Есть ли мембрана у растений: Сравнительная характеристика клеток представителей различных царств — урок. Биология, 9 класс.

Лаборатория мембран растительных клеток

Заведующая лабораторией — Трофимова Марина Сергеевна, д.б.н.
Тел.: (499) 678-53-77 E-mail: [email protected]

Трофимова Марина Сергеевна

Краткая история подразделения

Лаборатория организована в 1980 году д.б.н. Юрием Георгиевичем Молотковским (1931-1993 г.г.) по инициативе академика Андрея Львовича Курсанова. Целью создания коллектива стала необходимость разработки новой методологии в исследовании структуры и свойств пограничных мембран растительной клетки – плазмалеммы и тонопласта. Экспериментальной и идеологической базой, на которой далее выстраивались исследования, стали приоритетные работы, выполненные ранее Молотковским Ю.Г., Жестковой И.М., Дзюбенко В.С. и Тимониной В.Н. на тилакоидных мембранах хлоропластов и связанные с обоснованием хемиосмотической гипотезы Митчелла.

Получение везикулярных препаратов плазмалеммы и тонопласта и использование в качестве инструментального подхода флуоресцентных красителей позволили идентифицировать функциональную активность протонных и кальциевых АТФаз, а также ионных транспортеров в этих мембранах, сформулировать и обосновать механизмы ионного гомеостаза растительной клетки.

С 1993 по 2006 г.г. лабораторию возглавлял к.ф.-м.н. Сорокин Е.М., с 2006 года – д.б.н. Трофимова М.С. В разное время сотрудниками лаборатории были Гайворонская Л.М., Кореньков В.Д., Бобылев Ю.С., Бияшева А., Ермакова С.А., Божко К.Н., Ампилогова Я.Н., Шевырева (Лаптева) Т.А, Белугин Б.В.

В настоящее время основное направление работы лаборатории связано с выяснением молекулярных механизмов сопряжения трансмембранных транспортов воды и ионов в ионном гомеостазе и осморегуляции растительной клетки.

В исследованиях, выполненных за последние годы, показано, что:

1. При переходе растения Mesembryanthemum crystallinum с С₃— на САМ-тип фотосинтеза клетки корней и листьев используют различные механизмы для регуляции аквапорин-зависимой водной проницаемости плазматических мембран (совместно с лаб. физиологических и молекулярных механизмов адаптации ИФР РАН).
2. Перибактероидная мембрана симбиосом снабжена верапамил-чувствительным Са²⁺-транспортером, наиболее вероятно, Са²⁺-каналом, который быстро активируется при деполяризации этой мембраны и обеспечивает транзиторный пассивный выход Са²⁺ из симбиосом по трансмембранному градиенту электрохимического потенциала данного катиона (совместно с лаб. азотного обмена ИФР РАН).
3. Механочувствительный ионный канал MscL, присутствующий в плазматической мембране клеток цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803, способен катализировать быстрый выход из них ионов Са²⁺, чувствительный к верапамилу и амилориду, при деполяризации этой мембраны в условиях теплового стресса (cовместно с лаб. молекулярных основ внутриклеточной регуляции ИФР РАН).
4. Осмотическая водная проницаемость плазмалеммы растительных клеток, базирующаяся на активности аквапоринов, чувствительна к редокс-потенциалу среды и обусловлена фосфорилированием PIP-аквапоринов.
5. Изменение осмотического потенциала среды вызывает активацию экзо- или эндоцитоза в протопластах, и, как следствие, увеличение или уменьшение их площади поверхности. При этом мигрирующие участки плазмалеммы обеднены аквапоринами PIP-типа.

Сотрудники лаборатории

Трофимова Марина Сергеевна – д.б.н., зав. лабораторией
Тел.: (499) 678-53-77, E-mail: troms@ippras. ru

Лапшин Никита Константинович – научный сотрудник
Тел.: (499) 678-54-00, доб: 3-77, E-mail: [email protected]

Пиотровский Михаил Сергеевич – к.б.н., научный сотрудник
Тел.: (499) 678-54-00, доб: 7-51, E-mail: [email protected]

Основные публикации сотрудников лаборатории за 2002-2021 годы:

Lapshin N.K., Piotrovskii M.S., Trofimova M.S. (2021) Involvement of plasma membrane H±ATPase in diamide-induced extracellular alkalization by roots from pea seedlings. Planta. 253,10. doi.org/10.1007/s00425-020-03532-w.

Lapshin N.K.; Piotrovskii M.S.; Trofimova M.S. (2021) Sterol Extraction from Isolated Plant Plasma Membrane Vesicles Affects H+ -ATPase Activity and H±transport. Biomolecules, 11, 1891. doi.org/10.3390/biom11121891.

Андреев И.М., Крылова В.В., Зартдинова Р.Ф., Измайлов С.Ф. (2019) Са2±АТФаза симбиосомной мембраны корневых клубеньков бобов: новые результаты, подтверждающие механизм трансмембранной транслокации Сa2+. Физиология растений, 66, 156–160. DOI: 10.1134/S0015330319020040.

Piotrovskii M.S., Lapshin N.R., Andreev I.M., Trofimova M.S. (2019) Role of PIP-Aquaporin Phosphorylation in Redox-Dependent Modulation of Osmotic Water Permeability in Plasmalemma from Roots of Pea Seedlings. Russ. J. Plant Physiol., 66, 637−645. DOI: 10.1134/S1021443719040113.

Andreev I.M., Krylova V.V. (2019) The Ca2±ATPase in Legume Root Nodule Peribacteroid Membrane as a Potential Key Determinant of Ca-Dependent Regulation of Symbiosome Functioning. Russ. J. Plant Physiol., 66, 673–678. DOI: 10.1134/S1021443719050030.

Kovaleva L.V., Voronkov A.S., Zakharova E.V., Andreev I.M. (2018) ABA and IAA control microsporogenesis in Petunia hybrida L. Protoplasma. 255, 751−759. DOI: 10.1007/s00709-017-1185-x.

Kozhikhova K.V., Andreev S.M., Shilovskiy I.P, Timofeeva, A.V., Gaisina A.R.; Shatilov A.A., Turetskiy E.A., Andreev I.M., Smirnov V.V., Dvornikov A.S., Khaitov M.R. (2018) A novel peptide dendrimer LTP efficiently facilitates transfection of mammalian cells. Org. Biomol. Chem., 16, 8181−8190. DOI: 10.1039/c8ob02039f.

Baik, A.S., Mironov, K.S., Arkhipov, D.V., Piotrovskii M.S., Pojidaeva E.S. (2018) Characterization of Aminopeptidase P from the Unicellular Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Doklady Biochem. Biophys., 481, 190−194. DOI: 10.1134/S1607672918040038.

Mironov, K.S., Shumskaya, M., Sidorov, R.A., Trofimova, M.S.; Los, D.A. (2018) Membrane physical state and stress regulation in Synechocystis: fluidizing alcohols repress fatty acid desaturation. Plant J., 96, 1007−1017. DOI: 10.1111/tpj.14086.

Kovaleva L.V., Voronkov A.S., Zakharova E.V., Andreev I.M. (2018) ABA and IAA control microsporogenesis in Petunia hybrida L. Protoplasma, 255, 751–759. doi.org/10.1007/s00709-017-1185-x.

Белугин Б.В., Жесткова И.М., Пиотровский М.С., Лапшин Н.К., Трофимова М.С. (2017) PIP1-аквапорины, стерины и осмотическая водная проницаемость плазмалеммы клеток этиолированных проростков гороха // Биологические мембраны, 34, 239–248.

Пиотровский М.С., Лаптева Т.А., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2017) Идентификация и активность супероксид-продуцирующих белковых комплексов плазмалеммы при действии низкой положительной температуры на этиолированные проростки кукурузы. Физиология растений , 64 , 133–141.

Maksimov E.G., Mironov K.S., Trofimova M.S., Nechaeva N.L., Todorenko D.A., Klementiev K.E., Tsoraev G.V., Tyutyaev E.V., Zorina A.A., FeduraevP.V., Allakhverdiev S.I., Paschenko V.Z., Los D.A. (2017) Membrane fluidity controls redox-regulated cold stress responses in cyanobacteria // Photosynth Res., 133, 215–223. doi.org/10.1007/s11120-017-0337-3.

Ковалева Л. В., Захарова Е. В., Воронков А. С., Тимофеева Г. В., Андреев И.М. (2017) Роль абсцизовой кислоты и этилена в контроле движущих сил транспорта воды в прорастающем мужском гаметофите петунии. Физиология растений, 64, 389–400.

Andreev I.M. (2017) Emerging evidence for potential role of Ca2±ATPase-mediated calcium accumulation in symbiosomes of infected root nodule cells. Funct. Plant Biol., 44, 955–960. doi.org/10.1071/FP17042.

Krylova V., Andreev I., Zartdinova R., Ismailov S. (2017) Ca2±ATPase in the symbiosome membrane from broad bean root nodules: further evidence for its functioning as ATP-driven Ca2+/H+ exchanger. Acta Physiol. Plant. 39, 247. doi.org/10.1007/s11738-017-2546-y.

Kovaleva L., Voronkov A., Zakharova E., Minkina Y., Timofeeva G., Andreev I. (2016) Regulation of Petunia pollen tube growth by phytohormones: identification of their potential targets. J. Agr. Sci. Technol., A 6, 239-254. doi: 10.17265/2161-6256/2016.04.004.

Ковалева Л.В., Воронков А.С., Захарова Е.В., Минкин Ю.В., Тимофеева Г.В., Андреев И.М. (2016) Экзогенные ИУК и АБК стимулируют прорастание мужского гаметофита петунии, активируя Са²⁺-зависимые К⁺-каналы и модулируя активность Н⁺-АТФазы плазмалеммы и активного цитоскелета. Онтогенез, 47, 138-151.

Крылова В.В., Зартдинова Р.Ф., Андреев И.М. , Измайлов С.Ф. (2016) Са²⁺/H⁺-антипортер как возможный механизм функционирования Са²⁺-транслоцирующей АТФазы в везикулах симбиосомной мембраны корневых клубеньков бобов. Биологические мембраны, 33, 113-118.

Shuvalov A.V., Orlova J.V., Khalilova L.A., Myasoedov N.A., Andreev I.M., Belyaev D.V., Balnokin Y.V. (2015) Evidence for the functioning of a Cl^—/H⁺ antiporter in the membrane isolated from root cells of the halophyte Suaeda altissima and enriched with Golgi membranes. Физиология растений, 62, 52-63.

Абдрахимова Й.Р., Андреев И.М., Шугаев А.Г. (2015) Определение скорости генерации АФК в митохондриях растений in vitro с помощью флуоресцентных индикаторов: неспецифические эффекты ингибиторов терминальных оксидаз. Физиология растений, 62, 146-152.

Андреев И.М. (2015) Свойственно ли фосфатидной кислоте ионофорное действие как возможная основа ее медиаторной функции в трансдукции внутриклеточных сигналов? Физиология растений, 62, 452-455.

Andreev S., Purgina D., Bashkatova E., Garshev A., Maerle A., Andreev I., Osipova N., Shershakova N., Khaitov M. (2015) Study of fullerene aqueous dispersion prepared by novel dialysis method: simple way to fullerene aqueous solution. Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, 23, 792-800.

Шугаев Ф.Г., Буцанец П.Ф., Андреев И.М., Шугаева Н.А. (2014) Влияние салициловой кислоты на метаболическую активность митохондрий растений. Физиология растений, 61, 555-564.

Kozhevnikova A.D., Seregin I.V., Erlikh N.T., Shevyreva T.A., Andreev I.M., Verweij R., Schat H. (2014) Histidine-mediated xylem loading of zinc is a species-wide character in Noccaea caerulescens. New Phytologist, 203, 508-519.

Kudryavtseva N.N., Sof’in A.V., Bobylev G.S., Sorokin E.M. (2014) A comparative study of phase states of the peribacteroid membrane from yellow lupin and broad bean nodules. Biochem Res Int. 2014, ID 527393, 6 pages. Published online Apr 3, 2014. doi: 10.1155/2014/527393.

Kovaleva L.V., Zakharova E.V., Andreev I.M., Voronkov A.S. (2014) Hormonal Status of the Pollen-Pistil System: Role after Pollination. In: Reproductive Biology of Plants. Eds. Ramawat K.G. et al., CRC Press: London, NJ. P. 284-300.

Krylova V.V., Andreev I.M., Zartdinova R.F., Izmailov S.F. (2013) Biochemical characteristics of the Ca²⁺ pumping ATPase in the peribacteroid membrane from broad bean root nodules. Protoplasma, 250, 531-538.

Шевырева Т.А., Пиотровский М.С., Белугин Б.В., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2013) Использование голубого нативного электрофореза для выявления белковых комплексов плазмалеммы, содержащих PIP-аквапорины. Физиология растений, 60, 596-603.

Шевырева Т.А., Пиотровский М.С., Белугин Б.В., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2013) Использование голубого нативного электрофореза для выявления белковых комплексов плазмалеммы, содержащих PIP-аквапорины. Физиология растений, 60, 596-603.

Пиотровский М.С., Шевырева Т.А. (2013) Идентификация НАДФН-оксидазы в мультибелковых комплексах плазмалеммы побегов этиолированных проростков кукурузы. В сб: Рецепторы и внутриклеточная сигнализация, под ред. Зинченко В.П. и Бережнова А.В. М.: ООО «ИД В. Ема» с. 775-780.

Андреев И.М., Крылова В.В., Зартдинова Р.Ф. (2013) Активность Са2+-АТФазы в симбиосомной мембране корневых клубеньков бобов стимулируется кальмодулином. В сб: Рецепторы и внутриклеточная сигнализация, под ред. Зинченко В.П. и Бережнова А.В. М.: ООО «ИД В. Ема» с. 740-744.

Андреев И.М. (2012) Роль вакуоли в редокс-гомеостазе растительных клеток. Физиология растений , 59, 660-667.

Шувалов А.В., Орлова Ю.В., Мясоедов Н.А., Беляев Д.В., Л.А.Халилова, Андреев И.М., Балнокин Ю.В. (2012) Функциональная идентификация Cl^–/H⁺-антипортера в мембранной фракции клеток корня галофита Suaeda altissima (L.) Pall. Труды МФТИ, 4, 56-63.

Mironov K. S., Sidorov R.A., Trofimova M.S., Bedbenov V.S., Tsydendambaev V.D., Allakhverdiev S.I., Los D.A. (2012) Light-dependent cold-induced fatty acid unsaturation, changes in membrane fluidity, and alterations in gene expression in Synechocystis. Biochim. Biophys. Acta, 1817, 1352-1359.

Абдрахимова Й.Р., Андреев И.М., Шугаев А.Г. (2011) Участие диссипативных систем в контроле энергетической эффективности дыхания в митохондриях этиолированных проростков озимой пшеницы. Физиология растений, 58, 567-574.

Андреев И.М. (2011) Существует ли латеральный градиент мембранного потенциала на плазмалемме растущей пыльцевой трубки прорастающего пыльцевого зерна? Цитология, 53, 290-292.

Пиотровский М.С., Шевырева Т.А., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2011) Активация НАДФ-Н-оксидазы плазмалеммы при действии низких положительных температур на этиолированные проростки кукурузы. Физиология растений, 58, 234-242.

Воронков А.С., Андреев И.М., Тимофеева Г. В., Ковалева Л.В. (2010) Стимуляция электрогенной активности Н⁺-АТФазы плазмалеммы в прорастающем мужском гаметофите петунии экзогенным ауксином: медиаторная роль кальция и активных форм кислорода. Физиология растений, 57, 425-432.

Белугин Б.В., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2010) Сродство PIP-аквапоринов к стерин-обогащенным доменам плазмалеммы клеток этиолированных проростков гороха. Биологические мембраны, 27, 394-403.

Жесткова И.М., Ампилогова Я.Н., Шевырева Т.А., Трофимова М.С. (2009) Влияние низких положительных температур на осмотическую водную проницаемость и активность аквапоринов плазмалеммы корней гороха. Физиология растений, 56, 704-711.

Андреев И.М., Булушова Н.В., Залунин И.А., Честухина Г.Г. (2009) Действие энтомоцидных белков из бактерии Bacillus thuringiensis на ионную проницаемость апикальных мембран кишечного эпителия личинок Tenerbrio molitor. Биохимия, 74, 1346-1355.

Андреев И. М. (2008) Существует ли вакуолярный симпласт в растениях? Физиология растений, 55, 931-933.

Andreev I., Petrukhina A., Garmanova A., Babakhin A., Andreev S., Romanova V., Troshin P., Troshina O., DuBuske L. (2008) Penetration of fullerene C₆₀ derivatives through biological membranes. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructeres, 16, 89-102.

Сорокин Е.М. (2008) Анализ метода определения коэффициента водной проницаемости мембран по изменению светорассеяния света мембранными везикулами в осмотических процессах. Физиология растений, 55, 471-477.

Шевырева Т.А., Жесткова И.М., Трофимова М.С. (2007) Иммунолокализация PIP-аквапоринов в протопластах из суспензионной культуры мезофилла сахарной свеклы в изоосмотических условиях и при осмотическом стрессе. Физиология растений, 54, 356-364.

Андреев И.М., Тимофеева Г.В., Минкина Ю.В., Ковалева Л.В. (2007) Изменения внутриклеточного рН пыльцевых зерен Petunia hybrid под действием экзогенных фитогормонов. Физиология растений, 54, 707-714.

Трофимова М.С., Жесткова И.М., Ампилогова Я.Н. (2006) Редокс-модуляция осмотической водной проницаемости плазмалеммы, изолированной из корней и стеблей проростков гороха. Физиология растений, 53, 703-710.

Балнокин Ю.В., Андреев И.М., Шумкова Г.А., Корнилова А.Г., Попова Л.Г.(2006) Na⁺-транспортирующая АТФаза в плазматической мембране галотолерантной микроводоросли Dunaliella maritime катализируют Na⁺-унипорт. Физиология растений, 53, 530-537

Васекина А.В., Ершов П.В., Решетова О.С., Тихонова Т.В., Лунин В.С., Трофимова М.С., Бабаков А.В. (2005) Вакуолярный Na⁺/H⁺ антипортер ячменя: идентификация и реакция на солевой стресс. Биохимия , 70, 123-132.

Ершов П.В., Решетова О.С., Трофимова М.С., Бабаков А.В. (2005) Активность ионных транспортеров и солеустойчивость ячменя. Физиология растений , 52, 867-875.

Шугаев А.Г., Андреев И.М. , Выскребенцева Э.И. (2005) Функциональная идентификация АТФ-чувствительного К⁺-унипортера в митохондриях корнеплода сахарной свеклы. Физиология растений , 52, 205-209.

Луньков Р.В., Андреев И.М., Мясоедов Н.А., Хайлова Г.Ф., Куркова Е.Б., Балнокин Ю.В. (2005) Функциональная идентификация Н⁺-АТФазы и Na⁺/H⁺-антипортера, выделенного из корня соленакапливающего галофита Saueda altissima. Физиология растений , 52, 715-725.

Ковалева Л.В., Захарова Е.В., Минкина Ю.В., Тимофеева Г.В., Андреев И.М. (2005) Прорастание и рост мужского гаметофита петунии чувствительны к действию экзогенных гормонов и сопровождаются изменением эндогенного уровня фитогормонов. Физиология растений , 52, 584-590.

Андреев И.М., Тимофеева Г.В., Ковалева Л.В. (2005) Генерация кальциевого сигнала в пыльцевых зернах, запускаемая деполяризацией плазматической мембраны. Доклады РАН , 400, 693-696.

Andreev I., Krylova V. , Dubrovo P., Izmailov S. (2005) Passive potassium transport by symbiosomes from broad bean root nodules. Plant Science , 168, 1005-1010.

Popova L., Shumkova G., Andreev I., Balnokin Y. (2005) Functional identification of electrogenic Na⁺-translocating ATPase in the plasma membrane of the halotolerant microalga Dunaliella maritime. FEBS Lett. , 579, 5002-5006.

Крылова В.В., Андреев И.М., Дуброво П.Н., Андреева И.Н., Измайлов С.Ф. (2004) Кальций в контроле нитрогеназной активности корневых клубеньков Vicia faba L.: выход кальция из симбиосом и сопутствующее ему снижение их нитрогеназной активности блокируются верапамилом. Известия АН. Серия Биологическая, 2, 173-181.

Balnokin Y., Popova L., Pagis L., Andreev I. (2004) The Na⁺-translocating ATPase in the plasma membrane of the marine microalga Tetraselmis viridis catalyzes Na⁺/H⁺ exchange. Planta, 219, 332-337.

Андреев И. М., Крылова В.В., Дуброво П.Н., Измайлов С.Ф. (2004) Изменение интенсивности светорассеяния симбиосом из корневых клубеньков Vicia faba как индикатор транспорта ионов и метаболитов через перибактероидную мембрану. Физиология растений, 51, 80-85.

Божко К.Н., Жесткова И.М., Трофимова М.С., Холодова В.П., Кузнецов Вл. В. (2004) Изменение содержания аквапоринов в клеточных мембранах Mesembryanthemum crystallinum при переходе с С₃-типа фотосинтеза на САМ. Физиология растений, 51, 887-895.

Trofimova M.S., Zhestkova I.M., Kholodova V.P., Andreev I.M., Sorokin E.M., Kruglova A.G., Kuznetsov Vl.V. (2003) Osmotic water permeability of cell membranes from Mesembryanthemum crystallinum leaves: effects of age and salinity. Physiol. plantarum , 118, 232-239.

Pagis L.Y., Popova L.G., Andreev I.M., Balnokin Y.V. (2003) Comparative characterization of the two primary pumps, H⁺-ATPase and Na⁺-ATPase, in the plasma membrane of the marine alga Tetraselmis viridis. Physiol. plantarum, 118, 514-522.

Nazarenko L.V., Andreev I.M., Lyukevich A.A., Pisareva T.V., Los D.A. (2003) Calcium release from Synechocystis cells induced by depolarization of the plasma: MscL as an outward Ca²⁺ channel. Microbiology , 149, 1147-1153.

Крылова В.В., Андреев И.М., Андреева И.Н., Дуброво П.Н., Кожаринова Г.М., Измайлов С.Ф. (2002) Верапамил-чувствительный кальциевый транспортер в перибактероидной мембране симбиосом из корневых клубеньков Vicia faba L.Физиология растений, 49, 1-8.

Андреев И.М., Романова В.С., Петрухина А.О., Андреев С.М. (2002) Аминокислотные производные фуллерена С₆₀ ведут себя как липофильные ионы, проникающие через биологические мембраны. Физика твердого тела, 44, 658-660.

Строительные блоки мембраны влияют на рост клеток

16.02.2021 09:10

1551

Добавить в закладки

Липиды – это строительные блоки клеточной оболочки –
клеточной мембраны. Помимо своей структурной функции, некоторые
липиды также влияют на рост клеток, сообщает
пресс-служба Галле-Виттенбергский университета имени Мартина
Лютера (Германия). Такую функцию липиды могут выполнять в
зависимости от того, как они распределяются по плазматической
мембране. Исследование было опубликовано в
журнале The Plant Cell. 

Если растительные клетки хотят двигаться, они должны расти. Это
можно наблюдать на пыльцевой трубке. Когда пыльца попадает на
цветок, пыльцевая трубка направляется внутрь женских
репродуктивных органов. Это позволяет доставить мужские гаметы,
поэтому может произойти оплодотворение. Особенность пыльцевой
трубки заключается в том, что она состоит из одной клетки,
которая продолжает расширяться и, в крайних случаях, может
достигать длины в несколько сантиметров. 

В текущем исследовании команда сосредоточилась на фосфолипидах
пыльцевых трубок, которые, как главный компонент плазматической
мембраны, отделяют внутреннюю часть клетки от окружающей среды.
Оказалось, что некоторые фосфолипиды также могут регулировать
клеточные процессы. Ученые выяснили, что специфический фосфолипид
под названием фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP2) может
контролировать различные аспекты роста клеток в пыльцевых трубках
– в зависимости от его положения на плазматической
мембране. 

Исследователи обозначили липид флуоресцентным маркером, благодаря
чему смогли обнаружить, что он либо диффузно распределяется по
всему кончику пыльцевой трубки без видимого рисунка, либо
концентрируется в небольших динамических нанодоменах. Можно
представить себе это как группу людей на площади: люди либо
остаются на расстоянии 1,5 метра друг от друга, либо образуют
небольшие группы.

В клетках растений есть несколько ферментов, которые могут
производить этот фосфолипид, отмечают авторы работы. Как и
липиды, некоторые из этих ферментов широко распределены по
мембране, а другие сконцентрированы в нанодоменах. В зависимости
от того, какой из ферментов был искусственно усилен, команда
наблюдала следующее: либо цитоскелет – структура, важная для
направленного роста – «стабилизировался» и пыльцевая трубка
набухала на кончике, либо выделялось больше пектина – важного
строительного материала для стенок растительных клеток. Это
заставляло клетку разветвляться на конце. Чтобы убедиться, что
распределение липидов действительно отвечает за эти эффекты
роста, биохимики искусственно изменили расположение ферментов на
плазматической мембране. И таким образом они смогли
«регулировать» разные эффекты роста растений. Теперь необходимы
дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как именно собираются
мембранные нанодомены и как распределение PIP2 на мембране может
вызывать такие разные эффекты.

[Фото: MARTA FRATINI]

Автор Материал Оформила Татьяна Матвеева

клетка
липиды
мембрана клетки
рост клеток
ферменты
фосфолипиды

Источник:
pressemitteilungen.pr.uni-halle.de

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Ученые НИЯУ МИФИ предложили новый способ защиты чатов в мессенджерах

17:00 / Информационные технологии

В пыльце возрастом 250 миллионов лет обнаружили солнцезащитные соединения

16:00 / Палеонтология

Интервью академика Анатолия Деревянко к юбилею

14:30 / Археология, История

Ученые Сколтеха сплавили бронзу и сталь, чтобы улучшить двигатели ракет и самолетов

14:20 / Новые технологии

Покрытия для имплантатов, разработанные в ТПУ, прошли доклинические испытания

13:30 / Новые технологии

Ученые Пермского Политеха разработали оригинальную методику прогнозирования дебита нефтяных скважин

12:30 / Новые технологии

«Джеймс Уэбб» обнаружил в молодой Вселенной галактики, похожие на Млечный Путь

12:00 / Астрофизика

V Научно-практическая конференция «Школьная идея»

11:30 / Наука и общество, Образование

К юбилею академика Анатолия Деревянко. Из архива программы «Очевидное — невероятное»

11:00 / Археология, Биология, История

Академик Анатолий Деревянко об открытиях археологов и антропологов на Алтае

10:45 / Археология, История, Персона

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

История новогодних праздников

01.08.2014

Смотреть все

Объяснение урока: Поддержка растений

В этом объяснении мы научимся описывать примеры физиологической и структурной поддержки растений.

Вы когда-нибудь замечали, что если горох закатится под холодильник и вы его найдете спустя несколько месяцев, то он сморщится и высохнет? Если вы попробуете положить эту же горошину в кастрюлю с водой, она снова набухнет почти до своего обычного размера, хотя есть ее в этот момент было бы не очень хорошей идеей! Это сморщивание и набухание гороха происходит из-за того, что он теряет и набирает воду. Это один из примеров типичного метода поддержки в растительных клетках.

Хотя у людей, как и у многих животных, есть скелет, поддерживающий их, у растений его нет. Следовательно, растениям нужны другие механизмы поддержки для поддержания их клеток и, в целом, для их формы и защиты.

Существуют два метода сохранения формы и структуры растения: физиологический и структурный. Физиологическая поддержка носит временный характер и зависит от содержания воды в клетке для сохранения ее формы. Структурная опора более постоянна и зависит от отложения твердых веществ в конкретных частях растения.

Определение: Физиологическая поддержка

Физиологическая поддержка растений носит временный характер, поскольку она зависит от большого объема воды в клеточных вакуолях, оказывающего тургорное давление на клеточные мембраны для поддержания формы клеток для их защиты.

Определение: Структурная поддержка

Структурная поддержка растений представляет собой постоянное отложение полимеров, таких как лигнин или целлюлоза, в клеточных стенках для поддержания формы растения и его клеток.

Уменьшение и набухание горошины демонстрирует пример физиологического механизма поддержки, и мы сначала рассмотрим этот метод поддержки.

Вы можете увидеть клеточную стенку, вакуоль и клеточную мембрану типичной растительной клетки на рисунке 1. Клеточные стенки растений представляют собой жесткие структурные слои, окружающие их клеточную мембрану. Вакуоль в растительной клетке обычно представляет собой большую структуру, заполненную жидкостью, называемой клеточным соком, которая состоит из воды и растворенных веществ, таких как сахара или ферменты. В вакуоли может храниться много воды, и по мере увеличения объема воды, хранящейся в вакуоли, клетка набухает. Давайте посмотрим, как это происходит и почему это важно.

Ключевой термин: клеточная стенка

Клеточная стенка представляет собой жесткий структурный слой, находящийся за пределами клеточной мембраны клеток растений, грибов и бактерий.

Растительные клетки, такие как клетки гороха, сморщиваются и сморщиваются, когда в окружающей среде мало воды. Это приводит к увяданию растения. Однако по мере того, как доступность воды вне клеток увеличивается, вода будет перемещаться в клетки растений через клеточную мембрану за счет осмоса. Осмос — это движение молекул воды из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества.

Определение: Осмос

Осмос – это движение воды из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества через полупроницаемую мембрану.

Когда в этот момент концентрация воды в клетках низкая, концентрация растворенных веществ высока, поэтому вода поступает в вакуоль растительной клетки из окружающей клетки. Поскольку теперь она содержит больший объем воды, вакуоль увеличивается в размерах и, таким образом, оказывает большее давление на цитоплазму клетки, прижимая клеточную мембрану к клеточной стенке. Это делает клеточную стенку опухшей, и в этот момент набухание клетки высокое. Вы можете увидеть влияние высокой доступности воды вне клеток на тургидную клетку на рисунке 2.9.0003

Ключевой термин: набухание клеток

Набухание клеток — это точка, в которой клеточная мембрана прижимается к клеточной стенке, делая клетку набухшей и твердой, обычно из-за того, что она заполнена жидкостью.

Этот процесс является временным. Если растение обезвоживается из-за недостатка воды, клетки теряют воду. Потеря воды из вакуоли заставляет клеточную мембрану отслаиваться от клеточной стенки, так как на нее оказывается меньшее давление. Это снижает набухание, в результате чего клетка в конечном итоге становится сморщенной и морщинистой, как вы можете видеть на рисунке 2. Когда несколько растительных клеток сжимаются таким образом, это приводит к тому, что все растение, особенно его листья, заметно увядают, как вы можете видеть на изображении. ниже.

Рисунок 3

Пример 1: Описание воздействия на растение, когда тургидность клеток не поддерживается

Что визуально произойдет с растением, если тургидность клеток будет поддерживаться , а не ?

1. Стебель будет расти быстрее.
2. Площадь поверхности листьев увеличится.
3. Листья и растение завянут.
4. Листья пожелтеют.
5. Цветы упадут.

Ответ

Когда концентрация воды вокруг растительных клеток выше, чем концентрация воды внутри них, вода будет проникать в клетки путем осмоса. Осмос — это движение молекул воды из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества.

Поскольку концентрация воды в клетках низкая, концентрация растворенных веществ высока, поэтому вода перемещается в вакуоли растительной клетки. Вакуоль увеличивается в размерах и, таким образом, оказывает большее давление на цитоплазму клетки, прижимая клеточную мембрану к клеточной стенке. Это делает клеточную стенку опухшей, и в этот момент набухание клетки высокое. Вы можете увидеть это справа на рисунке ниже.

Этот процесс является временным. Если растение не получает достаточно воды, клетки теряют воду. Потеря воды из вакуоли заставляет клеточную мембрану отслаиваться от клеточной стенки, так как на нее оказывается меньшее давление. Это снижает набухание, в результате чего клетка в конечном итоге становится морщинистой, как вы можете видеть слева на рисунке выше. Когда это происходит с несколькими растительными клетками, это приводит к заметному увяданию всего растения, особенно его листьев.

Таким образом, если тургор клеток не поддерживается, листья и растение увядают.

Давайте рассмотрим различные формы структурной поддержки в растительных клетках.

Структурная поддержка включает специальные прочные соединения, постоянно включенные в клеточную стенку растения. Различные соединения откладываются в стенках разных клеток в зависимости от их функции. Большинство из этих соединений служат для обеспечения водонепроницаемого или непроницаемого барьера. Соединения также могут помочь сохранить форму растительных клеток и, следовательно, самого растения, удерживая растение в вертикальном положении и сильным.

Пример 2: Описание функции структурных опорных материалов

Какова основная функция структурных опорных материалов в растениях?

1. Для поддержания формы растения и клеток растения
2. Для увеличения скорости прохождения материалов через растение
3. Для обеспечения гибкости и движения растения
4. Для контроля того, какие вещества входят и выходят из клеток растения

Ответ

Структурная поддержка постоянна и зависит от отложения твердых веществ в определенных частях растения, особенно в клеточных стенках. Различные соединения откладываются в стенках разных клеток в зависимости от их функции. Многие из этих соединений могут сделать клетку водонепроницаемой и непроницаемой для микроорганизмов. Некоторые соединения могут поддерживать форму растительных клеток и, следовательно, самого растения.

Осаждение этих соединений может снизить скорость, с которой некоторые материалы, такие как вода, могут проходить через поверхность растений, но они, конечно, не увеличивают скорость.

В некоторых случаях они также могут снижать гибкость установки. Они в первую очередь функционируют не для обеспечения гибкости.

Именно клеточная мембрана, а не клеточная стенка, обеспечивает большую часть структурной поддержки, контролируя перемещение веществ в растительные клетки и из них.

Таким образом, основной функцией структурных опорных материалов в растениях является поддержание формы растения и растительных клеток.

Стенки клеток растений состоят в основном из углевода, называемого целлюлозой. Целлюлоза представляет собой нерастворимый полимер, состоящий из тысяч молекул глюкозы, соединенных в цепочку.

Вы можете увидеть, как целлюлоза образует эти клеточные стенки, на рис. 4, который постепенно увеличивает изображение листа, чтобы показать состав его клеток, клеточных стенок и самой целлюлозы. Целлюлоза очень прочная, и сетка, которую она образует в клеточной стенке, создает физический барьер для поддержки клетки.

Вы можете увидеть расположение эпидермиса на рисунке 5. Целлюлоза также помогает поддерживать упругость клеток при физиологической реакции, которую мы только что рассмотрели. Клетки без клеточной стенки, как клетки животных, разрываются, когда поглощают слишком много воды. В той же ситуации растительные клетки просто станут относительно прочнее, так как жесткая клеточная стенка предотвращает разрыв! Особенно в тех случаях, когда целлюлоза находится во внешних тканях растения, таких как эпидермис, клеточные стенки целлюлозы образуют барьер для предотвращения проникновения болезнетворных микроорганизмов во внутренние ткани.

Ключевой термин: Целлюлоза

Целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растений и представляет собой нерастворимый полимер, состоящий из цепочек молекул глюкозы.

Клетки кутикулы листа, которые вы можете видеть на рис. 5, содержат вещество, называемое кутин, отложенное в их стенках. Кутин непроницаем для воды, поэтому предотвращает чрезмерную потерю воды, тем самым сохраняя форму растения. Он также увеличивает эффективность этого физического барьера за счет утолщения клеточных стенок.

Ключевой термин: Кутин

Кутин представляет собой воскообразное водоотталкивающее вещество в эпидермисе и кутикуле растений.

Некоторые растения имеют пробковый слой, окружающий органы, например, стебель. Пробка обычно образуется после инфекции или опадания листьев, и после ее образования она становится постоянным признаком. Пробка непроницаема, образована отложением суберина в клеточных стенках. Поскольку пробка непроницаема и водонепроницаема, она обеспечивает еще один уровень защиты и поддержки как от потери воды, так и от проникновения болезнетворных микроорганизмов.

Ключевой термин: Суберин

Суберин представляет собой непроницаемое воскообразное вещество, присутствующее в клеточных стенках пробковых тканей растений.

Лигнин представляет собой соединение, которое откладывается в определенных стенках растительных клеток, например, в ксилеме. Ксилема является частью сосудистой транспортной системы растения, отвечающей за транспортировку воды и минералов от корней к остальной части растения. Вы можете увидеть основную структуру ксилемного сосуда на рис. 6.

Когда лигнин откладывается в клеточных стенках, он делает их водонепроницаемыми. Это очень полезно для ксилемы, поскольку снижает вероятность утечки воды из сосудов ксилемы, повышая эффективность транспорта воды. Он также обеспечивает дополнительную структурную поддержку ксилемы, делая ее сосуды более жесткими, помогая им оставаться в вертикальном положении, образуя непрерывный столб воды.

Ключевой термин: лигнин

Лигнин представляет собой полимер, который содержится в стенках некоторых специализированных клеток и в основном обеспечивает механическую поддержку.

Ключевой термин: ксилема

Ксилема – сосудистая ткань растений, которая переносит воду и растворенные ионы минералов от корней к другим частям растения.

Лигнин и целлюлоза также могут быть включены в другие части клеточных стенок в различных тканях растения.

В растении есть три типа простых тканей: паренхима, колленхима и склеренхима. Клетки паренхимы имеют тонкие клеточные стенки из целлюлозы и обычно содержат много хлоропластов для фотосинтеза.

Стенки клеток склеренхимы укреплены лигнином и дополнительной целлюлозой. Клетки склеренхимы обычно находятся в нерастущих частях растения, чтобы добавить им структурную поддержку. Например, клетки склеренхимы могут поддерживать сосудистые пучки в стебле, тканях растения, ответственных за транспорт. Стебли спаржи полны ткани склеренхимы, что придает им характерный «щелчок» при поломке!

Клеточные стенки колленхимы укреплены дополнительной целлюлозой и дополнительными веществами для обеспечения дополнительной поддержки, как правило, в молодых стеблях, поскольку они более гибкие, чем склеренхима. Ярким примером являются гибкие и эластичные нити стеблей сельдерея. Хотя большая часть стебля состоит из склеренхимы, что делает его жестким и хрустящим, колленхима образует основную структуру эластичных жилок, идущих вдоль стебля.

Пример 3: Описание роли кутина и суберина в растениях

Какова основная роль кутина и суберина в растениях?

1. Для определения того, что входит и выходит из растительных клеток
2. Для обеспечения структуры и поддержки сосудистых тканей
3. Для поддержания формы клеточных стенок
4. Для действия в качестве непроницаемого и водонепроницаемого барьера
5. Для поддержания формы репродуктивных органов органы

Ответ

В стенках клеток кутикулы листа откладывается вещество, называемое кутин. Кутин непроницаем для воды, поэтому предотвращает чрезмерную потерю воды, тем самым сохраняя форму растения. Он также увеличивает эффективность этого физического барьера за счет утолщения клеточных стенок.

Некоторые растения имеют пробковый слой, окружающий органы, например, стебель. Пробка обычно образуется после инфекции или опадания листьев, и после ее образования она становится постоянным признаком. Пробка непроницаема, образована отложением суберина в клеточных стенках. Поскольку пробка непроницаема и водонепроницаема, она обеспечивает еще один уровень защиты и поддержки как от потери воды, так и от проникновения болезнетворных микроорганизмов.

Мембраны растительных клеток определяют и контролируют то, что входит и выходит из растительных клеток.

Основная роль лигнина заключается в обеспечении структуры и поддержки сосудистых тканей растений, таких как ксилема.

Стенки клеток растений состоят в основном из углевода, называемого целлюлозой. Целлюлоза очень прочная, и сетка, которую она образует в клеточной стенке, образует физический барьер для поддержки клетки и сохранения ее формы.

Таким образом, основная роль кутина и суберина в растениях заключается в том, чтобы действовать как непроницаемые и водонепроницаемые барьеры.

Выживание растений зависит от этих методов поддержки. Сохранение воды выгодно для растений, поскольку, помимо других ее функций, она является реагентом в фотосинтезе и поэтому жизненно важна для них, чтобы они могли синтезировать пищу. Эта пища будет использоваться для высвобождения энергии посредством клеточного дыхания.

Идеально, если растение остается в вертикальном положении, так как это дает ему доступ к большему количеству солнечного света. Это позволяет им осуществлять больше фотосинтеза, который является биологическим процессом, с помощью которого они производят свое собственное питание. Растения конкурируют за свет, чтобы иметь возможность производить пищу. Высокий рост и сила могут дать одному растению преимущество над своим конкурентом в освещении, помогая ему превзойти другие организмы в борьбе за выживание.

Кроме того, прочный стебель позволяет растениям выдерживать нагрузки окружающей среды, такие как сильный ветер, и поддерживать тяжелые ветки, плоды или цветы в верхних частях растения. Хранение фруктов и цветов над землей полезно, так как это защищает их от некоторых травоядных насекомых, гнили, гниения и повреждений.

Толстые и непроницаемые клеточные стенки полезны для ограничения проникновения и перемещения болезнетворных микроорганизмов во внутренние ткани растения.

Пример 4: Сравнение структурной и физиологической поддержки растений

Какая из следующих таблиц правильно различает примеры структурной и физиологической поддержки растений?

1. Тип	Структурный	Физиологический
   Examples	Cellulose in cell walls Lignin in xylem walls	The vacuole increasing/decreasing the turgidity of cells

2. Type	Structural	Physiological
   Examples	The вакуоли увеличение/уменьшение тургидности клеток	Целлюлоза в клеточных стенках Лигнин в стенках ксилемы

Ответ

Существует две основные категории поддержки растений: физиологическая и структурная. Физиологическая поддержка носит временный характер и зависит от содержания воды в клетке для сохранения ее формы. Структурная опора более постоянна и зависит от отложения твердых веществ в конкретных частях растения.

Примером физиологической поддержки является вакуоль растительной клетки, которая либо наполняется водой, либо теряет воду в зависимости от ее доступности. Когда воды много, она проникает в растительные клетки посредством осмоса, заполняя вакуоли. Это увеличивает давление, оказываемое на цитоплазму растительной клетки, что, в свою очередь, увеличивает давление на ее клеточную мембрану. Таким образом, клеточная мембрана давит на клеточную стенку, и клетка становится набухшей и жесткой.

Примером структурной поддержки является отложение целлюлозы в стенках клеток растений, что делает клетки сильнее и помогает им сохранять свою форму. Другим примером является лигнин, который откладывается в стенках сосудов ксилемы, делая их водонепроницаемыми и жесткими.

Таким образом, таблица, которая правильно различает примеры структурной и физиологической поддержки у растений, следующая:0192 Примеры Целлюлоза в клеточных стенках
Лигнин в стенках ксилемы Вакуоль, увеличивающая/уменьшающая тургор клеток

Ключевые моменты

• Физиологическая поддержка носит временный характер и относится к способности растительных клеток увеличивать или уменьшать свою тургор в результате осмоса.
• Структурная поддержка является постоянной и относится к отложению прочных соединений в клеточных стенках в определенных местах растения, которые требуют дополнительной поддержки или гидроизоляции.
• Механизмы поддержки полезны для растения, поскольку позволяют ему экономить воду, получать свет и защищать его от травоядных, повреждений и болезней.

Структура и функции | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Структура клеток

При сравнении водных растений и водорослей важно понимать, что они оба состоят из клеток. Все клетки имеют клеточную мембрану , которая отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды. Клеточная мембрана контролирует движение веществ в клетку и из нее.

Клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов (рис. 2.7). Фосфолипиды представляют собой органические молекулы, которые имеют неполярный гидрофобный (избегающий воды) конец и полярный гидрофильный (притягивающий воду) конец. Дополнительные сведения о неполярных и полярных связях см. в разделе «Типы ковалентных связей».

Эти два слоя фосфолипидов образуют двухслойный «сэндвич». Гидрофобные концы обращены друг к другу, образуя «начинку» сэндвича. Гидрофильные концы образуют сэндвич-«хлеб» на каждой стороне мембраны. Таким образом, гидрофильные концы контактируют с внутренней и внешней стороной клетки.

В фосфолипидную клеточную мембрану также встроены белки. Белки выполняют различные функции. Некоторые белки действуют как ферменты, катализирующие биологические реакции, а другие белки действуют как каналы для транспортировки молекул в клетку и из нее (рис. 2.7).

Клеточные стенки окружают клеточную мембрану и обеспечивают защиту и структурную стабильность организма (рис. 2.8). Хотя клеточная стенка может быть жесткой, обычно она гибкая и обеспечивает диффузию воды и питательных веществ. Клеточные стенки присутствуют в клетках эукариотических растений, водорослей и грибов. Они также обнаружены у многих прокариотических бактерий и некоторых археобактерий. Клетки животных не имеют клеточных стенок.

Водный баланс клетки

Клеточные мембраны позволяют клетке регулировать внутреннюю среду. Вода и другие молекулы проходят через клеточную мембрану посредством диффузии. Диффузия – это стремление молекул любого вещества распространяться в доступное пространство. Диффузия обусловлена ​​тепловой энергией, которая вызывает движение за счет случайных колебаний молекул (рис. 2.9).

Молекулы обычно перемещаются из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией и через проницаемые или полупроницаемые барьеры (рис. 2.10). Клеточная мембрана избирательно проницаема для молекул определенного размера и заряда, то есть одни вещества свободно проходят через липидный бислой, а другие должны транспортироваться.

Неполярные молекулы, такие как двуокись углерода (CO ₂ ) и газообразный кислород (O ₂ ), легко проходят через клеточную мембрану путем диффузии. Вода (H ₂ O) также может легко проникать через мембрану. Несмотря на то, что это полярная молекула, небольшой размер молекулы воды позволяет ей диффундировать через мембрану.

С другой стороны, большие полярные молекулы, такие как глюкоза, имеют большие гидрофобные участки. Большой размер препятствует их пассивной диффузии через мембрану. Чтобы пройти, большие полярные молекулы должны активно транспортироваться. Активный транспорт использует энергию, запасенную клеткой, и осуществляется белками, встроенными в клеточную мембрану.

Концентрация растворенных веществ внутри клетки часто сильно отличается от внешней среды. Например, внутри клетки обычно больше белков, чем снаружи. Внутренняя часть клеток также содержит более высокие концентрации питательных веществ и растворенных газов, необходимых для дыхания, роста и размножения.

Внешняя среда клетки также содержит растворенные вещества. Растворенные вещества — это вещества, растворенные в жидкостях, такие как поваренная соль, которая растворяется в воде в виде натрия и хлорида. А раствор представляет собой жидкость, содержащую растворенные вещества.

Рассмотрим клетку, помещенную в морскую воду, которая содержит несколько растворенных солей и других микроэлементов. Разница в относительной концентрации растворенных веществ внутри и вне клетки имеет очень важные последствия для размера клетки. Вода будет диффундировать через мембрану из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества посредством процесса, называемого осмосом. Осмос — это специальный термин, обозначающий диффузию воды через проницаемую поверхность. Вода будет двигаться до тех пор, пока концентрация растворенного вещества по обе стороны мембраны не станет одинаковой (рис. 2.11).

Клетки по-разному решают проблему клеточного водного баланса. Некоторые клетки остаются в той же концентрации, что и окружающая среда. Фактически, клетки многих морских организмов имеют такие же концентрации растворенных веществ, как и морская вода.

Рассмотрим клетку крови человека, тип эукариотической клетки без клеточной стенки. Клетки крови живут в среде с такой же концентрацией растворенных веществ, как и внутри клетки. Среда называется изотонической (приставка iso — означает то же самое ) по сравнению с ячейкой (рис. 2.12 Б). Вода будет перемещаться через клеточную мембрану в обоих направлениях одинаково, поэтому чистого движения воды нет.

Далее рассмотрим клетку крови, помещенную в гипертонический раствор (префикс гипер — означает больше ) с более высокой концентрацией растворенных веществ по сравнению с внутренней частью клетки. В результате осмоса вода будет выходить из клетки, и клетка сожмется (рис. 2.12 А).

С другой стороны, клетка крови, помещенная в гипотонический (префикс гипо — означает меньше ) раствор с более низкой концентрацией растворенных веществ по сравнению с клеткой, будет увеличиваться в размерах и подвергаться опасности разрыва и умирает (рис. 2.12 C).

В отличие от клеток животных клетки водорослей и растений имеют клеточные стенки. Гипотонический раствор может привести к тому, что клетка станет очень твердой или «набухшей», потому что жесткая клеточная стенка отталкивается назад, когда вода поступает в клетки. Это удерживает все растение в вертикальном положении, позволяя расти высоким стеблям и расти вверх. Жесткая структура клеточной стенки фактически предотвращает чрезмерное расширение (рис. 2.13 C).

Растительные клетки, помещенные в изотонические растворы, увядают (рис. 2.13 Б). Несмотря на то, что концентрации растворенных веществ равны, растения увядают и становятся вялыми, без тургорного давления клеточной стенки, чтобы оставаться прочным.

В случае гипертонического раствора вода покидает клетку. Клеточная мембрана оторвется от клеточной стенки (рис. 2.13 А). Плазмолиз – это термин, используемый для описания процесса потери клетками воды в гипертоническом растворе.

Осмос, описанный выше в крови и растительных клетках, представляет собой пассивное движение воды. Важно отметить, что некоторые организмы также активно транспортируют воду в клетку или из нее. Этот процесс называется осморегуляцией и требует затрат энергии организмом.

Клеточные компоненты

Органеллы являются специализированными субъединицами внутри клетки. Органеллы обычно заключены в другую липидную мембрану. 9Ядро 0280 — органелла эукариот, содержащая генетический материал клетки и контролирующая клеточные процессы. Внутренние клеточные структуры окружены цитоплазмой. Цитоплазма представляет собой гелеобразное вещество, состоящее в основном из воды.

Органеллы разделяют клеточные задачи. У эукариот есть несколько важных органелл (рис. 2.14). Например,

• митохондрии известны как «клеточные электростанции», потому что они обеспечивают большую часть химической энергии клетки.
• рибосомы и шероховатый эндоплазматический ретикулум являются органеллами, ответственными за синтез белка.
• гладкий эндоплазматический ретикулум отвечает за метаболизм и детоксикацию.
• Аппарат Гольджи состоит из пакетов мембран и отвечает за упаковку и сортировку белков, образующихся в клетке.

Эукариотические клетки содержат мембраносвязанное ядро ​​и другие органеллы. Их клетки имеют размер от 10 до 100 микрометров (мкм). Эукариотические организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Ядро эукариотических клеток содержит как минимум две хромосомы. А хромосома представляет собой единый фрагмент ДНК, содержащий множество генов.

Прокариоты, с другой стороны, имеют гораздо более мелкие клетки (1–10 мкм) и являются только одноклеточными. Прокариоты не имеют ядра или каких-либо других мембраносвязанных органелл. У прокариот их ДНК содержится в одной кольцевой хромосоме внутри цитоплазмы.

Клетки фотосинтезаторов

Все фотосинтетические автотрофы имеют внутри клеток структуры, которые собирают и преобразуют солнечный свет в полезную энергию. Однако существуют различия между прокариотическими и эукариотическими клетками с точки зрения того, где происходит фотосинтез.

Прокариотические автотрофы осуществляют фотосинтез и дыхание внутри мембран тилакоидов. Мембраны тилакоидов обычно расположены вблизи внешней клеточной мембраны и содержат пигменты, такие как хлорофилл, которые отвечают за фотосинтез.

Эукариотические автотрофы более сложны. У большинства эукариотических автотрофов есть органеллы, называемые хлоропластами, которые содержат механизм фотосинтеза. Внутренняя часть хлоропласта заполнена стромой, водянистым веществом, похожим на цитоплазму. Тилакоиды, содержащие фотосинтетические пигменты, располагаются внутри стромы (рис. 2.15). Grana представляют собой стопки дискообразных тилакоидов.

Интересно, что цианобактерии считаются предками современных хлоропластов. Ученые считают, что цианобактерии были включены в эукариотические клетки в результате симбиотических отношений. Свободноживущие цианобактерии, вероятно, попали внутрь эукариотической клетки в качестве полезного организма и в конечном итоге стали частью хозяина. Этот же процесс, вероятно, имел место и для эукариотических митохондрий.

Имеются данные о том, что хлоропласты и митохондрии ранее были отдельными организмами:

1. Оба содержат собственную ДНК. ДНК в хлоропластах и ​​митохондриях отделена от ДНК в ядре клетки.
    
2. Органеллы хлоропластов и митохондрий также имеют две мембраны. Считается, что вторая мембрана образовалась, когда мембрана клетки-хозяина окружила цианобактерию, когда она проникла в клетку-хозяина.

Мероприятие

Осмотрите клеточную мембрану, клеточную стенку и хлоропласты водных растений.

Структура растений

Растения являются фотосинтезирующими организмами. Почти все растения имеют венозную сосудистую ткань и структурные системы, которые транспортируют воду и питательные вещества по всему растению. Есть некоторые растения без сосудистых тканей — мохообразные виды, которые примерно напоминают некоторые морские водоросли или водоросли. В этом разделе описываются жилкообразные сосудистые растения.

План тела растений обычно делится на три системы: листья, корень и побег. листьев растения являются основным местом фотосинтеза (рис. 2.16). Корни обеспечивают систему крепления растения в дополнение к абсорбции. У большинства растений вода и питательные вещества всасываются через корни. Система побегов обеспечивает метод обмена водой и питательными веществами между корнями и листьями через сеть сосудистых тканей. Система побегов также позволяет растениям расти вертикально. Солнечный свет может быть ограничивающим ресурсом, если растение находится в тени, поэтому способность расти выше, чем соседние растения, является важной адаптацией для растений.

Несмотря на большое разнообразие растений, обитающих на суше, гораздо меньше растений обитает в водной среде. Примеры водных растений включают морские травы и мангровые заросли (рис. 2.17).

Микроводоросли

Микроводоросли — одноклеточные фотосинтезирующие автотрофы, живущие в воде. Хотя отдельные клетки слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, микроводоросли можно увидеть в виде разноцветных перьев (рис. 2.18 А). Микроводоросли обладают удивительным разнообразием с точки зрения их структуры и функций.

Фитопланктон – это микроводоросли, плавающие в воде. Фитопланктон производит примерно половину кислорода Земли посредством фотосинтеза, а также обеспечивает пищу для многих водных организмов. Для фотосинтезирующих организмов важно находиться рядом с солнечным светом, поэтому микроводоросли должны оставаться вблизи поверхности океана. В результате у многих видов фитопланктона развились структурные приспособления, предотвращающие погружение, такие как заполненные нефтью мешочки или шипы (рис. 2.18 Б). Другие микроводоросли, такие как цианобактерии, покрывают морское дно на мелководье, где они имеют доступ к свету.

Дополнительную информацию о микроводорослях см. в разделе Морские микробы.

Макроводоросли

Макроводоросли — это водоросли, видимые невооруженным глазом. Макроводоросли иногда называют «морскими водорослями», и они имеют широкий спектр планов и структур тела. Макроводоросли могут быть размером от нескольких миллиметров до 45 метров, как в случае с гигантскими водорослями ( Macrocystis pyrifera , рис. 2.19). См. Таблицу 2.3 для общей терминологии водорослей.

Таблица 2. 3. Общие термины водорослей

Пластинка – крупная уплощенная ветвь слоевища (рис. 2.20)

Обызвествленный – описывает организм с карбонатом кальция в тканях, который часто придает ему твердую текстуру

Карбонат кальция – химическое соединение, обнаруженное в некоторых организмах для строения и защиты

Дихотомический – схема ветвления, при которой ветви делятся надвое (рис. 2.24 C)

Нити или нитевидные – очень тонкие веточки, обычно представляющие собой цепочки соединенных одиночных клеток (рис. 2.24 Б)

Фиксатор – часть слоевища, прикрепляющая растение к дну (камень, песок, коралловый щебень, другие растения или животные; рис. 2.20)

Средняя жилка – утолщенная часть в центре пластинки или ножки водоросли. Среднее ребро может выглядеть как вена, однако это не настоящая сосудистая ткань (рис. 2.21, А).

Пневматоцист – воздушные пузыри, используемые для удержания водоросли в воде в вертикальном положении (рис. 2.22 А).

Сегментированный – визуально разделен на отдельные однородные части или секции (рис. 2.22 А).

Ножка – стеблевидная структура. В отличие от наземных растений ножка не имеет настоящей сосудистой ткани (рис. 2.20).

Слоевище – основное тело водоросли

Поскольку у водорослей нет сосудистой ткани, у них нет настоящих побегов, стеблей, листьев и корней. Слоевище — это термин, используемый для описания основного тела водоросли (рис. 2.20).

Лопасти представляют собой уплощенные части слоевища. Лопасти водорослей бывают самых разных форм и размеров (рис. 2.21). Некоторые пластинки даже имеют утолщенную среднюю жилку, очень похожую по внешнему виду на листья растений.

Некоторые макроводоросли также имеют ножку , которая представляет собой стеблевидную часть слоевища (рис. 2.22).

Фиксатор прикрепляет макроводоросли к субстрату. Это очень важно, особенно в районах с сильными течениями или волнами. Когда водоросль отрывается над закрепкой, закрепка также может снова вырасти в новую водоросль.

Фиксаторы похожи на корни растений в том, что и фиксаторы, и корни закрепляют организм на месте. Но в отличие от прихваток, корни растений предназначены для хранения пищи и поглощения питательных веществ для транспортировки по растению.

Схемы тела макроводорослей весьма разнообразны. У некоторых макроводорослей слоевище водорослей состоит из отдельных частей.