Строение, функции и свойства клетки. Функции клетки растения
Строение, функции и свойства клетки
Целая плеяда выдающихся ученых прошлого - Роберт Гук, Антони ван Левенгук, Теодор Шванн, Матиасс Шлейден, своими открытиями в области изучения природы подготовили почву для формирования важнейшей отрасли современной биологической науки – цитологии. Она изучает строение и свойства клетки, являющейся элементарной носительницей жизни на Земле. Фундаментальные знания, полученные в результате развития науки о клетке, подвигли исследователей на создание таких дисциплин, как генетика, молекулярная биология, биохимия.
Научные открытия, сделанные в них, полностью изменили облик планеты и привели к появлению клонов, генномодифицированных организмов и искусственного интеллекта. Наша статья поможет разобраться с основными методами цитологических экспериментов и выяснить строение и функции клеток.
Как изучают клетку
Как и 500 лет назад, световой микроскоп является главным прибором, помогающим изучать строение и свойства клетки. Конечно, его внешний вид и оптические характеристики не идут ни в какое сравнение с первыми микроскопами, созданными отцом и сыном Янсенсами или Робертом Гуком в середине XVI века. Разрешающая способность современных световых микроскопов увеличивает размеры клеточных структур в 3000 раз. Растровые сканирующие приборы могут фиксировать изображение таких субмикроскопических объектов, как бактерии или вирусы, причем последние настолько малы, что даже не являются клетками. В цитологии активно используют метод меченых атомов, а также прижизненное изучение клеток, благодаря которым выясняют особенности клеточных процессов.
Центрифугирование
Чтобы разделить клеточное содержимое на фракции и изучить свойства и функции клетки, цитологии применяют центрифугу. Она работает по тому же принципу, что и одноименная часть в стиральных машинах. Создавая центробежное ускорение, прибор разгоняет клеточную взвесь, и поскольку органоиды имеют различную плотность, они оседают послойно. Внизу оказываются крупные части, такие как ядра, митохондрии или пластиды, а в верхних насадках ректификационной решетки центрифуги располагаются микрофиламенты цитоскелета, рибосомы и пероксисомы. Полученные слои разделяют, так удобнее изучать особенности биохимического состава органелл.
Клеточное строение растений
Свойства растительной клетки во многом похожи на функции животных клеток. Однако даже школьник, рассматривая в окуляр микроскопа фиксированные препараты клеток растений, животных или человека, обнаружит черты различия. Это геометрически правильные контуры, наличие плотной целлюлозной оболочки и крупных вакуолей, характерное для растительных клеток. И еще одно отличие, которое полностью выделяет растения в группу автотрофных организмов, – присутствие в цитоплазме хорошо видимых овальных телец зеленого цвета. Это хлоропласты – визитная карточка растений. Ведь именно они способны улавливать световую энергию, переводить ее в энергию макроэргических связей АТФ, а также образовывать органические соединения: крахмал, белки и жиры. Фотосинтез, таким образом, определяет автотрофные свойства клетки растения.
Самостоятельный синтез трофических веществ
Остановимся на процессе, благодаря которому, по словам выдающегося российского ученого К. А.Тимирязева, растения играют в эволюции космическую роль. На Земле существует примерно 350 тыс. видов растений, начиная от одноклеточных водорослей вроде хлореллы или хламидомонады и заканчивая гигантскими деревьями – секвойями, достигающими высоты 115 метров. Все они поглощают углекислоту, превращая ее в глюкозу, аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Эти вещества служат питанием не только самому растению, но и используются организмами, которые называются гетеротрофами: грибами, животными и человеком. Такие свойства клетки растений, как способность к синтезу органических соединений и образованию жизненно важного вещества – кислорода, подтверждают факт исключительной роли автотрофов для жизни на Земле.
Классификация пластид
Трудно остаться равнодушным, созерцая феерию красок цветущих роз или осеннего леса. Окраска растений обусловлена специальными органоидами – пластидами, характерными только для растительных клеток. Можно утверждать, что наличие специальных пигментов в их составе влияет на функции хлоропластов, хромопластов и лейкопластов в обмене веществ. Органеллы, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, обуславливают важные свойства клетки и отвечают за процесс фотосинтеза. Они также могут превращаться в хромопласты. Это явление мы наблюдаем, например, осенью, когда зеленые листья деревьев становятся золотыми, фиолетовыми или багряными. Лейкопласты могут трансформироваться в хромопласты, например, томаты молочной спелости дозревают до оранжевого или красного цвета. Они способны переходить и в хлоропласты, например, появление зеленого цвета на кожуре картофельных клубней происходит при их длительном хранении на свету.
Механизм образования растительных тканей
Одна из отличительных черт клеток высших растений – это наличие твердой и прочной оболочки. Обычно она содержит макромолекулы целлюлозы, лигнина или пектина. Устойчивость и сопротивление к сжатию и другим механическим деформациям, выделяют растительные ткани в группу наиболее жестких природных конструкций, способных выдерживать большие нагрузки (вспомним, например, свойства древесины). Между ее клетками возникает множество цитоплазматических тяжей, проходящих через отверстия в оболочках, которые, подобно упругим нитям, сшивают их между собой. Поэтому прочность и твердость - это основные свойства клетки растительного организма.
Плазмолиз и деплазмолиз
Наличие перфорированных стенок, отвечающих за передвижение воды, минеральных солей и фитогормонов, можно обнаружить благодаря явлению плазмолиза. Поместим растительную клетку в гипертонический раствор поваренной соли. Вода из ее цитоплазмы будет диффундировать наружу, а в микроскоп мы увидим процесс отслоения пристеночного слоя гиалоплазмы. Клетка съеживается, ее объем уменьшается, т.е. происходит плазмолиз. Возвратить исходную форму можно, добавив на предметное стекло несколько капель воды и создав концентрацию раствора ниже, чем в цитоплазме клетки. Молекулы Н2О будут через поры в оболочке поступать вовнутрь, объем и внутриклеточное давление клетки увеличатся. Этот процесс назвали деплазмолизом.
Специфика строения и функций животных клеток
Отсутствие в цитоплазме хлоропластов, тонкие мембраны, лишенные наружной оболочки, мелкие вакуоли, выполняющие в основном пищеварительные или выделительные функции – все это относится к клеткам животных и человека. Их разнообразный внешний вид и гетеротрофный способ питания – еще одна отличительная черта.
Многие клетки, представляющие собой отдельные организмы, или входящие в состав тканей, способны к активному движению. Это фагоциты и сперматозоиды млекопитающих, амеба, инфузория-туфелька и т. д. Объединение клеток животных в ткани осуществляется благодаря надмембранному комплексу – гликокаликсу. Он состоит из гликолипидов и белков, связанных с углеводами, и способствует адгезии – слипанию клеточных мембран между собой, приводящей к образованию ткани. Также в гликокаликсе происходит внеклеточное пищеварение. Гетеротрофный способ питания обуславливает присутствие в клетках целого арсенала пищеварительных ферментов, сосредоточенного в специальных органеллах – лизосомах, которые формируются в аппарате Гольджи – обязательной одномембранной структуре цитоплазмы.
В клетках животных эта органелла представлена общей сетью каналов и цистерн, а у растений имеет вид многочисленных разобщенных структурных единиц. Как растительные, так и животные соматические клетки делятся митозом, а гаметы – мейозом.
Итак, мы установили, что от особенностей микроскопического строения и функций органелл будет зависеть то, какими свойствами обладают клетки различных групп живых организмов.
fb.ru
Что такое протоплазма клетки растения, ее функции и свойства
Клетка является основной структурной и функциональной единицей живой материи, и растения, как и все живые организмы, состоят из основного базового элемента - растительной клетки. Она представляет собой элементарную биологическую систему, лежащую в основе не только строения, но и восстановления, развития и жизнедеятельности растений. Количество клеток в растениях может варьироваться от одной (одноклеточные растительные организмы) до миллионов (многоклеточные растения).
Клетки образуют в организмах различные ткани, и могут существенно отличаться по своему виду друг от друга по форме и размерам, так как они имеют разное предназначение и выполняют отличные друг от друга функции. Но их объединяет одинаковое строение. Клетка каждого растения имеет прочную наружную клеточную стенку с расположенными на ней неутолщенными участками - порами, т. н. первичную оболочку. Под ней находится тонкая и эластичная двухслойная молекулярная мембрана, отделяющая внутреннее содержимое клетки от внешней среды, это т. н. вторичная оболочка. Внутри каждая клетка наполнена гелеобразным, прозрачным и бесцветным подвижным живым веществом - протоплазмой, включающей в себя цитоплазму (полужидкая, слизистая, бесцветная среда, в которой находятся все остальные органы клетки) и нуклеоплазму (очень вязкий коллоидный белковый раствор, образующий клеточное ядро). Впервые термин протоплазма (нем. Protoplasma из др.- гр. πρῶτος "первый" и πλάσμα "сформированное") применительно к внутриклеточной структуре растительной клетки был закреплен официально немецким ботаником Хьюго фон Молем (1805-1872). Современная биология часто использует термины протоплазма и цитоплазма как синонимы.
Химический состав протоплазмы очень разнообразен и сложен. Основными составляющими (около 99%) являются водород, кислород, углерод и азот, а также небольшое количество микроэлементов. Наиболее важной частью ее являются белковые соединения. Кроме них в протоплазме находятся продукты клеточной жизнедеятельности: жиры, углеводы, глюкозиды, алкалоиды, продукты белкового распада - аминокислоты и небольшое количество различных минералов. Во время вегетации протоплазма растительных клеток на 70 - 80% состоит из воды, в результате чего она становится менее вязкой и более подвижной. Это объясняется тем, что для процессов метаболизма, протекающих в протоплазме и заключающихся в сложнейших химических реакциях, требуется соответствующая среда, а именно истинный (молекулярный) раствор. В протоплазме клеток растений, находящихся в состоянии покоя, вода составляет всего лишь около 10 - 15 %, вязкость коллоидной субстанции увеличивается, а подвижность уменьшается.
Протоплазма обладает всеми свойствами, характерными для живой материи. Одна из ее особенностей - способность реагировать на малейшие изменения условий окружающей среды (тепловые, световые, химические, электрические и др. раздражения) путем изменения интенсивности своего движения. Различают вращательный или круговой тип движения протоплазмы и струйчатый. В первом случае наблюдается перемещение субстанции в одном направлении вдоль клеточной оболочки. Этот тип характерен для тех клеток, где протоплазма смещена к периферии и занимает пристеночное положение. Струйчатое движение происходит в разных направлениях по всей клетке и образует несколько потоков. Предполагается, что именно благодаря движению протоплазмы осуществляется интенсивный обмен веществ в клетке.
Все жизненно важные процессы растительного организма происходят в протоплазме. Ее свойства определены основной составляющей - белковыми соединениями, представленными как протеинами (простыми белками), так и протеидами (сложными биополимерными соединениями, включающими также и небелковую часть - глюкозу, нуклеиновые кислоты, жироподобные вещества). Протоплазма представляет собой динамическую внутриклеточную среду, в которой находятся все органоиды клетки (митохондрии, вакуоли, комплекс Гольджи, пластиды, лизосомы и пр.), ядро и продукты жизнедеятельности. Для нее характерна щелочная химическая реакция. Протоплазма как живое клеточное вещество обеспечивает взаимодействие всех клеточных структур в процессах метаболизма и объединяет их в единую клеточную систему. Кроме того, она обладает полупроводниковыми свойствами (избирательная проницаемость), что позволяет растению выживать в условиях временного обезвоживания и сохранять стабильность своего состава.
Во взаимодействии с протоплазмой или через ее среду выполняются транспортные процессы между органоидами клетки и ядром. Протоплазма пронизана целой сетью мембран (эндоплазматическая сеть), которая отличается постоянной изменчивостью и подвижностью. Благодаря этой сети у протоплазмы есть огромное количество внутренних поверхностей, на которых возможно протекание таких процессов как десорбция (выделение) и адсорбция (поглощение) для быстрого перемещения необходимых веществ внутри клетки. Также доказано, что протоплазма участвует в хранении и передаче наследственной информации.
agrostory.com
Структура и функции клетки | Учеба-Легко.РФ
Клетка – элементарная единица живой системы. Различные структуры живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции, получили название органоидов, подобно органам целого организма. Специфические функции в клетке распределены между органоидами, внутриклеточными структурами, имеющими определенную форму, такими, как клеточное ядро, митохондрии и др.
Клеточные структуры:
1. Цитоплазма. Обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Цитозоль – это вязкий водный раствор различных солей и органических веществ, пронизанный системой белковых нитей – цитоскелетам. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходят в цитоплазме. Строение: Цитозоль, цитоскелет. Функции: включает различные органоиды, внутренняя среда клетки
2. Плазматическая мембрана. Каждая клетка животных, растений, грибов ограничена от окружающей среды или других клеток плазматической мембраной. Толщина этой мембраны так мала (около 10 нм.), что ее можно увидеть только в электронный микроскоп.
Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщину, погружены на разную глубину в липидный слой или располагаются на внешней и внутренней поверхности мембраны. Строение мембран всех других органоидов сходно с плазматической мембраной. Строение: двойной слой липидов, белки, углеводы. Функции: ограничение внутренней среды, сохранение формы клетки, защита от повреждений, регулятор поступления и удаления веществ.
3. Лизосомы. Лизосомы – это мембранные органоиды. Имеют овальную форму и диаметр 0,5 мкм. В них находится набор ферментов, которые разрушают органические вещества. Мембрана лизосом очень прочная и препятствует проникновению собственных ферментов в цитоплазму клетки, но если лизосома повреждается от каких-либо внешних воздействий, то разрушается вся клетка или часть ее.
Лизосомы встречаются во всех клетках растений, животных и грибов.
Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным «сырьем» химические и энергетические процессы в клетке. При голодании клетки лизосомы переваривают некоторые органоиды, не убивая клетку. Такое частичное переваривание обеспечивает клетке на какое-то время необходимый минимум питательных веществ. Иногда лизосомы переваривают целые клетки и группы клеток, что играет существенную роль в процессах развития у животных. Примером может служить утрата хвоста при превращении головастика в лягушку. Строение: пузырьки овальной формы, снаружи мембрана, внутри ферменты. Функции: расщепление органических веществ, разрушение отмерших органоидов, уничтожение отработавших клеток.
4. Комплекс Гольджи. Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в аппарате Гольджи. Этот органоид имеет размеры 5–10 мкм.
Строение: окруженные мембранами полости (пузырьки). Функции: накопление, упаковка, выведение органических веществ, образование лизосом
5. Эндоплазматическая сеть. Эндоплазматическая сеть является системой синтеза и транспорта органических веществ в цитоплазме клетки, представляющая собой ажурную конструкцию из соединенных полостей.
К мембранам эндоплазматической сети прикреплено большое число рибосом – мельчайших органоидов клетки, имеющих вид сферы с диаметром 20 нм. и состоящих из РНК и белка. На рибосомах и происходит синтез белка. Затем вновь синтезированные белки поступают в систему полостей и канальцев, по которым перемещаются внутри клетки. Полости, канальцы, трубочки из мембран, на поверхности мембран рибосомы. Функции: синтез органических веществ с помощью рибосом, транспорт веществ.
6. Рибосомы. Рибосомы прикреплены к мембранам эндоплазматической сети или свободно находятся в цитоплазме, они располагаются группами, на них синтезируются белки. Состав белка, рибосомальная РНК . Функции: обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из аминокислот).
7. Митохондрии. Митохондрии – это энергетические органоиды. Форма митохондрий различна, они могут быть остальными, палочковидными, нитевидными со средним диаметром 1 мкм. и длиной 7 мкм. Число митохондрий зависит от функциональной активности клетки и может достигать десятки тысяч в летательных мышцах насекомых. Митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, под ней – внутренняя мембрана, образующая многочисленные выросты – кристы.
Внутри митохондрий находятся РНК, ДНК и рибосомы. В ее мембраны встроены специфические ферменты, с помощью которых в митохондрии происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
Мембрана, матрикс, выросты – кристы. Функции: синтез молекулы АТФ, синтез собственных белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, образование собственных рибосом.
8. Пластиды. Только в растительной клетке: лекопласты, хлоропласты, хромопласты. Функции: накопление запасных органических веществ, привлечение насекомых-опылителей, синтез АТФ и углеводов. Хлоропласты по форме напоминают диск или шар диаметром 4–6 мкм. С двойной мембраной – наружней и внутренней. Внутри хлоропласта имеются ДНК рибосомы и особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и с внутренней мембраной хлоропласта. В каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке для лучшего улавливания света. В мембранах гран находится хлорофилл, благодаря ему происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза органических соединений, в первую очередь углеводов.
Хромопласты. Пигменты красного и желтого цвета, находящиеся в хромопластах, придают различным частям растения красную и желтую окраску. Корень моркови, плоды томатов.
Лейкопласты являются местом накопления запасного питательного вещества – крахмала. Особенно много лейкопластов в клетках клубней картофеля. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (в результате чего клетки картофеля зеленеют). Осенью хлоропласты превращаются в хромопласты и зеленые листья и плоды желтеют и краснеют.
9. Клеточный центр. Состоит из двух цилиндров, центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу. Функции: опора для нитей веретена деления
10. Клеточные включения. Клеточные включения то появляются в цитоплазме, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки.
Плотные, в виде гранул включения содержат запасные питательные вещества (крахмал, белки, сахара, жиры) или продукты жизнедеятельности клетки, которые пока не могут быть удалены. Способностью синтезировать и накапливать запасные питательные вещества обладают все пластиды растительных клеток. В растительных клетках накопление запасных питательных веществ происходит в вакуолях.
Зерна, гранулы, капли. Функции: непостоянные образования, запасающие органические вещества и энергию
11. Ядро. Ядерная оболочка из двух мембран, ядерный сок, ядрышко. Функции: хранение наследственной информации в клетке и ее воспроизводство, синтез РНК – информационной, транспортной, рибосомальной. В ядерной мембране находятся споры, через них осуществляется активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядре хранится наследственная информация не только о всех признаках и свойствах данной клетки, о процессах, которые должны протекать к ней (например, синтез белка), но и о признаках организма в целом. Информация записана в молекулах ДНК, которые являются основной частью хромосом. В ядре присутствует ядрышко. Ядро, благодаря наличию в нем хромосом, содержащих наследственную информацию, выполняет функции центра, управляющего всей жизнедеятельностью и развитием клетки.
uclg.ru
