липоидов и 1 - .6% рибонуклеиновой кислоты. Митохондрии передвигаются в клетке вместе с цитоплазмой, но в некоторых клетках, по-видимому, они способны и к самостоятельному движению. Роль митохондрий в обмене веществ клетки очень велика. Митохондрии являются центрами, в которых происходит дыхание и образование макроэргических связей, заключенных в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ) и имеющих большой запас энергии (стр. 70, 94-96). Освобождение и перенос образующейся энергии происходят с участием большого числа ферментов, находящихся в митохондриях.

Аппарат Гольджи

В цитоплазме находится аппарат Гольджи , форма которого различна в разных клетках. Он может быть в виде дисков, палочек, зернышек. Аппарат Гольджи имеет много полостей, окруженных двухслойной оболочкой. Роль его сводится к накоплению и выведению из клетки различных веществ, вырабатываемых клеткой.

Рибосомы

Рибосомы - это субмикроскопические частицы, имеющие форму зернышек размером до 0,015 мк. Рибосомы содержат много белка (до 55%) и богаты рибонуклеиновой кислотой (35%), что составляет 65% всей рибонуклеиновой кислоты (РНК), находящейся в клетке. В рибосомах из аминокислот синтезируются белки, что возможно только при наличии РНК. Рибосомы находятся в цитоплазме, ядре, пластидах и, возможно, в митохондриях. Химический состав органоидов. В настоящее время благодаря созданию центрифуг, имеющих огромную скорость вращения (десятки тысяч оборотов в минуту), можно отделять различные части клетки друг от друга, так как они имеют разный удельный вес. Поэтому стало возможным изучать биохимические свойства каждой части клетки. Для сравнения химического состава органоидов клетки приводим данные (табл. 1).

Химический состав органоидов растительной клетки (в °/о от сухого вещества)

Органоид	Белки	Липоиды	Нуклеиновые кислоты	Примечание
Цитоплазма	80-95	2-3	1-2	Большая часть нуклеиновых кислот - ДНК
Ядра	50-80	8-40	10-30
Пластиды	30-45	20-40	0,5-3,0
Митохондрии	30-40	25-38	1-6
Рибосомы	50-57	3-4	35

Клеточная оболочка

Характерный признак растительной клетки - наличие прочной оболочки, которая придает клетке определенную форму и предохраняет протоплазму от повреждений. Оболочка может расти только при участии протоплазмы. Клеточная оболочка молодых клеток состоит в основном из целлюлозы (клетчатки), гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Молекулы целлюлозы имеют вид длинных цепочек, собранных в мицеллы, расположение которых неодинаково у разных клеток. У волокон льна, конопли и других, представляющих собой вытянутые в длину клетки, мицеллы целлюлозы расположены вдоль клетки под некоторым углом. У клеток с одинаковым диаметром мицеллы расположены по всем направлениям в виде сетки. В межмицеллярных пространствах оболочки находится вода. В процессе жизни растительного организма в строении клеточной оболочки могут происходить изменения: оболочка может утолщаться и химически изменяться. Утолщение оболочки идет изнутри за счет жизнедеятельности протоплазмы, причем оно происходит не по всей внутренней поверхности клетки; всегда остаются не утолщенные места - поры, состоящие только из тонкой целлюлозной оболочки. Через поры, расположенные в соседних клетках друг против друга, проходят тончайшие нити цитоплазмы - плазмодесмы, благодаря которым осуществляется обмен между клетками. Однако при очень сильном утолщении оболочек резко затрудняется обмен, в клетке остается очень мало протоплазмы, и такие клетки отмирают, например лубяные волокна льна и конопли. В оболочке клетки могут происходить также химические изменения в зависимости от характера растительной ткани. В покровных тканях - эпидермисе - происходит кутинизация. При этом в межмицеллярных пространствах целлюлозной оболочки накапливается кутин - жироподобное вещество, трудно проницаемое для газов и воды. Однако кутинизация не приводит к отмиранию клеток, так как отложения кутина не захватывают всей поверхности клетки. В клетках покровной ткани кутинизируется только наружная стенка, образуя так называемую кутикулу. В оболочках клеток может также откладываться суберин - пробковое вещество, тоже жироподобное и непроницаемое для воды и газов. Отложение суберина, или опробковение, происходит быстро по всей поверхности оболочки, это нарушает обмен клетки и приводит к ее отмиранию. Может происходить и одревеснение оболочки. В этом случае она пропитывается лигнином, который приводит к остановке роста клетки, а в дальнейшем, при более сильном одревеснении, и к ее отмиранию.

Клеточный сок

Молодая растительная клетка полностью заполнена протоплазмой, но по мере роста клетки в ней появляются вакуоли, заполненные клеточным соком . Вначале вакуоли возникают в большом количестве в виде мелких капелек, затем отдельные вакуоли начинают сливаться в одну центральную и протоплазма оттесняется к стенкам клетки.
Изменения происходящие в растительной клетке при ее росте.

1. - молодая клетка,
2. - образование вакуолей,
3. - слияние вакуолей и оттеснение протоплазмы к оболочке.

Клеточный сок, заполняющий вакуолю, представляет собой водный раствор органических и минеральных веществ. В нем могут находиться сахара, органические и минеральные кислоты и их соли, ферменты, растворимые белки и пигменты. Весьма часто в клеточном соке встречается пигмент антоциан, окраска которого меняется в зависимости от реакции среды.

Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка - это простейшая и обязательная единица живого, это его элемент, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма.

Существуют растения, построенные из однойединственной клетки. К ним относятся одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы. Обычно это микроскопические организмы, но есть и довольно крупные одноклеточные (длина одноклеточной морской водоросли ацетабулярии достигает 7 см). Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни,- это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток. Например, в одном листе древесного растения их около 20 000 000. Если дерево имеет 200 000 листьев (а это вполне реальная цифра), то число клеток во всех них составляет 4000 000 000 000. Дерево в целом содержит еще раз в 15 больше клеток.

Растения, за исключением некоторых низших, состоят из органов, каждый из которых выполняет свою функцию в организме. Например, у цветковых растений органами являются корень, стебель, лист, цветок. Каждый орган обычно построен из нескольких тканей. Ткань - это собрание клеток, сходных по строению и функциям. Клетки каждой ткани имеют свою специальность. Выполняя работу по своей специальности, они вносят вклад в жизнь целого растения, которая состоит в сочетании и взаимодействии разных видов работы различных клеток, органов, тканей.

Основными, самыми общими компонентами, из которых построены клетки, являются ядро, цитоплазма с многочисленными органоидами различного строения и функций, оболочка, вакуоль. Оболочка покрывает клетку снаружи, под ней находится цитоплазма, в ней - ядро и одна или несколько вакуолей. Как строение, так и свойства клеток разных тканей в связи с их разной специализацией резко различаются. Перечисленные основные компоненты и органоиды, о которых речь пойдет дальше, развиты в них в различной степени, имеют неодинаковое строение, а иногда тот или иной компонент может вовсе отсутствовать.

Главнейшими группами тканей, из которых построены вегетативные (непосредственно не связанные с размножением) органы высшего растения, являются следующие: покровные, основные, механические, проводящие, выделительные, меристематические . В каждую группу обычно входит несколько тканей, имеющих сходную специализацию, но построенных каж дая по-своему из определенного вида клеток. Ткани в органах не изолированы друг от друга, а составляют системы тканей, в которых элементы отдельных тканей чередуются. Так, древесина - это система из механической и проводящей, а иногда и основной ткани.

,

Возьмем для примера два органа высшего растения - лист и стебель. И мы увидим, насколько разнообразны по строению и работе клетки, образующие их ткани (рис. 22 и 23). Мы увидим также, как приспособлено строение клеток каждой ткани к выполнению их специальных функций.

Покровные ткани - эпидермис, пробка, корка - защищают органы растения от неблагоприятных воздействий: от высыхания, перегрева, переохлаждения, лучистой энергии, механических повреждений, излишнего намокания, от проникновения чужеродных организмов, например бактерий. Эпидермис покрывает обе поверхности листа, молодые побеги и лепестки. Как правило, это один слой клеток. Те стенки клеток, которыми они соприкасаются между собой, обычно извилистые, причем выступ одной заполняет вогнутость соседней. Это способствует прочному соединению клеток, которые в результате образуют единый плотный пласт. Внешние, граничащие с воздухом стенки клеток более толстые.

Эпидермальные клетки выделяют вещества, откладывающиеся на них снаружи в виде пленки (например, кутин, образующий плотную кутикулу, и воск; кутин к тому же пропитывает и сами внешние стенки эпидермальных клеток). Толстая внешняя оболочка и наружная пленка из кутина и воска обеспечивают изоляционные, защитные свойства этой ткани. Сквозь ее слой затруднено проникновение газов, воды, бактерий. Однако воздух обязательно должен входить внутрь зеленых частей растения, а наружу выходят водяные пары и кислород. Обмен газами, а также водяным паром между атмосферой и внутренними тканями молодых органов, покрытых эпидермисом, осуществляется с помощью устьиц.

Устьица образованы специальными клетками эпидермиса, между двумя из которых (так называемыми замыкающими клетками устьица) имеется отверстие регулируемой величины - устьичная щель. Через нее осуществляется связь между атмосферой и воздухоносными межклеточными пространствами толщи листа или другого органа, покрытого эпидермисом. Замыкающие клетки устьиц под влиянием перемены условий влажности или освещения меняют свою форму, смыкаясь друг с другом или размыкаясь. При этом они открывают или, соответственно, закрывают устьичную щель. На свету, когда растение фотосинтезирует и нуждается в притоке углекислого газа из атмосферы, устьичные щели открыты. Ночью они закрываются; замыкающие клетки закрывают просветы устьиц и в жаркое время дня, что предохраняет растение от большой потери воды, от увядания.

Часто эпидермальные клетки образуют выросты - волоски (рис. 24). Иногда это многоклеточные образования, в других случаях каждый волосок представляет собой отросток одной клетки, лежащей в общем слое эпидермиса. Они играют защитную, опорную (например, у вьющихся или стелющихся растений), выделительную роль. Важны корневые волоски - трубчатые выросты эпидермальных клеток корня. Они увеличивают всасывающую поверхность последнего. Подсчитано, что на 14 млн. боковых корней одного растения ржи развивается до 14 млрд. корневых волосков. Площадь поверхности корней составляет при этом 232 м2, а волосков - 400 м2. Эпидермис многих семян или плодов образует волоски, способствующие расселению семян, а тем самым растений. Часто волоски использует и человек. Пример этого - хлопок, представляющий собой эпидермальные волоски семян хлопчатника; его волоски имеют толстые целлюлозные оболочки и достигают в длину 70 мм.

В стебле многолетних растений под эпидермисом, на смену ему, развивается более грубая защитная ткань - пробка. Клетки ее отмирают, утрачивают протопласт и состоят только из толстых стенок, которые окружают полость, заполненную воздухом или смолистыми веществами. Стенки пропитаны суберином, делающим их водо- и воздухонепроницаемыми, теплоизолирующими, а также прочными, упругими. Они могут к тому же и одревесневать. Примером этой ткани служит береста. Она довольно тонка, а вот пробка пробкового дуба достигает толщины в несколько десятков сантиметров. Пробка в некоторых местах прерывается чечевичками - образованиями из иной ткани, которая проницаема для воды и воздуха. Через чечевички осуществляется обмен внутренних частей ствола с окружающей средой. Чечевички развиваются на местах устьиц.

В стебле под покровными тканями находятся клетки луба. Луб - это система из элементов нескольких тканей: проводящей, опорной, основной. Важнейший элемент луба - ситовидные трубки. Они построены иэ удлиненных клеток, вытянутых вдоль стебля, сочлененных друг с другом концами. Это живые, но безъядерные клетки, элементы цитоплазмы в которых расположены пристенно. Оболочки в местах стыка этих клеток имеют многочисленные отверстия, так что нерегородки подобны ситу. В результате этого смежные клетки сообщаются между собой и тем самым оказываются объединенными в длинные трубки, тянущиеся сквозь жилки и черешки листьев, по стеблю и корню.

По системе ситовидных трубок продукты, образующиеся в зеленых частях растений, перемещаются ко всем его другим частям, питают их. Основным из транспортируемых продуктов является сахароза. Ситовидные трубки - это элемент проводящей ткани. Около клеток ситовидных трубок имеются клетки-спутники. Они содержат ядра, и их протопласт имеет непосредственные связи с цитоплазмой безъядерных ситовидных клеток. В лубе встречаются также участки, состоящие из паренхимных клеток (т. е. клеток, длина, ширина и высота которых близки по величине). В них откладываются различные вещества - крахмал, масла, смолы. Это клетки основной ткани.

Кроме того, луб содержит элементы опорной ткани - лубяные волокна. Это очень длинные клетки с утолщенными стенками; длина клетки может превышать ее ширину в тысячи раз. У льна длина тонких вытянутых лубяных волокон достигает 4 см, а у рами - даже 35 см. Обычно это мертвые клетки, без протопласта. Они выполняют механическую функцию, создавая прочность стебля.

Большинство специализированных клеток не способно к размножению. Однако растение растет всю свою жизнь, и в течение всей жизни в нем образуются новые клетки. Они развиваются из клеток образовательных - меристематических - тканей. Размножение делением является специализацией меристематических клеток, их функцией в организме. Происшедшие из них клетки развиваются, превращаясь в те или иные специализированные клетки - клетки ситовидных трубок, клетки пробки, волокна и т. д. Образовательная ткань находится в разных частях растения (например, в точках роста - на верхушках побегов, корней). В толще стебля обычно есть несколько слоев образовательной ткани. Под слоем пробки находятся клетки феллогена, которые, делясь, пополняют число клеток пробки, корки. Внутрь от луба располагается слой клеток камбия. Те из порождаемых ими клеток, которые образуются снаружи от камбия, развиваются в клетки луба (рис. 25). Оказавшиеся внутри, т. е. ближе к оси ствола, дают начало клеткам древесины.

Древесина состоит из элементов проводящей, опорной и основной тканей. К первым относятся волокна древесины - длинные мертвые клетки с одревесневшими стенками; ко вторым - сосуды, представляющие собой результат слияния многих клеток; к третьим - клетки древесной паренхимы. Клетки, дифференцирующиеся из камбиальных элементов в проводящие (сосуды), растут в длину и ширину. Их боковые стенки утолщаются и одревесневают. В стенках, однако, остаются поры, закрытые лишь тонкой оболочкой. Перегородки на стыках смежных клеток исчезают, протопласт отмирает. В результате образуются длинные сосуды, состоящие из одних стенок. Проводящая система тянется сквозь корень и стебель в лист. По таким сосудам осуществляется восходящий ток воды и растворенных в ней солей от корней ко всем органам растения.

В центре стебля находятся клетки сердцевины - округлые или многогранные паренхимные клетки. Это элементы основной ткани. Иногда они полые, и в них находится воздух; иногда они заполнены запасными питательными веществами, различными кристаллами, таннинами. Стенки их могут быть рдревесневшими. Древесину и луб пронизывают радиальные лучи. Их клетки являются производными камбия и несут запасающую функцию. На уровне луба эти лучи заметно расширяются.

В мякоти листа между верхним и нижним эпидермисом находится основная ткань - клетки с тонкими оболочками и большим количеством зеленых пластид - хлоропластов. В этих клетках происходит фотосинтез. Верхние слои состоят большей частью из продолговатых клеток, плотно прилегающих друг к другу,- это столбчатая паренхима. Нижние слои рыхлые, между клетками расположены межклетники - пространства, заполненные воздухом; это губчатая паренхима. Паренхима пронизана ветвящимися жилками, которые построены из пучков механической (разнообразные волокна) и проводящей (ситовидные трубки и водоносные сосуды) тканей.

Это краткое и схематичное изложение плана строения стебля, листа показывает, насколько разнообразны по величине, форме, строению, функции клетки одного и того же растения. Если взять разные растения, то можно встретиться с еще большим многообразием клеток. Однако, как правило, клетки одноименных тканей даже весьма далеких друг от друга растений сходны, поскольку эти клетки выполняют аналогичные функции. Клетки эпидермиса листа березы и, например, одуванчика более похожи друг на друга, чем эпидермальная клетка одуванчика и его же ситовидная клетка. Отличительные черты клетки связаны в первую очередь с ее специальной функцией. Клетки, специализированные в механической функции, имеют утолщенные и нередко одревесневшие оболочки. Специализация в фотосинтезе ведет к появлению в клетках хлоропластов. Специализация в проводящей функции связана с удлинением клеток, с утратой протопласта, с изменениями в оболочках клеток на стыках, благодаря которым полости смежных клеток сообщаются. Для клеток, специализированных в защитной функции, характерны многообразные изменения внешних стенок, наличие волосков, способность вырабатывать защитные вещества.

Специализация в функции запасания питательных веществ может привести к увеличению размеров клеток, к появлению в них очень крупных вакуолей. В клетках меристематических, усиленно делящихся, особенно развиты те внутриклеточные структуры, которые обеспечивают синтез веществ - составных частей клетки.

В зависимости от характера специализации одни черты строения и работы клетки развиты очень сильно, другие, напротив, мало развиты или вовсе отсутствуют. Как мы видели, некоторые клетки, став специализированными, умирают и именно в мертвом состоянии начинают выполнять свою специальную функцию в много клеточном организме (клетки пробки, древесинные волокна, сосуды).

,

Очень разнообразны и своеобразны клетки многоклеточных нитчатых водорослей и одноклеточных растений (рис. 26 и 27). Клетка любого из последних к тому же сильно отличается от клеток многоклеточных растений. Ей одной приходится выполнять несколько функций, которые у многоклеточных растений поделены между клетками разных тканей. В то же время даже очень отличающиеся между собой клетки обладают глубоким сходством в строении и функциях. Для многоклеточных это связано, во-первых, с тем, что все клетки организма (если исключить вегетативное размножение, при котором от материнского растения сразу отделяется в качестве новой особи или ее зачатка целый многоклеточный комплекс) являются потомками одной и той же клетки-родоначальницы. Поэтому, каким бы образом ни были специализированы клетки, они имеют общий исток, а потому являются родственницами.

Во-вторых, общие черты в строении клеток растений разных видов связаны с тем, что все растения состоят в той или иной степени родства. Все растения развились путем эволюции от одноклеточных общих предков. Общие черты унаследованы клетками современных растений от древних прародительских клеток. С этим связано также наличие общих черт строения и работы растительных и животных клеток.

В-третьих, сходство связано с тем, что все живые клетки, какую бы специальную функцию они ни несли в организме, прежде всего должны обеспечивать собственную жизнь. Клетки поглощают питательные вещества, перерабатывают их, добывая энергию и строя собственное тело, дышат, освобождаются от ненужных веществ, борются с различными повреждениями, реагируют на изменения внешних условий, перестраивая свою жизнедеятельность, растут. Все эти процессы у разных клеток осуществляются сходно и с помощью однотипных структур, общих по плану строения не только для разных растительных клеток, но и для клеток растений и животных. Надо сказать, что выполнение любой специальной функции клетки основывается на ее общих свойствах. Та или иная черта, способность, присущая всем клеткам, у специализированной клетки развивается особенно сильно и обеспечивает выполнение клеткой ее основной, специальной функции. Те общие черты, без которых невозможно выполнение этой специальной функции, в клетке сохраняются, а остальные могут утратиться. Мертвые специализированные клетки - крайний, предельный случай этого. Специальная функция таких клеток связана с их оболочкой; протопласт нужен лишь до тех пор, пока он создает оболочку; после этого он отмирает, и вся клетка состоит только из неживой оболочки, которая и работает на нужды растения.

,
,
,

Рассматривая общие черты строения и жизнедеятельности растительных клеток, удобно говорить о некоей типовой клетке, вобравшей в себя общие черты разных специализированных клеток. Такую клетку, хотя она и не существует в «чистом виде», можно даже изобразить (табл. 7, рис. 28). Из реальных клеток более других похожи на такую «типовую» клетки паренхимы листа (табл. 8, рис. 29).

Перейдем к описанию строения и работы растительной клетки.

Снаружи растительная клетка покрыта оболочкой , неодинаковой по толщине и строению у разных клеток. Образующие ее вещества вырабатываются в цитоплазме и откладываются снаружи от нее, постепенно создавая оболочку. Этими веществами прежде всего являются крупномолекулярные полисахариды -пектин, гемицеллюлоза и в небольших количествах целлюлоза. Они образуют так назынаемую первичную оболочку. Она довольно эластична, по мере роста клетки растягивается и тоже растет, а потому не препятствует росту клетки. Однако она создает определенную прочность клетки и способна защитить ее от механических повреждений. Есть клетки, которые лишены такой первичной оболочки,- это некоторые клетки, служащие для бесполого и полового размножения (зооспоры и гаметы водорослей и низших грибов, мужские гаметы высших растений). У многих клеток имеется не только первичная, но еще и вторичная оболочка. Она образуется под первичной и построена главным образом из целлюлозы. Целлюлоза - это полисахарид, молекулы которого образуют тончайшие нити - микрофибриллы. В оболочке нити целлюлозы погружены в аморфное вещество, состоящее из пектиновых соединений. У одних клеток эти микрофибриллы целлюлозы расположены поперек длины клетки, кольцами; благодаря этому такие клетки могут растягиваться в длину, но не в ширину (например, клетки сосудов стебля). У других нити лежат продольно; клетки с такой оболочкой эластичны при растягивании поперек, но очень жестки на продольное растяжение. У третьих они расположены наискось, образуя спираль (эпидермальные волоски семян хлопчатника, лубяные волокна). Все это напоминает железобетонные конструкции, причем нити целлюлозы играют здесь роль железных прутьев, а пектиновые вещества - роль цемента. Клетки, имеющие вторичную оболочку, весьма прочны. Они образуют механические, опорные ткани растения. Иногда вторичная оболочка играет и роль склада питательных продуктов: образующие ее вещества могут превращаться в другие, более простые, которые расходуются как питание.

В оболочке имеются неутолщенпые места - поры (в первичной оболочке они называются поровыми полями), через которые осуществляется связь между соседними клетками. Сквозь норовые поля и поры проходят тонкие тяжи цитоплазмы. Это плазмодесмы, которые связывают цитоплазму соседних клеток (табл. 9). По ним осуществляется обмен веществами между соседними клетками. Плазмодесмы наряду с элементами проводящей ткани соединяют клетки и ткани организма в единое целое.

Обмен веществами и распространение возбуждения позволяют клеткам влиять на развитие и работу друг друга, и каждая ткань влияет на жизнедеятельность всех других тканей. Этим создается координация работы всех частей единого организма-целого растения.

Во многих клетках клеточная оболочка с возрастом пропитывается веществами, еще более укрепляющими ее. Накопление в ней лигнина ведет к одревеснению оболочки. Одревесневают стенки клеток древесины и, часто, лубяных волокон, оболочки клеток кожуры семян, иногда околоплодника (рис. 30) и даже лепестков. Клетки с одревесневшими стенками не только прочнее, но и менее проницаемы для микробов, для воды. Оболочки некоторых других клеток - покровных тканей, а также на поверхностях поранений - опробковеватот, пропитываясь суберином. Содержимое клеток после этого отмирает, так как суберин непроницаем для воды и газов, но ткань из таких мертвых клеток защищает внутренние живые части растения от вредных внешних воздействий. Как уже говорилось, наружные оболочки клеток эпидермиса обычно пропитываются или покрываются кутином и воском, и это сохраняет клетки от излишнего испарения воды, от проникновения инфекции. Оболочка может пропитываться и минеральными веществами, преимущественно солями кальция.

Бывают, однако, в жизни клеток и такие моменты, когда их оболочка должна стать менее прочной, чем была до этого. Это происходит, например, при прорастании семян.

Полисахаридная клеточная оболочка - характерная черта строения растительной клетки, отличающая ее от животной клетки.

Оболочка, или клеточная стенка, - это защитное образование. Под оболочкой находится цитоплазма . Самый наружный ее слой, примыкающий к оболочке,- поверхностная клеточпая мембрана - плазмалемма . Она представляет собой комбинацию слоев жироподобных н белковых молекул. Такие мембраны называются липопротеиновыми («липос» - жир, «протеин» - белок). Мембрана подобной конструкции отграничивает цитоплазму от вакуолей, эта мембрана называется тонопластом. Многие органоиды клетки построены из липопротеиновых мембран. Однако в каждом случав мембрана построена из жироподобных веществ (липидов) и белков, присущих именно данной мембране. Качественное разнообразие липидов и особенно белков колоссально, отсюда огромное разнообразие мембран, отличающихся по свойствам, и в пределах одной клетки, и в разных клетках.

Плазмалемма регулирует вход веществ в клетку и выход их из нее, обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку и из клетки. Скорость проникновения сквозь мембрану разных веществ различна. Хорошо проникают через нее вода и газообразные вещества. Легко проникают также жирорастворимые вещества,- вероятно, благодаря тому, что она имеет липидный слой. Предполагается, что липидный слой мембраны пронизан порами. Это позволяет проникать сквозь мембрану веществам, нерастворимым в жирах. Поры несут электрический заряд, поэтому проникновение через них ионов не вполне свободно. При некоторых условиях заряд пор меняется, и этим регулируется проницаемость мембран для ионов. Однако мембрана неодинаково проницаема и для разных ионов с одинаковым зарядом, и для разпых незаряжепных молекул близких размеров. В этом проявляется важнейшее свойство мембраны - избирательность ее проницаемости: для одних молекул и ионов она дропицаема лучше, для других хуже.

Вещество движется в клетку, диффундируя в нее, если его концентрация снаружи больше, чем концентрация внутри. В противном случае оно должно диффундировать из клетки. Но, проникнув в клетку, молекулы данного вещества могут тут же вовлечься в обмен веществ и подвергнуться превращению в другие вещества. Тогда концентрация этого вещества внутри клетки снова падает, и новая порция его молекул диффундирует внутрь клетки. В результате в клетки, активно расходующие то или иное вещество, последнее усиленно поступает из окружающих клеток.

Другой механизм усиленного поглощения вещества клеткой состоит в его связывании белками или другими веществами. Связываясь, вещество уходит из внутриклеточного раствора и не препятствует дальнейшей диффузии этого же вещества. Оно продолжает поступать в клетку и скапливается в ней в связанной форме. Так, в клетках некоторых морских водорослей йод накапливается в концентрациях, в миллион раз превышающих его концентрацию в морской воде.

Во всех этих случаях речь идет о движении веществ путем диффузии. Однако клеточные мембраны располагают и механизмами перемещения веществ через себя от меньшей их концентрации к большей. Среди белков мембраны имеются белковые вещества, работа которых состоит в перемещении различных веществ с одной стороны мембраны на другую. Они называются транспортными ферментами. Вероятно, такой транспортный фермент образует с переносимым веществом промежуточное соединение; последнее проходит сквозь мембрану, расщепляется затем на исходные части, после чего фермент возвращается назад, а перенесенное вещество остается по другую сторону мембраны. Детали этого процесса неизвестны, но сам факт такого активного транспорта веществ несомненен. В отличие от диффузного, пассивного, ферментативный транспорт нуждается в затрате энергии. Вероятно, именно благодаря такому активному транспорту ионов клетки эпидермиса корней способны всасывать из почвы нужные растению неорганические вещества и затем передавать их по растению от клетки к клетке.

При химических или физических изменениях во внешней и внутренней среде клеточные мембраны изменяют свою проницаемость, а также степень и сам характер ее избирательности. На этом основываются механизмы регуляции движения веществ в клетку и из клетки. Изменение проницаемости мембран для питательных веществ отражается на интенсивности обменных процессов в клетке, на характере протекающих в ней синтезов, на всей ее жизнедея тельности. В изменении проницаемости мембран для ионов натрия и калия состоит механизм распространения клеточного возбуждения - возникновения и перемещения биотока. К поверхности мембраны присоединено большое количество катионов, главным образом ионов калия. Поэтому она несет снаружи положительный заряд. Под влиянием раздраячителей ионы калия отщепляются от участка, подвергшегося воздействию, заряд участка падает и он становится электроотрицательным по отношению к соседним участкам мембраны. Эта электроотрицательность является, в свою очередь, раздражителем для соседних участков, тем же путем снимая их заряд, деполяризуя их. Волна электроотрицательности распространяется по мембране - это и есть биоток. Затем ионы калия снова садятся на мембрану, придавая ей исходный заряд,- за волной деполяризации следует волна восстановления. Поверхности плазмодесм, проходящих сквозь клеточные стенки и соединяющих цитоплазму соседних клеток, тоже образованы такими мембранами. Биоток движется и по ним, распространяясь от клетки к клетке. Биотоки растительной клетки пока еще мало изучены. Однако ясно, что они являются способом сигнализации, используемым в растительной клетке для пуска в ход одних химических реакций и торможения других. Дело в том, что все химические процессы, протекающие в клетке и составляющие сущность ее жизнедеятельности, идут с участием биологических катализаторов - ферментов. Каждая реакция возможна лишь тогда, когда фермент, пускающий ее в ход, активен. Большинство ферментов становятся активными под действием тех или иных неорганических катионов: К", Na", Са", Mg", Мn". Биоток, меняя проницаемость мембран для заряженных веществ, создает условия для их проникновения сквозь мембраны и контакта с ферментами. Тем самым биоток включает в действие те или иные ферменты и этим регулирует, направляет обмен веществ в клетке. Регуляция обмена веществ биотоками - это лишь один из многих способов регуляции внутриклеточного метаболизма.

Сказанное о проницаемости поверхностной мембраны клетки - плазмалемме - относится и к другим внутриклеточным мембранам, в том числе к тем, из которых построены многие органоиды клетки.

Цитоплазма, когда-то считавшаяся однородным коллоидным раствором белковых веществ, на самом деле сложно структурирована. По мере развития микроскопической техники исследования выяснялись все более тонкие детали строения цитоплазмы. В цитоплазме были открыты различные органоиды (органеллы) - структуры, каждая из которых выполняет определенные физиологические и биохимические функции. Важнейшими органоидами цитоплазмы являются митохондрии, эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть), аппарат Гольджи, рибосомы, пластиды, лизосомы. У подвижных клеток (зооспоры и гаметы водорослей, сперматозоиды хвощей, папоротников, саговников, некоторые одноклеточные и колониальные водоросли) имеются органоиды движения - жгутики.

Особенно много новых фактов о тонком строении цитоплазмы принесло и приносит использование электронного микроскопа, позволяющего исследовать детали строения самих органоидов. Современные биофизические и биохимические методы позволяют выделять в чистом виде те или иные органоиды цитоплазмы и затем изучать их химический состав и их функции. Вне клетки, в средах сложного состава, многие органоиды способны выполнять ту работу, которую они производят, когда находятся в клетке.

Часть цитоплазмы, в которую погружены органоиды и которая пока что представляется бесструктурной, называется основным веществом цитоплазмы или гиалоплазмой. Гиалоплазма - это отнюдь не пассивный наполнитель, а активно работающая часть цитоплазмы. В ней протекает ряд жизненно необходимых химических процессов, в ее состав входят многие белки-ферменты, при помощи которых эти процессы осуществляются.

Жизнь клетки состоит в непрерывной химической работе, которая в своей совокупности называется обменом веществ. Но существу, клетка представляет собой химический завод, вырабатывающий большой ассортимент продукции и самостоятельно добывающий энергию, необходимую для ее производства. Ее продукцией являются вещества, которые необходимы и ей самой для поддержания ее собственной жизни (для построения своего тела при росте и развитии, для замены своих сносившихся частей), и для создания дочерних клеток при размножении, и для нужд других клеток организма.

Все химические реакции, протекающие в клетке, можно разделить на две группы. В результате одних те или иные вещества распадаются на более мелкомолекулярные. В результате других из мелкомолекулярных веществ синтезируются вещества с более крупными молекулами. Молекула любого вещества состоит из атомов, которые удерживаются между собой химическими связями, т. е. тем или иным количеством сконцентрированной потенциальной химической энергии. Когда молекула дробится, связи рвутся и их химическая энергия освобождается. Для синтеза, т. е. для образования более крупной молекулы из мелких, нужно создать новые химические связи, В них необходимо вложить некоторую порцию энергии. Напротив, реакции распада в конечном итоге идут с освобождением энергии, так как при них связи между атомами рвутся. Биологический смысл реакций распада, идущих в клетке, состоит в том, что при них освобождается химическая энергия, используемая затем клеткой для реакций синтеза и для производства иных видов работы (электрической, механической, работы по транспорту веществ). Так как клетка всю свою жизнь синтезирует различные вещества, то ей приходится непрерывно расщеплять другие вещества. Освобождающаяся энергия используется для синтезов не сразу. Сначала она запасается путем образования специальных веществ - аккумуляторов химической энергии - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и родственных ей соединений. В нужный момент и в соответствующей точке клетки АТФ расщепляется и отдает энергию для синтеза необходимого клетке вещества.

Все химические реакции, протекающие в клетке,- и синтеза и распада - осуществляются с помощью ферментов. Ферменты - белковые вещества, ускоряющие течение реакций. Ускорение это настолько велико, что без ферментов подобные реакции вообще были бы невозможны в клетке. Известны случаи, когда благодаря ферменту реакция ускоряется в 10/11 раз. Это значит, что реакция, заканчивающаяся с участием фермента в течение 0,01 сек, без него протекала бы 31 год. Понятно, что такие реакции без фермента были бы просто нереальными.

Кроме того, благодаря ферментам течение химических реакций в клетке управляемо, регулируемо. Активность ферментов в клетке меняется в соответствии с ее потребностью в определенном веществе или в энергии, т. е. в конечном результате работы этих самых ферментов. Когда появляется потребность в каком-то веществе, включаются в действие или заново синтезируются те ферменты, благодаря которым оно образуется. Образование веществ, освобождение и запасание энергии - это итог последовательных реакций, результат работы целой цепи ферментов. Все структуры живых частей клетки построены именно из ферментов и из веществ, скрепляющих эти ферменты. При этом ферменты, участвующие в смежных, последовательно протекающих реакциях, и расположены рядом. Они передают молекулы превращаемых ими веществ друг другу, как по конвейеру, причем каждый из них совершает над молекулой свою рабочую операцию.

В гиалоплазме содержатся ферменты, расщепляющие молекулы глюкозы на более простые молекулы пировиноградной кислоты. Освобождающаяся при этом энергия запасается путем образования молекул АТФ. Тот же процесс протекает и в клеточном ядре. Однако основная масса энергии добывается в особых органоидах цитоплазмы - митохондриях, так как там происходит более глубокое расщепление веществ.

,

Митохондрии - мелкие тельца округлой или продолговатой формы, размером 0,5 - 1,5 мк, т. е. величиной с бактерию. Число их в клетке обычно велико, порядка 100-3000. Бывают, однако, клетки и с малым количеством митохондрий. Так, в спермин морской водоросли фукуса содержится всего 4 митохондрии, а в одноклеточной водоросли микромонас - одна. Митохондрии видны под световым микроскопом, однако их тонкое строение можно изучать лишь с помощью электронного микроскопа (табл. 10, схема строения - рис. 31). Митохондрии - это образования, построенные из липопротеиновых мембран, погруженных в основное вещество - матрикс. Оболочка митохондрии образована двумя мембранами, между которыми имеется промежуток.

Внутренняя иэ мембран оболочки дает многочисленные впячивания внутрь, это кристы. Между ними находится матрикс. И внутренняя мембрана оболочки митохондрии, и образуемые ею кристы построены иэ упорядочение расположенных ферментов. Благодаря складкам - кристам рабочая поверхность мембран внутри митохондрий очень велика. Ряд ферментов находится в матриксе митохондрии, т. е. между кристами.

Совокупность этих ферментов осуществляет внутриклеточное дыхание и запасание освобождающейся при дыхании энергии в форме АТФ. Работа митохондрий тесно связана с процессами, идущими в гиалоплазме, где протекают первые этапы расщепления глюкозы и других веществ до пировиноградной кислоты. В митохондриях же протекает дальнейшее ее расщепление. Пировиноградная кислота проникает в митохондрии и здесь ступенчато, шаг за тагом, окисляется до углекислого газа и воды, причем одновременно потребляется кислород. Это и есть внутриклеточное дыхание, при котором клетка, расщепляя и окисляя вещества, добывает очень много энергии, которую она потом может использовать для самых разных своих нужд.

Первый этап расщепления молекулы глюкозы, во время которого она дробится пополам и который протекает в гиалоплазме, дает клетке всего лишь две молекулы АТФ.

В результате второго этапа, приводящего к полному «сгоранию» глюкозы, образуется еще 36 молекул АТФ. Поэтому митохондрии по своей функции - это силовые станции клетки, машины для добывания основного количества энергии. Само расщепление продуктов распада глюкозы происходит в матриксе митохондрии, АТФ же образуется благодаря реакциям, разыгрывающимся на внутренних ее мембранах, в состав которых входят дыхательные ферменты и ферменты, обеспечивающие образование АТФ. Количество крист в митохондриях может быть различным. Чем их больше, тем выше биохимическая активность митохондрий.

Мы говорим здесь о глюкозе как о веществе, расщепляя которое клетка добывает энергию. Глюкоза является центральным, но пе единственным из таких веществ. Молекула ее имеет остов из шести атомов углерода, соединенных между собой. В результате длинной и сложной цепи реакций ее молекула дробится, окисляется и, в конце концов, расщепляется на шесть молекул неорганического вещества - углекислого газа (С02), каждая молекула которого содержит лишь один атом углерода, причем он предельно окислен. Сложив все последовательные реакции окисления глюкозы и исключив при этом все промежуточные продукты, можно получить суммарную реакцию этого процесса:

Крахмал легко превращается в глюкозу, после чего она подвергается вышеописанному расщеплению. Белки и жиры дают различные органические кислоты, которые превращаются в промежуточные продукты распада глюкозы и далее окисляются таким же образом, как последняя, и с помощью тех же ферментов.

Полное биологическое окисление органического вещества подобно его сгоранию. В обоих случаях результатом являются углекислый газ, вода и выделяющаяся энергия. Однако при горении эта энергия выделяется в виде тепла, причем сразу полностью; при биологическом окислении энергия химических связей освобождается порциями, и основная ее часть связывается, переходя в энергию фосфатной химической связи АТФ. В-итоге клетка получает концентрат энергии в такой форме, которая затем в нужный момент и в соответствующей точке может использоваться для создания новых химических связей, для синтеза новых веществ, а также для производства других видов работы - электрической, механической, а также работы по транспорту веществ из среды в клетку, из клетки в среду и от клетки к клетке.

Чем активнее жизнедеятельность клетки, тем больше у нее потребность в энергии и тем больше в ней митохондрий. Они и в пределах одной и той же клетки могут быть распределены неравномерно: их больше в той части клетки, которая в данный момент работает активнее.

Митохондрии способны синтезировать часть тех веществ, из которых состоят они сами. Благодаря этому митохондрии могут размножаться.

Эндоплазматический ретикулум - органоид цитоплазмы, в котором происходит синтез очень многих веществ (табл. 10).

Эндоплазматический ретикулум представляет собой систему каналов, которые нронизывают цитоплазму и которые в одних участках сужаются, в других расширяются, образуя то цистерны, то плоские мешки, то ветвящиеся трубки. Стенки всех этих образований построены из мембран, включающих в свой состав ферменты.

Как и в других мембранных образованиях клетки, ферменты в ретикулуме расположены упорядоченно. При этом соседние ферменты осуществляют последовательно протекающие реакции (рабочие операции), а группа их - всю цепь реакций, ведущих к созданию того или иного вещества.

Различают агранулярный (гладкий) и гранулярный эндоплазматический ретикулум. На наружной поверхности каналов гранулярного ретикулума располагаются многочисленные мелкие органоиды - рибосомы, функцией которых является синтез белковых молекул.

Агранулярный эндоплазматический ретикулум, который в растительной клетке количественно преобладает над гранулярным, не несет рибосом.

Эндоплазматический ретикулум, кроме того, что он является конвейером для многих видов ферментативного превращения веществ, главным образом для их синтеза, представляет собой и систему магистралей, по которым вещества перемещаются по клетке. Начинается ретикулум от наружной мембраны оболочки ядра и, ветвясь, подходит к различным органоидам цитоплазмы, а также к плазмалемме. Тем самым он связывает между собой все части клетки. Кроме того, каналы эндоплазматического ретикулума проходят через плазмодесмы, соединяя ретикулум соседних клеток.

Далее, мембраны эндоплазматического ретикулума расчленяют цитоплазму на многочисленные отсеки, благодаря чему клетку нельзя представить как однородный массив, в котором перемешаны самые различные вещества. Условия в одном отсеке могут быть совершенно иными, чем в любом другом; процессы, в нем протекающие, могут идти только в нем, тогда как в каждом другом происходят иные процессы.

Наконец, мембраны эндоплазматического ретикулума - это те поверхности, по которым распространяются биотоки, являющиеся сигналами, меняющими избирательную проницаемость мембран и тем самым активность ферментов. Благодаря этому одни химические реакции пускаются в ход, другие тормозятся - обмен веществ подчиняется регуляции и протекает координирование

Многие из веществ, синтезированных в клетке, должны быть сконцентрированы и выделены из клетки либо в наружную среду, либо во внутриклеточную вакуоль. Кроме того, клетка концентрирует и вещества, поступающие в нее из других клеток, например если она откладывает их про запас. Эту работу выполняют диктиосомы. Обычно в растительной клетке имеется несколько диктиосом, и вся их совокупность называется аппаратом (или комплексом) Гольджи данной клетки. Каждая диктиосома представляет собой систему мембран, сложенных стопкой (табл. 10 - срез, рис. 32 - объемная схема).

,

Полости между мембранами, образующими этот органоид, имеют вид то узких щелей, то плоских мешочков - цистерн, то пузырьков. Форма их меняется в ходе работы органоида и, по-видимому, зависит от степени наполнения межмембранных пространств выделяемыми и накапливаемыми веществами. Сформировавшиеся и разросшиеся пузырьки отделяются от органоида. По-видимому, многие клеточные вакуоли, окруженные мембранами - тонопластом, являются продуктом деятельности аппарата Гольджи; это оторвавшиеся от него и затем увеличившиеся пузырьки.

Аппарат Гольджи особенно развит в выделительных (секреторных) клетках, в которых откладываются или из которых выводятся различные вещества. Он синтезирует и выделяет вещества, образующие клеточную оболочку.

Лизосомы - довольно мелкие (около 0,5 мк в диаметре) округлые тельца - еще один органоид цитоплазмы. Они покрыты оболочкой - липопротеиновой мембраной. Содержимое лизосом - ферменты, переваривающие белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Оболочка лизосомы препятствует выходу ферментов из органоида в гиалоплазму, в противном случае последняя переваривалась бы этими ферментами.

Можно думать, что лизосомы являются продуктами деятельности аппарата Гольджи, оторвавшимися от него пузырьками, в которых этот органоид аккумулировал переваривающие ферменты.

Те части клетки, которые отмирают в процессе ее развития, разрушаются с помощью ферментов лизосом. В умершей клетке лизосомы разрушаются, ферменты оказываются в цитоплазме, и вся клетка, за исключением оболочки, подвергается перевариванию.

Рибосомы - очень мелкие органоиды, диаметр их около 250А. По форме они почти шаровидны. Часть их прикреплена к наружным (гиалоплазматическим) поверхностям мембран, образующих каналы гранулярного эндоплазматического ретикулума; часть же находится в свободном состоянии в гиалоплазме. В клетке может содержаться до 5 млн. рибосом. Опи представляют собой.аппараты для синтеза белка. Поэтому особенно много их в клетках, активно образующих белок,- в растущих клетках, в клетках, секретирующих белковые вещества. Рибосомы имеются также в митохондриях и хлоропластах, где они синтезируют часть белков, из которых построены эти органоиды.

Во многих клетках обнаружены органоиды, названные микротрубочками. Само их название говорит об их форме-это трубочки с каналом внутри. Внешний их диаметр порядка 250А. Иногда это двойные трубочки - две одиночные, лежащие бок о бок друг с другом и имеющие общую стенку, которая разделяет их полости. Стенки микротрубочек построены из белковых молекул. Считают, что микротрубочки связаны с сократительной (двигательной) активностью цитоплазмы и ее образований. Из них, как из строительных деталей, построены, по-видимому, сократительные структуры жгутика - органоида, при помощи которого перемещаются некоторые одноклеточные и колониальные водоросли, а также клетки, служащие для размножения многих низших растений. Из микротрубочек во время деления клетки образуются нити веретена, о котором речь будет идти дальше. В период деления микротрубочки собираются в группы и образуют эти нити. По окончании деления нити вновь распадаются на отдельные микротрубочки. В клетках или их частях, которые лишены плотной оболочки, микротрубочки, возможно, выполняют опорную функцию, составляя внутренний скелет клетки.

Пластиды - органоиды, присущие только растительным клеткам. Обычно это крупные тельца, хорошо видимые под световым микроскопом.

Различают 3 типа пластид: бесцветные - лейкопласты , зеленые - хлоропласты , окрашенные в другие цвета - хромопласты . Пластиды каждого типа имеют свое строение и несут свои, им присущие функции. Однако возможны переходы пластид из одного типа в другой. Так, позеленение клубней картофеля вызывается перестройкой их лейкопластов в хлоропласты. В корнеплоде моркови лейкопласты переходят в хромопласты. Пластиды всех трех типов образуются из пропластид.

Пропластиды - бесцветные тельца, похожие на митохондрии, но несколько крупнее их. В больших количествах они встречаются в меристематических клетках. Лейкопласты находятся в клетках неокрашенных частей растений (плодов, семян, корней, эпидермиса листьев). Форма их неопределенна. Чаще всего встречаются лейкопласты, в которых откладывается крахмал (он образуется из сахаров). Есть лейкопласты, запасающие белки. Наименее распространены лейкопласты, заполненные жиром; они образуются при старении хлоропластов. Существенных различий между лейкопластами и пропластидами нет.

Хлоропласты - пластиды высших растений, в которых идет процесс фотосинтеза, т. е. использование энергии световых лучей для образования из неорганических веществ (углекислого газа и воды) органических веществ с одновременным выделением в атмосферу кислорода. Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, размер их около 4-6 мк. Находятся они в паренхимных клетках листьев и других зеленых частей высших растений. Число их в клетке варьирует в пределах 25-50.

,
,

О строении хлоропласта дают представление таблицы 11 и 12 (вид на срезе) и схемы на рисунке 33. Снаружи хлоропласт покрыт оболочкой, состоящей из двух липопротеиновых мембран. Под ней, в основном веществе (строме), упорядочепно расположены многочисленные образования - ламеллы . Они образуют плоские мешочки, которые лежат друг на друге правильными стопками. Эти стопки, напоминающие монеты, сложенные столбиком, называются гранами. Сквозь них проходят более длинные ламеллы, так что все граны хлоропласта связаны в единую систему. В состав мембран, образующих граны, входит зеленый пигмент - хлорофилл. Именно здесь происходят световые реакции фотосинтеза - поглощение хлорофиллом световых лучей и превращение энергии света в энергию возбужденных электронов. Электроны, возбужденные светом, т. е. обладающие избыточной энергией, отдают свою энергию на разложение воды и синтез АТФ, При разложении воды образуются кислород и водород. Кислород выделяется в атмосферу, а водород связывается белком ферредоксином.

Ферредоксин затем вновь окисляется, отдавая этот водород веществу-восстановителю, сокращенно обозначаемому НАДФ. НАДФ переходит в восстановленную форму - НАДФ-Н2. Таким образом, итогом световых реакций фотосинтеза является образование АТФ, НАДФ-Н2 и кислорода, причем потребляются вода и энергия света.

В АТФ аккумулируется много энергии - она затем используется для синтезов, а также для других нужд клетки. НАДФ-Н2 - аккумулятор водорода, причем легко его затем отдающий. Следовательно, НАДФ-Н2 является химическим восстановителем. Большое число биосинтезов связано именно с восстановлением, и в качестве поставщика водорода в этих реакциях выступает НАДФ-Н2.

Далее, с помощью ферментов стромы хлоропластов, т. е. вне гран, протекают темновые реакции: водород и энергия, заключенная в АТФ, используются для восстановления атмосферного углекислого газа (СO2) и включения его при этом в состав органических веществ. Первое органическое вещество, образующееся в результате фотосинтеза, подвергается большому числу перестроек и дает начало всему многообразию органических веществ, синтезирующихся в растении и составляющих его тело. Ряд из этих превращений происходит тут же, в строме хлоропласта, где имеются ферменты для образования сахаров, жиров, а также все необходимое для синтеза белка. Сахара могут затем либо перейти из хлоропласта в другие структуры клетки, а оттуда в другие клетки растения, либо образовать крахмал, зерна которого часто можно видеть в хлоропластах. Жиры тоже откладываются в хлоропластах или в виде капель, или в форме более простых веществ, предшественников жиров, выходят из хлоропласта.

Усложнение веществ сопряжено с созданием новых химических связей и обычно требует затрат энергии. Источник ее - все тот же фотосинтез. Дело в том, что значительная доля веществ, образующихся в результате фотосинтеза, вновь распадается в гиалоплазме и митохондриях (в случае полного сгорания - до веществ, которые служат исходным материалом для фотосинтеза,- СO2 и Н2O). В результате этого процесса, по своей сути обратного фотосинтезу, энергия, ранее аккумулированная в химических связях разлагаемых веществ, освобождается и - снова через посредство АТФ - тратится на образование новых химических связей синтезируемых молекул. Таким образом, существенная часть продукции фотосинтеза нужна только для того, чтобы связать энергию света и, превратив ее в химическую, использовать для синтеза совсем других веществ.

И лишь часть органического вещества, образующегося при фотосинтезе, используется как строительный материал для этих синтезов.

Продукция фотосинтеза (биомасса) колоссальна. За год на земном шаре она составляет около 10/10 т. Органические вещества, создаваемые растениями,- это единственный источник жизни не только растений, но и животных, так как последние перерабатывают уже готовые органические вещества, питаясь либо непосредственно растениями, либо другими животными, которые, в свою очередь, питаются растениями. Таким образом, в основе всей современной жизни на Земле лежит фотосинтез. Все превращения веществ и энергии в растениях и животных представляют собой перестройки, перекомбииации и переносы вещества и энергии первичных продуктов фотосинтеза. Фотосинтез важен для всего живого и тем, что одним из его продуктов является свободный кислород, происходящий из молекулы воды и выделяющийся в атмосферу. Полагают, что весь кислород атмосферы образовался благодаря фотосинтезу. Он необходим для дыхания как растениям, так и животным.

Хлоропласты способны перемещаться по клетке. На слабом свету они располагаются под той стенкой клетки, которая обращена к свету. При этом они обращаются к свету своей большей поверхностью. Если свет слишком интенсивен, они поворачиваются к нему ребром и выстраиваются вдоль отенок, параллельных лучам света. При средних освещенностях хлоропласты занимают положение, среднее между двумя крайними. В любом случае достигается один результат: хлоропласты оказываются в наиболее благоприятных для фотосинтеза условиях освещепия. Такие перемещения хлоропластов (фототаксис) - это проявление одного из видов раздражимости у растений.

Хлоропласты обладают известной автономией в системе клетки. В них имеются собственные рибосомы и набор веществ, определяющих синтез ряда собственных белков хлоропласта. Имеются также ферменты, работа которых приводит к образованию липидов, входящих в состав ламелл, и хлорофилла. Как мы видели, хлоропласт располагает и автономной системой добывания энергии. Благодаря всему этому хлоропласты способны самостоятельно строить собственные структуры. Существует даже взгляд, что хлоропласты (как и митохондрии) произошли от каких-то низших организмов, поселившихся н растительной клетке и сперва вступивших с нею в симбиоз, а затем ставших ее составной частью, органоидом.

У низших растений фотосинтез также осуществляется специализированными, хотя и не столь высокоразвитыми, как в хлоропласте, мембранными структурами. У фотосинтезирующих бактерий мембраны, содержащие хлорофилл, образуют сеть, которая пронизывает тело бактерии. У сине-зеленых водорослей фотосинтезирующие мембраны слиты в плоские пузырьки. У зеленых и других водорослей система этих мембран отделена от остальной части клетки покрывающей мембраной и образует специальный органоид-хроматофор. Число хроматофоров в клетке невелико, часто клетка содержит всего лишь один хроматофор. Форма их очень различна у водорослей разных видов.

У спирогиры, хроматофор имеет вид ленты, спирально вьющейся вдоль стенок клетки; у клостридиума - это ребристые цилиндры; у зигнемы - звездчатые тела.

Хромопласты возникают либо из пропластид, либо из хлоропластов, либо из лейкопластов. Их внутренняя мембранная структура гораздо проще, чем у хлоропластов. Гран нет, строма содержит много желтого или оранжевого пигмента. Хромопласты содержатся в клетках лепестков, плодов, корнеплодов.

В типичной растительной клетке имеется крупная вакуоль, наполненная жидким содержимым. Часто вакуоль занимает почти весь объем клетки, так что цитоплазма составляет лишь тонкий слой, прилегающий к клеточной оболочке. У молодых клеток бывает несколько мелких вакуолей, которые по мере развития клетки разрастаются и сливаются в одну. Со держимое вакуоли - клеточный сок - это водный раствор очень многих веществ: сахаров, аминокислот, других органических кислот, пигментов (красящих веществ), витаминов, дубильных веществ, алкалоидов, гликозидов, неорганических солей (нитратов, фосфатов, хлоридов), иногда - белков.

Все эти вещества - продукты жизнедеятельности клетки. Одни из них хранятся в вакуолярпом (клеточном) соко п качестве запасных веществ и со временем вновь поступают в цитоплазму для использования. Другие являются отбросами обмена веществ, выведенными прочь из цитоплазмы. Так, в вакуоль выводится щавелевая кислота; в вакуолярном соке часто откладываются кристаллы щавелевокислого кальция - иногда в форме одиночных кристаллов, в других случаях в виде конгломерата кристаллов этой соли-многогранных (друзы) или игольчатых (рафиды),- изображенных на рисунке 34.

У подавляющего большинства растений (исключение составляют прокариотические организмы) в каждой живой клетке имеется ядро или несколько ядер. Клетка, лишенная ядра, способна жить лишь короткое время. Безъядерные клетки ситовидных трубок - живые клетки. Но живут они недолго. Во всех других случаях безъядерные клетки являются мертвыми.

Ядро всегда лежит в цитоплазме. Форма ядра может быть различной - округлой, овальной, сильно вытянутой, неправильно-многолопастной. В некоторых клетках контуры ядра меняются в ходе его функционирования, причем на его поверхности образуются лопасти различной величины. Размеры ядер неодинаковы и в клетках разных растений, и в разных гглетках одного и того же растения. Относительно крупные ядра бывают в молодых, меристематических клетках, в которых они могут занимать до 3/4 объема всей клетки. Относительные, а иногда и абсолютные размеры ядер в развитых клетках значительно меньше, чем в молодых.

Снаружи ядро покрыто оболочкой, состоящей из двух мембран, между которыми имеется щель - околоядерное пространство. Оболочка прерывается порами. Внешняя из двух мембран оболочки дает выросты, непосредственно переходящие в стенки эндоплазматической сети цитоплазмы. И поры и прямая связь эндоплазматической сети с околоядерным пространством обеспечивают тесный контакт между ядром и цитоплазмой.

Содержимое ядра - зернистое основное вещество (ядерный сок, или нуклеоплазма), в котором помещаются более плотные структуры - хромосомы и ядрышко. Ядрышко представляет собой аппарат синтеза материала рибосом и место их сборки из этого материала.

Хромосомы построены из большого числа молекул дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), соединенных с молекулами белков-гистонов. Молекулы ДНК - это длинные сложно упакованные двойные нити. Каждая молекула состоит из двух нитей, заплетенных спирально одна вокруг другой. Нить, в свою очередь,- это цепочка из огромного числа так называемых нуклеотидов. Нуклеотид - соединение азотистого основания, углевода (дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.

В состав каждого из нуклеотидов входит одно из четырех следующих азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин или тимин. Соответственно, в ДНК различают 4 разных нуклеотида: адениновый (А), гуаниновый (Г), цитозиновый (Ц) и тиминовый (Т). Нуклеотиды соединены между собой через свои фосфатные группы, благодаря чему образуется длинная цепочка. Две цепочки, закрученные одна вокруг другой и образующие одну молекулу ДНК, скреплены между собой химическим взаимодействием (так называемые водородные связи) азотистых оснований своих нуклеотидов. Основания образуют пары - одно основание из одной цепочки, другое - из второй. Схема на рисунке 35 дает представление о порядке соединения нуклеотидов в цепочку, а двух цепочек - между собой.

Хотя все молекулы дезоксирибонуклеиновых кислот построены по описанному единому плану, конкретный их качественный состав различен; отличаются они и по величине молекул. Молекула ДНК содержит до 50-100 тыс. пар нуклеотидов, но число пар их в каждой молекуле свое, отличающееся от числа пар нуклеотидов в любой другой молекуле. Кроме того, нуклеотидов существует 4 разных вида, и в составе каждой молекулы ДНК свой, ей присущий процент нуклеотидов каждого данного вида. Иначе говоря, количественное отношение А, Г, Ц, Т у каждой молекулы ДНК свое. И наконец, в каждой молекуле ДНК порядок чередования нуклеотидов А, Г, Ц, Т характерен только для данной молекулы. Перестановка местами только двух пар из 50 тыс. пар нуклеотидов, пусть даже соседних, резко меняет свойства всей молекулы; то же самое-замена хотя бы одной пары, скажем Ц - Г на А - Т или на Г - Ц; то же самое-отсутствие одной пары из числа тех же 50 тыс. В действительности молекулы ДНК могут отличаться между собой не в одном звене, не одной-двумяпарами нуклеотидов, а в огромном их числе сразу. Количество возможных перестановок пар нуклеотидов в молекуле ДНК бесконечно, и соответственно бесконечно количество разных молекул, у каждой из которых свои свойства. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК-это зашифрованная запись состава того или иного белка, свойственного данной клетке. На протяжении каждой молекулы ДНК последовательно умещаются записи состава нескольких белков, а во всех молекулах ДНК всех хромосом ядра - записи состава всех белков клетки, которые в ней могут синтезироваться в течение ее жизни. Суть этих кодированных записей состоит в следующем.

Молекулы каждого белка - это цепочки из последовательно соединенных аминокислот. Существует около 20 разных аминокислот, и характер белка определяется тем, из каких именно аминокислот состоит его молекула, каково их общее количество в молекуле и в какой последовательности они соединены друг с другом. Например, участок ДНК, ответственный за состав определенного белка (каждый такой участок называется геном),- это есть запись конкретной последовательности аминокислот, образующих молекулу данного белка, их общего числа в ней. Каждые 3 последовательных нуклеотида цепочки ДНК обозначают (кодируют) одну аминокислоту соответствующей белковой молекулы. Следующие 3 пуклеотида кодируют следующую аминокислоту и т. д. Количества возможных отличающихся сочетаний по 3 нуклеотида из числа четырех разных видов их с избытком хватает для закодирования 20 аминокислот. Интересно, что одни и те же аминокислоты во всем живом мире кодируются одними и теми же сочетаниями нуклеотидов. В итоге в одном гене его нуклеотидным составом зашифрован аминокислотный состав всех белков, способных синтезироваться в данной клетке.

Клеточные белки являются ферментами. Ферменты определяют течение всех реакций, составляющих суть жизнедеятельности клеток. От наличия тех или иных ферментов зависит образование и превращения всех других веществ клетки, будь то жиры, углеводы, алкалоиды, смолы и т. д. Это, в свою очередь, формирует все свойства клетки, отличающие ее от клеток других растений, в клеточных ядрах которых закодирован состав другого набора ферментов. Вот почему сведения о составе всех белков, которые могут образоваться в клетке,- это информация о всех свойствах клетки и организма. Дальше мы увидим, что эта информация - наследственная, т. е. что она в полном объеме передается от клетки к клетке при их размножении и от материнского растения к дочерним.

Хранится эта информация в хромосомах. Однако реализация этой информации - синтез белков - происходит не в них. Гены хромосом выступают только в роли инициаторов этого синтеза. Когда в клетке возникает потребность в образовании того или иного белка, то ген, в котором зашифрован состав этого белка, активируется. Это значит, что на участке нити ДНК, составляющем, данный ген, образуются молекулы так называемой информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК).

Строение и состав этих молекул, представляющих собой одиночные цепочки из нуклеотидов, отображает нуклеотидное строение того гена, на котором они образовались. Таким образом происходит копирование информации о составе будущего белка.

Образование молекул и-РНК (на каждом гене их образуется много) означает и размножение информации, как бы отпечатывание многих одинаковых матриц, отображающих строение одного и того же гена и тем самым несущих в нуклеотидной последовательности своих молекул информацию об аминокислотном составе заданного белка. Эти отпечатки гена переходят из ядра в цитоплазму. Здесь происходит расшифровка информации, заключенной в матрицах - молекулах и-РНК, реализация информации, перевод ее с языка нуклеотидной последовательности на язык последовательности аминокислот, т. е. синтез белковых молекул заданного состава.

В расшифровке и синтезе, кроме молекулы и-РНК, участвует большое число молекул различных транспортных рибонуклеиновых кислот (т-РНК), рибосомы и ряд ферментов. Аминокислоты связываются с т-РНК - молекула с молекулой. Каждому из 20 видов аминокислот соответствует своя т-РНК. Так, у молекулы т-РНК имеются химические группы, способные узнавать свою аминокислоту, выбирая именно ее из всех наличных аминокислот. Происходит это с помощью специальных ферментов. Узнав свою аминокислоту, т-РНК вступает с ней в соединение. К началу молекулы и-РНК присоединяется рибосома, которая, продвигаясь по и-РНК, соединяет друг с другом в полипептидную цепочку именно те аминокислоты, порядок которых зашифрован нуклеотидной последовательностью данной и-РНК. Это считывание информации, эта ее расшифровка происходит благодаря специальному механизму, имеющемуся в транспортных РНК, молекулы которых выстраивают друг за другом именно те аминокислоты, которые «обозначены», «записаны» нуклеотидной последовательностью молекулы и-РНК. Рибосома - аппарат для химического связывания аминокислот в молекулу белка.

Итак, общая схема такова. На активированном гене - участке одной из цепочек молекулы ДНК - синтезируются нуклеотидные же цепочки, молекулы и-РНК, состав которых точно отображает состав гена, а значит, несет в себе запись состава белка, кодируемого данным геном. В цитоплазме рибосомы на основе информации, перенесенной с гена молекулами и-РНК, с помощью транспортных РНК соединяют разные аминокислоты в заданной последовательности, в результате чего образуется молекула того белка, состав которого закодирован в этом гене.

Образование молекул и-РНК на активированном гене служит и командой и конкретной программой для синтеза строго определенного белка. Одна и та же молекула и-РНК используется как чертеж для создания многих одинаковых молекул белка. Однако она довольно недолговечна, поэтому для длительно продолжающегося синтеза новых молекул того же белка необходимо образование на одном и том же гене одинаковых, но новых экземпляров молекул и-РНК. С переходом гена в неактивное состояние - а это происходит при исчезновении у клетки потребности в данном белке - он блокируется, перестает образовывать и-РНК, и вскоре синтез этого белка прекращается. В ходе жизни клетки у нее возникают потребности в разных белках. Всякий раз активируются определяющие их гены и образуются молекулы и-РНК соответствующего состава.

Каждая рибосома производит за свою жизнь много молекул разных белков. Она может работать на основе любой и-РНК, и результат, характер созданного ею белка зависит только от состава той и-РНК, в контакте с которой рибосома работала на этот раз.

Таким образом, клеточное ядро выполняет следующие взаимосвязанные функции. В нем хранятся сведения о составе всех белков, способных синтезироваться в данной клетке в течение ее жизни. (Исключение представляют собой некоторые белки митохондрий и хлоропластов. Их состав зашифрован в собственных ДНК этих органоидов, где эти ДНК и находятся. Здесь же, на месте, происходят все этапы расшифровки сведений, заключенных в этих ДНК, включая и сам синтез данных белков с помощью собственных рибосом.)

В ядре хранятся сведения о всех свойствах клетки и организма. Ядро организует синтез каждого из этих белков в нужный момент. При делений клетки, сопровождающемся делением ядра, вся эта информация в полном объеме переходит в каждое из вновь образуемых ядер, в каждую новую клетку. Это возможно благодаря тому, что перед делением весь генный материал хромосом самоудваивается, образуются два одинаковых его экземпляра и по одному из них оказывается в каждом из новых ядер. Ядро каждой клетки содержит полный набор генов, свойственных данному организму. Однако в течение жизни разных специализированных клеток работают далеко не все гены. В одних клетках функционирует одна часть генов, в других - другая, в третьих - третья. Именно поэтому клетки разных тканей одного организма отличаются друг от друга. Значительная часть генов так и остается в пассивном, лишь «храпящем информацию» состоянии от рождения до самой смерти клетки, организма. Кроме того, гены в данной клетке работают не одновременно: одни активны в один период жизни клетки, на таком-то этапе ее развития; другие - на другом и т. д.

Почему одни гены так и остаются неактивными, каким образом включаются и выключаются другие - очень сложная и важная проблема, которая сейчас интенсивно исследуется. Большую роль в блокировании и деблокировании генов играют, по-видимому, белки-гистоны. Они входят в состав хромосом, находясь в соединении с ДНК. Возможно, активация, «раскрепощение» гепа происходит тогда, когда молекула гистона отсоединяется от соответствующего участка ДНК, тем самым обнажая его цепочки, позволяя им расплестись и начать функционировать химически. Присоединение гистона ведет к блокировке гена. Однако, чем управляется присоединение и отсоединение гистонов, недостаточно ясно.

Генный материал, как говорилось, находится в хромосомах. Поэтому работа ядра по хранению наследственной информации, по ее удвоению и передаче из клетки в клетку, по организации синтеза различных белков в течение жизни клетки - это прежде всего работа хромосом. Хотя они существуют в течение всей жизни клетки, но в виде четких структур хромосомы различимы в ядре только во время деления клетки. В это время происходит конденсация материала хромосом и хромосомы удается выявить методами микроскопии как индивидуальные, четко очерченные образования.

Хромосомы имеют различную форму. Это либо прямые или изогнутые палочки, либо разнообразные крючки, овальные тельца, шарики (рис. 36). Сильно варьируют они и по размерам. Каждая клетка растений данного вида содержит в своем ядре одинаковый набор (или наборы) хромосом из строго определенного числа разных, но строго определенных хромосом. У всех высших и некоторых низших растений в течение их жизненного цикла чередуются два поколения: с клетками, содержащими в ядрах однократный (гаплоидный, п) набор хромосом, и с клетками, ядра которых имеют двойной (диплоидный, 2п) набор хромосом. Гаплоидный набор состоит из п разных хромосом, по одной каждого типа. Численная величина строго постоянна для всех гаплоидных клеток всех растений данного вида. Так, для лесной земляники это число составляет 7, для гороха - тоже 7, но для фасоли - 11, для яблони - 17, для земляной груши - 51, для сахарного тростника - 60. Диплоидный набор - это два гаплоидных, сложенных вместе. В нем по две хромосомы каждого типа. Если у гороха в гаплоидном наборе 7 разных хромосом, то в диплоидном 7 разных пар хромосом, причем две хромосомы в пределах каждой пары одинаковы. Легко сосчитать, что для перечисленных растений диплоидный набор (2п) составляет для земляники 14, для гороха - 14, для фасоли - 22, для яблони - 34, для земляной груши - 102, а для сахарного тростника - 120 хромосом.

В жизненном цикле мхов, папоротников чередуются организмы с диплоидными и гаплоидными клетками. Эти организмы у папоротников ведут самостоятельную, изолированную друг от друга жизнь. У мхов диплоидное растение живет на гаплоидном. В диплоидном организме образуются гаплоидные клетки-споры. Каждая из них, прорастая, дает гаплоидный организм, т. е. организм, построенный из гаплоидных клеток. В нем образуются гаплоидные же половые клетки - гаметы.

В момент оплодотворения мужская и женская гаметы сливаются, образуя одну клетку - зиготу, имеющую одно ядро - результат слияния ядер обеих гамет. От каждой из гамет ядро зиготы получает по гаплоидному набору хромосом, и в результате оно имеет двойной, диплоидный набор их. Из зиготы развивается организм, каждая клетка которого имеет диплоидный набор хромосом.

В диплоидном наборе две хромосомы каждой пары одинаковы по форме, внутреннему строению, содержат гены, управляющие появлением однородных признаков (рис. 36). Они называются гомологичными хромосомами. Одна из них происходит из гаплоидного набора отцовской гаметы, другая - материнской. Поэтому у раздельнополых организмов одна из них несет гены, определяющие развитие подведомственных ей признаков по отцовскому типу, вторая - по материнскому.

Гомологичные хромосомы другой пары таким же образом определяют развитие другого ряда признаков, третьей пары-третьего ряда и т. д. Хотя отцовский и материнский организмы относятся к одному виду, но наследственные свойства их не тождественны - у них имеются и индивидуальные отличия. Поэтому некоторые гены одной гомологичной хромосомы не тождественны соответствующим генам второй.

Гаплоидный набор, входящий в состав диплоидного и происходящий из отцовской гаметы, несет отцовскую наследственность с ее индивидуальными чертами, а гаплоидный набор из материнской гаметы - материнскую. Сложное взаимодействие однородных, но не всегда тождественных генов двух гаплоидных наборов, в сумме образующих один диплоидный, определяет, какие признаки проявятся у диплоидпого потомства, которое, по существу, является гибридом отца и матери.

У голосеменных и покрытосеменных растений чередование поколений происходит в принципе, так же как у мхов и папоротников, но их гаплоидная фаза сильно редуцирована и представлена часто лишь группой клеток. Она живет не самостоятельно, а в теле гаплоидного растения. У покрытосеменных растений женское гаплоидное поколение заключено в зародышевом мешке, находящемся в семяпочке, а мужское- внутри пыльцевого зерна.

Еще до деления клетки каждая молекула ДНК в каждой хромосоме пристраивает около себя свою копию - вторую такую же молекулу. В результате весь наследственный материал клетки удваивается, а каждая хромосома состоит теперь из двух равноценных частей - хроматид. Далее «задача» клетки состоит в том, чтобы, разделив каждую хромосому на хроматиды, строго поровну распределить их между будущими дочерними клетками: в каждую из них нужно направить по одной хроматиде от каждой хромосомы. Это осуществляется следующим образом. Непосредственно перед делением клетки хромосомы сильно уплотняются и сокращаются. Затем они располагаются в одной плоскости - по экватору ядра, причем одна хроматида каждой из них обращена к одному полюсу клетки, другая - к противоположному. Ядерная оболочка исчезает, растворяется и ядрышко. Между полюсами клетки появляются нити, в своей совокупности образующие фигуру веретена. Нити собираются из соединяющихся друг с другом микротрубочек. Веретено состоит из нитей двух родов. Одни- непрерывные, идущие от одного полюса клетки к другому. Другие-тянущие, каждая из которых соединяет полюс с одной из хроматид. В хромосоме имеется участок - кинетохор, к которому и прикрепляются тянущие нити - одна от одного полюса, другая от второго. Далее происходит расхождение хроматид. Хроматиды, составлявшие до этого каждую хромосому, отделяются друг от друга и, подтягиваемые нитями, расходятся к противоположным полюсам клетки. В результате у каждого полюса собирается по одному полному набору хроматид, которые теперь уже являются хромосомами. После этого нити веретена распадаются, вокруг каждого набора хромосом образуется ядерная оболочка, хромосомы сильно разбухают (деспирализуются). В каждом ядре появляется ядрышко. Ядро обретает структуру, свойственную ядрам, неделящихся клеток. В срединной плоскости клетки образуется перегородка, разделяющая клетку на две дочерние.

Органоиды распределяются между дочерними клетками не строго поровну, но затем в клетках синтезируются их составные части, происходит сборка новых экземпляров органоидов каждого вида, и число их в каждой клетке восстанавливается до нормального. Сами клетки растут. В хромосомах происходит удвоение наследственного материала, после чего хромосомы состоят, как перед делением клетки, из двух хроматид. Клетка готова к новому делению.

,

При смене диплоидного поколения клеток гаплоидным происходит так называемое редукционное деление ядра - мейоз. Во время мейоза (рис. 38) гомологичные хромосомы каждой пары сближаются, тесно прилегают друг к другу по своей длине, перекручиваются. Между соприкасающимися гомологичными хромосомами происходит обмен отдельными участками. В результате этого часть генов отцовских хромосом переходит в состав материнских хромосом, а соответствующие им гены материнских хромосом занимают освободившиеся места в отцовских хромосомах (явление кроссннговера- рис. 38А). Внешний вид тех и других хромосом в результате этого не меняется, но их качественный состав становится иным. Отцовская и материнская наследственности перераспределяются и смешиваются. Далее ядерная оболочка и ядрышко растворяются, образуется аппарат веретена, такой же, как при митозе. Гомологичные хромосомы разъединяются и с помощью нитей веретена расходятся к полюсам клетки. У одного полюса оказывается один гаплоидный набор хромосом (по одной гомологичной хромосоме из каждой пары), у другого - второй гаплоидный набор.

Вслед за мейозом образовавшиеся гаплоидные ядра делятся путем митоза. При этом каждая хромосома гаплоидного набора расщепляется на две хроматиды, они расходятся и образуются дочерние гаплоидные клетки.

Мейоз отличается от митоза двумя принципиальными моментами. Во-первых, при мейозе происходят слипание каждой пары гомологичных хромосом и обмен между ними частью наследственного материала, чего нет при митозе. Во-вторых, при мейозе к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, по одной от каждой пары, а при митозе каждая хромосома расщепляется на хроматиды и к полюсам расходятся хроматиды, по одной от каждой хромосомы. В результате мейоза из диплоидной клетки образуются гаплоидные.

В клетках некоторых тканей при их развитии происходит незавершенный митоз: материал хромосом в ядрах удваивается, хромосомы делятся пополам, но, вместо того чтобы образовать два ядра, остаются в исходном ядре. С этого момента оно заключает в себе не диплоидный, а тетраплоидпьтй (четверной) набор хромосом. Процесс, ведущий к подобному удвоепию хромосом внутри одного ядра, называется эндомитозом - внутренним митозом. Если он происходит с одним ядром дважды, то оно становится октоплоидпым (восьмикратным) набором и т. д. Клетки, ядра которых несут в себе больше двух наборов хромосом, называются полиплоидными, т. е. многоплоидными. Полиплоидия клеток в ряде случаев повышает их жизнеспособность, поскольку каждый ген дублируется несколькими другими такими же генами. Однокачественные гены действуют в унисон, и повреждение какого-нибудь из них по ведет к выпадению определяемого им признака, так как компенсируется работой остальных однородных генов. Во многих случаях полиплоидные клетки крупнее и богаче содержимым, чем диплоидные. Выведены сорта полиплоидных культурных растений, которые обладают повышенными хозяйственными качествами.

Наука, изучающая клетку, называется цитологией. Клетка представляет собой основу строения всего живого и всех жизненных процессов; поэтому большинство важнейших общебиологических проблем можно решить с привлечением цитологии и методов ее исследования.

С помощью цитологии решаются многие практически важные вопросы: борьба с болезнями растений (грибными, бактериальными), выведение новых сортов культурных растений, преодоление стерильности (бесплодия) гибридных сортов.

Эти проблемы современная цитология исследует, применяя разнообразные методы - микроскопические, биохимические, биофизические, генетические - и тесно взаимодействуя с другими смежными биологическими науками.

Жизнь растений: в 6-ти томах. - М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров .

растительная клетка (какая) - паренхимные все размеры примерно одинаковые. прозенхимные длина во много раз больше ширины. прозенхима из них состоит ткань. трахеиды. склереиды. идиобласты …

- (cellula, cytus), основная структурно функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Может существовать как отд. организм (бактерии, простейшие, нек рые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных,… … Биологический энциклопедический словарь

Элементарная единица живого. Клетка отграничена от других клеток или от внешней среды специальной мембраной и имеет ядро или его эквивалент, в котором сосредоточена основная часть химической информации, контролирующей наследственность. Изучением… … Энциклопедия Кольера

клетка (организма) - ▲ ячейка организм клетка элементарная единица всех живых организмов; обладает всеми свойствами живой системы; может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, водоросли), так и в составе тканей многоклеточных организмов (грибов … Идеографический словарь русского языка

КЛЕТКА - КЛЕТКА. Содержание: Исторический очерк............... 40 Строение К.................... 42 Форма и величина К............. 42 Клеточное тело................ 42 Ядро...................... 52 Оболочка.................... 55 Жизнедеятельность К … Большая медицинская энциклопедия

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Растительная клетка. Зелёная оболочка клеточная стенка. Клеточная стенка жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны … Википедия

образовательная ткань - растительная клетка образовательная ткань, меристема ткань, в течение всей жизни сохраняющая способность к образованию новых клеток. камбий однорядный слой клеток образовательной ткани в стеблях и корнях преим. голосеменных и двудольных… … Идеографический словарь русского языка

Отрасль естествознания, исследующая растения; название ее происходит от греческого слова βοτάνη трава, и должно бы переводиться травоведение. Занимаясь распознаванием и классификацией всех растительных форм, уяснением их взаимного сродства,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона 200любимых страниц для почемучек, Хочешь узнать, что изучают различные науки, например такие, как химия, физика, биология? А может быть, ты уже рассматриваешь варианты будущей профессии? Тогда ты выбрал правильную книгу.…

Лекция № 2

Структура растительной клетки

1. Особенности строения клеток растений

2. Основные химические компоненты протопласта

3. Цитоплазма

4. Ядро. Деление ядра и клетки.

5. Производные протопласта.

Открытие и изучение клетки связаны с созданием светового микроскопа в конце XVI – начале XVII в. Растительную клетку открыл англичанин Роберт Гук в 1665 г., рассматривая под микроскопом срез растительной пробки. Термин “клетка” он употребил впервые в своей книге “Микрография” при описании ячеек этой пробки. На рубеже 30-40-х годов XIX в. немецкими учеными зоологом Т.Шванном и ботаником М.Шлейденом сформулирована клеточная теория, главный тезис которой – признание клеточного строения всех живых организмов. Клетка – главный компонент морфологического строения организмов, так как именно из клеток состоят ткани и органы. Клетка – основа многоклеточных организмов и в физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей. Клетка – сложная целостная система, образованная из взаимодействующих компонентов и выполняющая функцию связи между индивидуумом и видом, так как в ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие его особей.

1. Особенности строения клеток растений. Размеры большинства клеток покрытосеменных растений колеблются от 10 до 100 мкм. Число клеток в теле растения, как правило, очень велико, например, более чем 100 млн. в одном листе дерева.

По форме различают два основных типа клеток: паренхимные и прозенхимные. Клетки, диаметр которых по всем направлениям различается не сильно, называют паренхимными (греч. пара – равный, энхима - начинка). Обычно в зрелом состоянии они остаются живыми. Примером паренхимных клеток может служить большинство клеток листьев, сочных плодов. Очень часто разрастание клеток идет преимущественно в одном направлении, в результате чего образуются сильно вытянутые, прозенхимные (греч. прос – по направлению к) клетки. Концы их обычно заострены. Прозенхимные клетки характерны для древесины. В зрелом состоянии обычно они мертвы.

В растительной клетке различают пять структурных элементов: 1. Клеточная стенка; 2. Одна крупная и несколько мелких вакуолей с клеточным соком; 3. Вязкая цитоплазма, расположенная между клеточной стенкой и вакуолью; 4. Ядро, погруженное в цитоплазму; 5. Пластиды.

Все компоненты клетки можно разделить на две группы: а) протопласт – основа клетки с ее живым содержимым – органеллами; б) производные протопласта – клеточная стенка и вакуоль с клеточным соком. Большую часть протопласта растительной клетки занимает цитоплазма, меньшую по массе – ядро. От вакуоли протопласт отграничен мембраной – тонопластом, от клеточной стенки – другой мембраной – плазмалеммой. От цитоплазмы ядро также отделено мембранами.

Протопласт (греч. протос – первый, пластос - оформленный) представляет собой многофазную коллоидную систему – гидрозоль, где дисперсной средой является на 90-95 % вода, а дисперсной фазой – органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. Протопласт дифференцирован на различные компоненты, называемые органеллами (или органоидами). Органеллы погружены в гиалоплазму. Гиалоплазма с органеллами составляет цитоплазму клетки.

Своеобразие растительных клеток заключается в наличии у них прочных оболочек, пронизанных плазмодесмами (тончайшие цитоплазматические нити, или каналы, пересекающие оболочку смежных клеток), пластид и в большинстве случаев крупной центральной вакуоли.

Отличие растительной клетки от животной

Растительная клетка	Животная клетка
1. Растительная клетка крупнее животной	1. Форма клеток более разнообразная (нервные, мерцательные, кубические)
2. Оболочка растительной клетки состоит из целлюлозы	2. В состав оболочки животной клетки входят органические вещества
3. Растительная клетка имеет пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты)	3. Пластиды отсутствуют
4. Происходит фотосинтез посредством световой энергии, в результате чего образуются органические вещества	4. Органические вещества синтезируются самостоятельно

2. Основные химические компоненты протопласта. Органические вещества клетки. Белки – биополимеры, образованные аминокислотами, составляют 40-50% сухой массы протопласта. Они участвуют в построении структуры и функциях всех органелл. В химическом отношении белки подразделяются на простые (протеины) и сложные (протеиды). Сложные белки могут образовывать комплексы с липидами – липопротеиды, с углеводами – гликопротеиды, с нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды и т.д.

Белки входят в состав ферментов (энзимов), регулирующих все жизненно важные процессы.

Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – важнейшие биополимеры протопласта, содержание которых составляет 1-2 % от его массы. Это вещества хранения и передачи наследственной информации. ДНК в основном содержится в ядре, РНК – в цитоплазме и ядре. ДНК содержит углеводный компонент дезоксирибозу, а РНК – рибонуклеиновую кислоту. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды бывают пяти типов в зависимости от азотистого основания. Молекула ДНК представлена двумя полинуклеотидными спиральными цепями, молекула РНК – одной.

Липиды – жироподобные вещества, содержащиеся в количестве 2-3 %. Это запасные энергетические вещества, входящие также в состав клеточной стенки. Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время обильных дождей. Протопласт растительной клетки содержит простые (жирные масла) и сложные липиды (липоиды, или жироподобные вещества).

Углеводы. Углеводы входят в состав протопласта каждой клетки в виде простых соединений (растворимых в воде сахаров) и сложных углеводов (нерастворимых или слаборастворимых) – полисахаридов. Глюкоза (С 6 Н 12 О 6) – моносахарид. Особенно много его в сладких плодах, он играет роль в образовании полисахаридов, легко растворяется в воде. Фруктоза, или плодовый сахар, - моносахарид, имеющий такую же формулу, но по вкусу значительно слаще. Сахароза (С 12 Н 22 О 11) – дисахарид, или тростниковый сахар; в больших количествах содержится в сахарном тростнике и корнеплодах сахарной свеклы. Крахмал и целлюлоза – полисахариды. Крахмал – резервный энергетический полисахарид, целлюлоза – основной компонент клеточной стенки. В клеточном соке корнеклубней георгина, корнях цикоря, одуванчика, девясила и других сложноцветных встречается еще один полисахарид – инулин.

Из органических веществ в клетках также содержатся витамины – физиологически активные органические соединения, контролирующие ход обмена веществ, гормоны, регулирующие процессы роста и развития организма, фитонциды – жидкие или летучие вещества, выделяемые высшими растениями.

Неорганические вещества в клетке. Клетки включают от 2 до 6 % неорганических веществ. В составе клетки обнаружено более 80 химических элементов. По содержанию элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на три группы.

Макроэлементы. На их долю приходится около 99 % всей массы клетки. Особенно высока концентрация кислорода, углерода, азота и водорода. Их доля составляет 98 % всех макроэлементов. К оставшимся 2 % относятся - калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор.

Микроэлементы. К ним принадлежат преимущественно ионы тяжелых металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ. Содержание их в клетке колеблется от 0,001 до 0,000001 %. К микроэлементам относятся бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром и др.

Ультрамикроэлементы. Доля их не превышает 0,000001 %. К ним относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и другие редкие металлы.

Вода – составная часть любой клетки, это основная среда организма, принимающая непосредственное участие во многих реакциях. Вода - источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции диоксида углерода. Вода – растворитель. Различают гидрофильные вещества (от греч. «hydros» - вода и «phileo» - люблю), хорошо растворимые в воде, и гидрофобные (греч. «phobos» - боязнь) – вещества, трудно или совсем не растворимые в воде (жиры, жироподобные вещества и др.). Вода – основное средство передвижения вещества в организме (восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам растений) и в клетке.

3. Цитоплазма. В протопласте большую часть занимает цитоплазма с органоидами, меньшую - ядро с ядрышком. Цитоплазма имеет плазматические оболочки: 1) плазмалемму – наружную мембрану (оболочку); 2) тонопласт – внутреннюю мембрану, соприкасающуюся с вакуолью. Между ними расположена мезоплазма – основная масса цитоплазмы. В мезоплазму входят: 1) гиалоплазма (матрикс) – бесструктурная часть мезоплазмы; 2) эндоплазматическая сеть (ретикулум); 3) аппарат Гольджи; 4) рибосомы; 5) митохондрии (хондриосомы); 6) сферосомы; 7) лизосомы; 8) пластиды.

Цитоплазма представляет собой густой прозрачный коллоидный раствор. В зависимости от выполняемых физиологических функций каждая клетка имеет свой химический состав. Основу цитоплазмы составляет ее гиалоплазма, или матрикс, роль которой заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними. Цитоплазма имеет щелочную реакцию среды и на 60-90 % состоит из воды, в которой растворены различные вещества: до 10-20 % белков, 2-3 % жироподобных веществ, 1,5 % органических и 2-3 % неорганических соединений. В цитоплазме осуществляется важнейший физиологический процесс – дыхание, или гликолиз, в результате которого происходит расщепление глюкозы без доступа кислорода в присутствии ферментов с освобождением энергии и образованием воды и диоксида углерода. Цитоплазма пронизана мембранами – тончайшими пленками фосфолипидного строения. Мембраны образуют эндоплазматическую сеть – систему мелких канальцев и полостей, образующих сеть. Эндоплазматическая сеть называется шероховатой (гранулярной), если на мембранах канальцев и полостей находятся рибосомы или группы рибосом, которые выполняют синтез белка. Если эндоплазматическая сеть лишена рибосом, то называется гладкой (агранулярной). На мембранах гладкой эндоплазматической сети синтезируются липиды и углеводы.

Аппарат Гольджи – система уплощенных цистерн, лежащих параллельно и ограниченных двойными мембранами. От концов цистерн отшнуровываются пузырьки, через которые удаляются конечные или ядовитые продукты жизнедеятельности клетки, обратно же в диктиосомы поступают вещества, необходимые для синтеза сложных углеводов (полисахаридов) на построение клеточной стенки. Также комплекс Гольджи участвует в формировании вакуолей. Одно из важнейших биологических свойств цитоплазмы – циклоз (способность к движению), интенсивность которого зависит от температуры, степени освещения, снабжения кислородом и других факторов.

Рибосомы – мельчайшие частицы (от 17 до 23 нм), образованные рибонуклеопротеидами и молекулами белка. Они присутствуют в цитоплазме, ядре, митохондриях, пластидах; бывают одиночными и групповыми (полисомы). Рибосомы – центры синтеза белка.

Митохондрии – «энергетические станции» всех эукариотических клеток. Форма их разнообразна: от округлых до цилиндрических и даже палочковидных телец. Численность их – от нескольких десятков до нескольких тысяч в каждой клетке.Размеры не более 1 мкм. Снаружи митохондрии окружены двухмембранной оболочкой. Внутренняя мембрана представлена в виде пластинчатых выростов – крист. Размножаются путем деления.

Основная функция митохондрий – участие в дыхании клетки с помощью ферментов. В митохондриях в результате реакции окислительного фосфорилирования синтезируются богатые энергией молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Механизм окислительного фосфорилирования был открыт английским биохимиком П.Митчелом в 1960 г.

Пластиды. Эти органеллы, характерные только для растений, встречаются во всех живых растительных клетках. Пластиды – относительно крупные (4-10 мкм) живые растительные тельца разной формы и окраски. Различают три типа пластид: 1) хлоропласты, окрашенные в зеленый цвет; 2) хромопласты, окрашенные в желто-красные цвета; 3) лейкопласты, не имеющие окраски.

Хлоропласты встречаются во всех зеленых органах растений. У высших растений пластид в клетках несколько десятков, у низших (водорослей) – 1-5. Они крупные, разнообразны по форме. В хлоропластах содержится до 75 % воды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты и красящие вещества – пигменты. Для образования хлорофилла необходимы определенные условия – свет, соли железа и магния в почве. От цитоплазмы хлоропласт отделен двойной мембранной оболочкой; тело его состоит из бесцветной мелкозернистой стромы.Строма пронизана параллельно расположенными пластинками – ламеллами, дисками. Диски собраны в стопки – граны. Основная функция хлоропластов – фотосинтез.

Хромопласты встречаются в корнеплодах моркови, плодах многих растений (облепиха, шиповник, рябина и др.), в зеленых листьях шпината, крапивы, в цветках (розы, гладиолусы, календула), окраска которых зависит от присутствия в них пигментов каротиноидов: каротина – оранжево-красного цвета и ксантофилла – желтого цвета.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, пигменты отсутствуют. Они представляют собой белковые вещества в виде шаровидных, веретонообразных зернышек, концентрирующихся вокруг ядра. В них осуществляется синтез и накопление запасных питательных веществ, в основном крахмала, белков и жиров. Лейкопласты находятся в цитоплазме, эпидерме, молодых волосках, подземных органах растений и в тканях зародыша семени.

Пластиды могут переходить из одного вида в другой.

4. Ядро. Ядро – одно из главных органелл эукариотической клетки. В растительной клетке одно ядро. В ядре хранится и воспроизводится наследственная информация. Размеры ядра у разных растений разные, от 2-3 до 500 мкм. Форма чаще округлая или чечевицеобразная. В молодых клетках ядро крупнее, чем в старых, и занимает центральное положение. Ядро окружено двойной мембраной с порами, регулирующими обмен веществ. Наружная мембрана объединена с эндоплазматической сетью. Внутри ядра заключен ядерный сок – кариоплазма с хроматином, ядрышками и рибосомами. Хроматин – бесструктурная среда из особых нуклеопротеидных нитей, богатых ферментами. В хроматине сосредоточена основная масса ДНК. В процессе клеточного деления хроматин превращается в хромосомы – носители генов. Хромосомы образованы двумя одинаковыми нитями ДНК – хроматидами. Каждая хромосома в середине имеет перетяжку – центромеру. Число хромосом у разных растений неодинакова: от двух до нескольких сотен. Каждый вид растений имеет постоянный набор хромосом. В хромосомах синтезируются нуклеиновые кислоты, необходимые для образования белков. Совокупность количественных и качественных признаков хромосомного набора клетки называют кариотипом. Изменение числа хромосом происходит в результате мутаций. Наследственное кратное увеличение числа хромосом у растений получило название полиплоидии.

Ядрышки – сферические, довольно плотные тельца диаметром 1-3 мкм. В ядре содержатся 1-2, иногда несколько ядрышек. Ядрышко является основным носителем РНК ядра. Основная функция ядрышка – синтез рРНК.

Деление ядра и клетки. Размножение клеток происходит путем их деления. Период между двумя последовательными делениями составляет клеточный цикл. При делении клеток наблюдается рост растения и увеличение его общей массы. Существуют три способа деления клеток: митоз, или кариокинез (непрямое деление), мейоз (редукционное деление) и амитоз (прямое деление).

Митоз характерен для всех клеток органов растений, кроме половых. В результате митоза растет и увеличивается общая масса растения. Биологическое значение митоза заключается в строго одинаковом распределении редуплицированных хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток. Митоз впервые был описан русским ботаником И.Д.Чистяковым в 1874 г. В процессе митоза выделяют несколько фаз: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Промежуток между двумя делениями клетки называется интерфазой. В интерфазе осуществляется общий рост клетки, редупликация органоидов, синтез ДНК, формирование и подготовка структур к началу митотического деления.

Профаза – самая длительная фаза митоза. В профазе хромосомы становятся видны в световой микроскоп. В профазе ядро претерпевает два изменения: 1. стадия плотного клубка; 2. стадия рыхлого клубка. В стадии плотного клубка хромосомы становятся видны в световой микроскоп, раскручиваются из клубка или из спирали и вытягиваются. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, расположенных параллельно друг другу. Постепенно они укорачиваются, утолщаются и обособляются, исчезают ядерная оболочка и ядрышко. Ядро увеличивается в объеме. На противоположных полюсах клетки образуется ахроматиновое веретено – веретено деления, состоящее из неокрашивающихся нитей, протягивающихся от полюсов клетки (стадия рыхлого клубка).

В метафазе заканчивается формирование веретена деления, хромосомы приобретают определенную форму того или иного вида растения и собираются в одной плоскости – экваториальной, на месте бывшего ядра. Ахроматиновое веретено постепенно сокращается, и хроматиды начинают отделяться друг от друга, оставаясь связанными в области центромеры.

В анафазе происходит деление центромеры. Образовавшиеся сестринские центромеры и хроматиды направляются к противоположным полюсам клетки. Самостоятельные хроматиды становятся дочерними хромосомами, и, следовательно, их будет точно столько, сколько в материнской клетке.

Телофаза – последняя фаза деления клетки, когда дочерние хромосомы достигают полюсов клетки, постепенно исчезает веретено деления, хромосомы удлиняются и становятся плохо заметными в световой микроскоп, в экваториальной плоскости формируется срединная пластинка. Постепенно образуется клеточная стенка и одновременно – ядрышки и ядерная оболочка вокруг двух новых ядер (1. стадия рыхлого клубка; 2. стадия плотного клубка). Образовавшиеся клетки вступают в очередную интерфазу.

Длительность митоза примерно 1-2 часа. Процесс от момента образования срединной пластинки до формирования новой клетки называют цитокинезом. Дочерние клетки в два раза мельче материнских, но затем они растут и достигают размеров материнской клетки.

Мейоз. Впервые был открыт русским ботаником В.И.Беляевым в 1885 г. Этот тип деления клеток связан с образованием спор и гамет, или половых клеток, имеющих гаплоидное число хромосом (n). Сущность его заключается в уменьшении (редукции) числа хромосом в 2 раза в каждой образовавшейся после деления клетке. Мейоз состоит из двух следующих друг за другом делений. Мейоз в отличие от митоза состоит из двух видов деления: редукционного (увеличение); экватоционного (митотическое деление). Редукционное деление происходит при первом делении, которое состоит из нескольких фаз: профаза I, метафаза I, анафаза I, телофаза I. В экватоционном делении различают: профаза II, метафаза II, анафаза II, телофаза II. В редукционном делении существует интерфаза.

Профаза I. Хромосомы имеют форму длинных двойных нитей. Хромосома состоит из двух хроматид. Это стадия лептонемы. Затем гомологичные хромосомы притягиваются друг к другу, образуя пары – биваленты. Эта стадия называется зигонемой. Спаренные гомологичные хромосомы состоят из четырех хроматид, или тетрад. Хроматиды могут быть расположены параллельно друг другу либо перекрещиваться между собой, обмениваясь участками хромосом. Эта стадия получила название кроссинговера. В следующей стадии профазы I – пахинеме, хромосомные нити утолщаются. В следующей стадии – диплонеме – тетрады хроматид укорачиваются. Конъюгирующие хромосомы сближаются друг с другом так, что становятся неразличимыми. Исчезают ядрышко и ядерная оболочка, формируется ахроматиновове веретено. В последней стадии – диакинезе – биваленты направляются к экваториальной плоскости.

Метафаза I. Биваленты располагаются по экватору клетки. Каждая хромосома прикреплена ахроматиновым веретеном к центромере.

Анафаза I. Происходит сокращение нитей ахроматинового веретена, и гомологичные хромосомы в каждом биваленте расходятся к противоположным полюсам, причем на каждом полюсе окажется половинное число хромосом материнской клетки, т.е. происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и образуются два гаплоидных ядра.

Телофаза I. Эта фаза слабо выражена. Хромосомы деконденсируются; ядро принимает вид интерфазного, но в нем не происходит удвоения хромосом. Эта стадия называется интеркинезом. Она непродолжительная, у некоторых видов отсутствует, и тогда клетки сразу после телофазы I переходят в профазу II.

Второе мейотическое деление происходит по типу митоза.

Профаза II. Наступает быстро, вслед за телофазой I. Видимых изменений в ядре не происходит и сущность этой стадии заключается в том, что происходит рассасывание ядерных оболочек и появление четырех полюсов деления. Возле каждого ядра возникает два полюса.

Метафаза II. Удвоенные хромосомы выстраиваются у своих экваторов и стадия носит название стадии материнской звезды или экваториальной пластинки. От каждого полюса деления отходят нити веретена деления, которые прикрепляются к хроматидам.

Анафаза II. Полюса делений натягивают нити веретена деления, которые начинают рассасываться и натягивать удвоенные хромосомы. Наступает момент разрыва хромосом и расхождения их к четырем полюсам.

Телофаза II. Вокруг каждого полюса у хромосом происходит стадия рыхлого клубка и стадия плотного клубка. После чего рассасываются центриоли и вокруг хромосом восстанавливаются ядерные оболочки и ядрышки. После чего делится и цитоплазма.

Итогом мейоза является образование четырех дочерних клеток из одной материнской с гаплоидным набором хромосом.

Для каждого вида растений характерно постоянное число хромосом и постоянная их форма. Среди высших растений часто встречается явление полиплоидии, т.е. многократное повторение в ядре одного набора хромосом (триплоиды, тетераплоиды и т.д.).

В старых и больных клетках растений можно наблюдать прямое (амитоз) деление ядра путем простой его перетяжки на две части с произвольным количеством ядерного вещества. Впервые это деление было описано Н.Железновым в 1840 г.

5. Производные протопласта. К производным протопласта относятся: 1) вакуоли; 2) включения; 3) клеточная стенка; 4) физиологически активные вещества: ферменты, витамины, фитогормоны и др.; 5) продукты обмена веществ.

Вакуоли – полости в протопласте – производные эндоплазматической сети. Они ограничены мембраной – тонопластом и заполнены клеточным соком. Клеточный сок накапливается в каналах эндоплазматической сети в виде капелек, которые затем сливаются, образуя вакуоли. В молодых клетках содержится много мелких вакуолей, в старой клетке обычно присутствует одна крупная вакуоль. В клеточном соке растворены сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, инулин), растворимые белки, органические кислоты (щавелевая, яблочная, лимонная, винная, муравьиная, уксусная и др.), разнообразные гликозиды, дубильные вещества, алкалоиды (атропин, папаверин, морфин и др.), ферменты, витамины, фитонциды и др. В клеточном соке многих растений имеются пигменты – антоциан (красный, синий, фиолетовый цвет разных оттенков), антохлоры (желтый цвет), антофеины (темно-бурый цвет). В вакуолях семян содержатся белки-протеины. В клеточном соке растворены также многие неорганические соединения.

Вакуоли – места отложений конечных продуктов обмена веществ.

Вакуоли формируют внутреннюю водную среду клетки, с их помощью осуществляется регуляция водно-солевого обмена. Вакуоли поддерживают тургорное гидростатическое давление внутри клеток, что способствует поддержанию формы неодревесневших частей растений – листьев, цветков. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта для воды и явлением осмоса – односторонней диффузией воды через полупроницаемую перегородку в сторону водного раствора солей большей концентрации. Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на цитоплазму, а через нее – на стенку клетки, вызывая упругое ее состояние, т.е. обеспечивая тургор. Нехватка воды в клетке ведет к плазмолизу, т.е. к сокращению объема вакуолей и отделению протопластов от оболочки. Плазмолиз может быть обратимым.

Включения – вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности клетки либо про запас, либо как отбросы. Включения локализуются либо в гиалоплазме и органоидах, либо в вакуоле в твердом или жидком состоянии. Включения представляют собой запасные питательные вещества, например, зерна крахмала в клубнях картофеля, луковицах, корневищах и в других органах растений, откладывающиеся в особом типе лейкопластов – амилопластах.

Клеточная стенка – это твердое структурное образование, придающее каждой клетке форму и прочность. Она выполняет защитную роль, предохраняя клетку от деформации, противостоит высокому осмотическому давлению большой центральной вакуоли и препятствует разрыву клетки. Клеточная стенка - продукт жизнедеятельности протопласта. Первичная клеточная стенка образуется сразу после деления клеток и состоит в основном из пектиновых веществ и целлюлозы. Разрастаясь, она округляется, образуя межклетники, заполненные водой, воздухом или пектиновыми веществами. При отмирании протопласта мертвая клетка способна проводить воду и выполнять свою механическую роль. Клеточная стенка может разрастаться только в толщину. На внутренней поверхности первичной клеточной стенки начинает откладываться вторичная клеточная стенка. Утолщение бывает внутренним и наружным. Наружные утолщения возможны только на свободной поверхности, например, в виде шипов, бугорков и других образований (споры, пыльцевые зерна). Внутреннее утолщение представлено скульптурными утолщениями в виде колец, спиралей, сосудов и т.д. Неутолщенными остаются только поры – места во втроричной стенке клетки. Через поры по плазмодесмам – тяжам цитоплазмы – осуществляется обмен веществ между клетками, передается раздражение из одной клетки в другую и т.д. Поры бывают простые и окаймленные. Простые поры встречаются в паренхимных и прозенхимных клетках, окаймленные – сосудах и трахеидах, проводящих воду и минеральные вещества.

Вторичная клеточная стенка построена главным образом из целлюлозы, или клетчатки (С 6 Н 10 О 5)n – очень стойкого вещества, нерастворимого в воде, кислотах и щелочах.

С возрастом клеточные стенки претерпевают видоизменения, пропитываются различными веществами. Типы видоизменений: опробковение, одревеснение, кутинизация, минерализация и ослизнение. Так, при опробковении клеточные стенки пропитываются особым веществом суберином, при одревеснении – лигнином, при кутинизации – жироподобным веществом кутином, при минерализации – минеральными солями, чаще всего углекислым кальцием и кремнеземом, при ослизнении клеточные стенки поглощают большое количество воды и сильно разбухают.

Ферменты, витамины, фитогормоны. Ферменты – это органические катализаторы белковой природы, присутствуют во всех органоидах и компонентах клетки.

Витамины – органические вещества разного химического состава, присутствуют в качестве компонентов в ферментах и выполняют роль катализаторов. Витамины обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D и др. Различают водорастворимые витамины (В, С, РР, Н и др.) и жирорастворимые (А, D, Е).

Водорастворимые витамины находятся в клеточном соке, а жирорастворимые – в цитоплазме. Известно более 40 витаминов.

Фитогормоны – физиологически активные вещества. Наиболее изучены гормоны роста – ауксин и гиббереллин.

Жгутики и реснички. Жгутики – двигательные приспособления у прокариот и у большинства низших растений.

Реснички имеют многие водоросли, мужские половые клетки высших растений, за исключением покрытосеменных и части голосеменных.

Изучая строение растительной клетки, рисунок с подписями станет полезным визуальным конспектом для усвоения этой темы. Но сначала немного истории.

Историю открытия и изучения клетки связывают с именем английского изобретателя Роберта Гука. В 17 веке, на срезе растительной пробки, рассматриваемой под микроскопом, Р. Гук обнаружил ячейки, которые и были в дальнейшем названы клетками.

Основные сведения о клетке были представлены позже немецким ученым Т. Шванном в клеточной теории, сформулированной в 1838 году. Основные положения этого трактата гласят:

• все живое на земле состоит из структурных единиц - клеток;
• по строению и функциям все клетки имеют общие черты. Эти элементарные частицы способны к размножению, которое возможно благодаря делению материнской клетки;
• в многоклеточных организмах клетки способны объединяться на основании общих функций и структурно-химической организации в ткани.

Клетка растения

Растительная клетка, наряду с общими признаками и схожестью в строении с животной, имеет и свои отличительные особенности, присущие только ей:

• наличие клеточной стенки (оболочки);
• наличие пластид;
• наличие вакуоли.

Строение растительной клетки

На рисунке схематично показана модель растительной клетки, из чего она состоит, как называются основные её части.

Ниже будет подробно рассказано о каждой из них.

Органоиды клетки и их функции — описательная таблица

В таблице собрана важная информация об органоидах клетки. Она поможет школьнику составить план рассказа по рисунку.

Органоид	Описание	Функция	Особенности
Клеточная стенка	Покрывает цитоплазматическую мембрану, состав – в основном целлюлоза.	Поддержание прочности, механическая защита, создание формы клетки, поглощение и обмен различных ионов, транспорт веществ.	Характерна для растительных клеток (отсутствует в животной клетке).
Цитоплазма	Внутренняя среда клетки. Включает полужидкую среду, расположенные в ней органоиды и нерастворимые включения.	Объединение и взаимодействие всех структур (органоидов).	Возможно изменение агрегатного состояния.
Ядро	Самый крупный органоид. Форма шаровидная или яйцевидная. В нем расположены хроматиды (молекулы ДНК). Ядро покрыто двумембранной ядерной оболочкой.	Хранение и передача наследственной информации.	Двумембранный органоид.
Ядрышко	Сферическая форма, d – 1-3 мкм. Являются основными носителями РНК в ядре.	В них синтезируются рРНК и субъединицы рибосом .	Ядро содержит 1-2 ядрышка.
Вакуоль	Резервуар с аминокислотами и минеральными солями.	Регулировка осмотического давления, хранение запасных веществ, аутофагия (самопереваривание внутриклеточного мусора).	Чем старше клетка, тем большее пространство в клетке занимает вакуоль.
Пластиды	3 вида: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.	Обеспечивает автотрофный тип питания, синтез органических веществ из неорганических.	Иногда могут переходить из одного вида пластид в другой.
Ядерная оболочка	Содержит две мембраны. К внешней прикрепляются рибосомы, в некоторых местах происходит соединение с ЭПР. Пронизана порами (обмен между ядром и цитоплазмой).	Разделяет цитоплазму от внутреннего содержимого ядра.	Двумембранный органоид.

Цитоплазматические образования — органеллы клетки

Поговорим подробнее о составляющих растительной клетки.

Ядро

Ядро осуществляет хранение генетической информации и реализацию наследуемой информации. Местом хранения являются молекулы ДНК. При этом в ядре присутствуют репарационные ферменты, которые способны контролировать и ликвидировать самопроизвольное повреждение молекул ДНК.

Кроме этого, сами молекулы ДНК в ядре подвержены редупликации (удвоению). В этом случае клетки, образованные при делении исходной, получают одинаковый и в качественном и количественном соотношении объем генетической информации.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Выделяют два типа: шероховатый и гладкий. Первый тип синтезирует белки на экспорт и клеточные мембраны . Второй тип способен осуществлять детоксикацию вредных продуктов обмена.

Аппарат Гольджи

Открыт исследователем из Италии К. Гольджи в 1898 году. В клетках располагается вблизи ядра. Эти органоиды представляют собой мембранные структуры, укомплектованные вместе. Такую зону скопления называют диктиосомой.

Они принимают участие в накоплении продуктов, которые синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и являются источником клеточных лизосом.

Лизосомы

Не являются самостоятельными структурами. Они представляют собой результат деятельности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Их главное предназначение — участвовать в процессах расщепления внутри клетки.

В лизосомах насчитывается около четырех десятков ферментов, которые разрушают большинство органических соединений. При этом сама мембрана лизосом устойчива к действию таких ферментов.

Митохондрии

Двумембранные органеллы. В каждой клетке их число и размеры могут варьироваться. Они окружены двумя высокоспециализированными мембранами. Между ними расположено межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана способна образовывать складки — кристы. Благодаря наличию крист, внутренняя мембрана превосходит в 5 раз площадь внешней мембраны.

Повышенная функциональная активность клетки обусловлена увеличенным числом митохондрий и большим количеством крист в них, тогда как в условиях гиподинамиии количество крист в митохондрии и число митохондрий резко и быстро изменяется.

Обе мембраны митохондрий отличаются по своим физиологическим свойствам. При повышенном или пониженном осмотическом давлении внутренняя мембрана способна сморщиваться или растягиваться. Для наружной мембраны характерно только необратимое растяжение, которое может привести к разрыву. Весь комплекс митохондрий, наполняющих клетку, называют хондрионом.

Пластиды

По своим размерам эти органоиды уступают только ядру. Существует три вида пластид:

• отвечающие за зелёную окраску растений — хлоропласты;
• ответственные за осенние цвета - оранжевый, красный, жёлтый, охра — хромопласты;
• не влияющие на окрашивание, бесцветные лейкопласты.

Стоит отметить: установлено, что в клетках одновременно может быть только какой-то один из видов пластид.

Строение и функции хлоропластов

В них осуществляются процессы фотосинтеза . Присутствует хлорофилл (придает зеленую окраску). Форма – двояковыпуклая линза. Количество в клетке – 40-50. Имеет двойную мембрану. Внутренняя мембрана формирует плоские пузырьки – тилакоиды, которые упакованы в стопки – граны.

Хромопласты

За счет ярких пигментов придают органам растений яркие цвета: разноцветным лепесткам цветов, созревшим плодам, осенним листьям и некоторым корнеплодам (морковь).

Хромопласты не имеют внутренней мембранной системы. Пигменты могут накапливаться в кристаллическом виде, что придает пластидам разнообразные формы (пластина, ромб, треугольник).

Функции данного вида пластид пока до конца не изучены. Но по имеющейся информации, это устаревшие хлоропласты с разрушенным хлорофиллом.

Лейкопласты

Присущи тем частям растений, на которые солнечные лучи не попадают. Например, клубни, семена, луковицы, корни. Внутренняя система мембран развита слабее, чем у хлоропластов.

Ответственны за питание, накапливают питательные вещества, принимают участие в синтезе. При наличии света лейкопласты способны переродиться в хлоропласты.

Рибосомы

Мелкие гранулы, состоящие из РНК и белков. Единственные безмембранные структуры. Могут располагаться одиночно или в составе группы (полисомы).

Рибосому формируют большая и малая субъединица, соединенные ионами магния. Функция – синтез белка.

Микротрубочки

Это длинные цилиндры, в стенках которых расположен белок тубулин. Этот органоид – динамическая структура (может происходить его наращивание и распад). Принимают активное участие в процессе деления клеток.

Вакуоль - строение и функции

На рисунке обозначена голубым цветом. Состоит из мембраны (тонопласта) и внутренней среды (клеточного сока).

Занимает большую часть клетки, центральную её часть.

Запасает воду и питательные вещества, а также продукты распада.

Несмотря на единую структурную организацию в строении основных органоидов, в мире растений наблюдается огромное видовое разнообразие.

Любому школьнику, а тем более взрослому, нужно понимать и знать, какие обязательные части имеет растительная клетка и как выглядит её модель, какую роль они выполняют, и как называются органоиды, отвечающие за окраску частей растений.

Клетка – это мельчайшая структурно-функциональная единица живого организма . Каждая клетка осуществляет функции, от которых зависит ее жизнь: поглощает вещества и энергию, избавляется от отходов жизнедеятельности, использует энергию для построения сложных структур из более простых веществ, растет, размножается . Кроме того она выполняет отдельные специализированные функции в качестве вклада в общую жизнедеятельность многоклеточного организма. Все высшие растения относятся к надцарству эукариотов (содержащих ядра) и имеют общий план строения клеток . Растительная клетка состоит из клеточной оболочки, включающей клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану и протопласта, состоящего из цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка

Клеточная стенка

Клеточная стенка бывает только у растительных клеток, бактерий и грибов, но у растений состоит преимущественно из целлюлозы. Придает клетке форму, определяя рамки ее роста, обеспечивает структурную и механическую поддержку, тургор (напряженное состояние оболочек), защиту от внешних факторов, запасает питательные вещества. Клеточная стенка пористая, чтобы пропускать воду и другие малые молекулы, жесткая, чтобы придавать телу растения определенную структуру и обеспечивать ему опору и гибкая, чтобы растение под напором ветра гнулось, но не ломалось .

Цитоплазматическая мембрана

Тонкой, гибкой и эластичной пленкой покрывает всю клетку, отделяя ее от внешней среды. Через нее осуществляется перенос веществ из клетки в клетку, обмен веществами со средой . Состоит в основном из белков и липидов, обладает избирательной проницательностью. Вода проходит сквозь клеточную мембрану совершенно свободно путем осмоса .

Полярным молекулам и ионам мембранные белки помогают перемещаться в обоих направлениях. Крупные частицы поглощаются клеткой путем фагоцитоза: мембрана окружает их, захватывает в вакуоли, содержащие клеточный сок и перемещает в клетку . Для выведения веществ наружу клетки используют обратный процесс – экзоцитоз.

Протопласт

Цитоплазма

Содержит воду, различные соли и органические соединения, структурные компоненты – органеллы . Находится в постоянном движении, объединяет все клеточные структуры и способствует их взаимодействию друг с другом. В цитоплазме расположены все органоиды клетки :

• Вакуоль – полость, содержащая клеточный сок, занимающая большую часть растительной клетки (до 90%), отделенная от цитоплазмы тонкопластом. Поддерживает тургорное давление, накапливает молекулы питательных веществ, соли и другие соединения, красные, синие и пурпурные пигменты, отходы жизнедеятельности. В ядовитых растениях здесь хранятся цианиды, не причиняя вреда растению.
• Пластиды – органеллы, окруженные двойной мембраной, отделяющей их от цитоплазмы. Из пластид наиболее широко распространены хлоропласты – структуры, от которых зависит зеленая окраска многих растительных клеток. В хлоропластах находится зеленый пигмент хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Во многих растениях присутствуют другие типы пластид с красными, желтыми и оранжевыми пигментами — хромопласты, именно они придают цветам, плодам и осенним листьям соответствующую окраску. В бесцветных пластидах лейкопластах синтезируется крахмал, образуются липиды и белки, их особенно много в клубнях, корнях и семенах. На свету лейкопласты превращаются в хлоропласты.
• Митохондрии – состоят из наружной и внутренней мембран, создают большую часть клеточного запаса энергии в форме молекул АТФ(аденозинтрифосфорной кислоты.
• Рибосомы – состоят из большой и малой субчастиц, в них происходит синтез белка;
• Эндопламатическая сеть (ретикулум) – сложная трехмерная система мембран, состоящая из цистерн, каналов, трубочек и пузырьков. Из ретикулума образуются вакуоли, он делит клетку на компартменты (ячейки), на поверхности его мембран протекают многие химические реакции
• Аппарат Гольджи — участвует в образовании клеточных оболочек, представляет собой стопку мембранных мешочков, в которые упаковываются белки и прочие материалы для выведения из клетки.

Клеточное ядро

Ядро – самая заметная органелла клетки, которая обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции . В ядре находится ДНК – генетический материал клетки, объединенный с большим количеством белка в структуры, называемые хромосомами. Оно окружено ядерной мембраной, в которой имеются крупные поры. Участок ядра, где происходит образование субчастиц рибосом, называется ядрышком .

Все в живой клетке пребывает в непрерывном движении. Для ее разнообразной двигательной активности необходимы два типа структур – микротрубочки, образующие внутренний каркас и микрофиламенты, представляющие собой белковые волокна. Перемещение клеток в жидкой среде и создание тока жидкости у своей поверхности осуществляется с помощью ресничек и жгутиков – тонких выростов, содержащих микротрубочки.

Сравнение строения растительных и животных клеток

	Растительная клетка	Животная клетка
Максимальный размер	100 мкм	30 мкм
Форма	Плазматическая или кубическая	Разнообразная
Центриоли	Отсутствуют	Есть
Положение ядра	Периферическое	Центральное
Пластиды	Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты	Отсутствуют
Вакуоли	Крупные	Мелкие
Запасные питательные вещества	Крахмал, белок, масла, соли	Белки, жиры, углевод гликоген
Способ питания	Автотрофный – потребление неорганических соединений и создание из них углеводов с помощью солнечной или химической энергии	Гетеротрофный – с использованием готовых органических соединений
Фотосинтез	Есть	Отсутствует
Клеточное деление	Дополнительная фаза митоза — препрофаза	Митоз – деление ядра, приводящее к образованию двух дочерних ядер с таким же набором хромосом
Синтез АТФ	В митохондриях и хлоропластах	Только в митохондриях

Сходства строения растительной и животной клетки

У растительной и животной клетки имеются следующие общие признаки:

• Универсальное мембранное строение;
• Единые структурные системы – цитоплазма и ядро;
• Одинаковый химический состав;
• Сходные процессы обмена веществ и энергии;
• Сходный процесс деления клеток;
• Единый принцип наследственного кода;