Строение растительной клетки. Клетка растения

РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА - это... Что такое РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА?

        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.

        Размножаются клетки делением. При этом из одной клетки образуются две дочерние, каждая из которых в свое время тоже может поделиться и т. д. Каждая из дочерних клеток должна нести в своем ядре полный и одинаковый объем наследствепного вещества, точно такого же, какой содержится в ядре материнской клетки. Только при этом условии наследственные свойства могут полностью передаваться от клетки к клетке и от растения к растениям-потомкам. Специальный механизм—митотическое деление ядра (митоз)—обеспечивает равное и полное распределение наследственного вещества, вещества хромосом, между дочерними клетками (рис. 37).

        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. 1974.

dic.academic.ru

Особенности строения растительной клетки | We are students

Основа организма

Клетка является структурной единицей любого многоклеточного организма. Конечно, они могут различаться по некоторым особенностям строения оттого, что выполняют разные функции. В большинстве случаев изменяются на составные части, а их размеры или формы. Но в основном все клетки растения схожи между собой. Чем они отличаются от животных можно понять, подробно рассмотрев строение растительной клетки.

Что находится внутри растительной клетки

Для того чтобы понять и изучить строение клетки растений, необходимо узнать про строение и функции ее составных частей.

1. Клетка любого растения отделена от окружающей среды (или от других клеток) толстой стенкой. Только у растений в ее состав входит целлюлоза, что добавляет ей прочности и помогает поддерживать форму. В клеточной стенке располагаются поры, через которые ЭПС соседних клеток сообщаются друг с другом.
2. Под стенкой клетки лежит плазматическая мембрана, которая обеспечивает необходимый баланс ионов по обе стороны. Она впускает внутрь питательные вещества и выпускает наружу продукты жизнедеятельности.
3. Вакуоли – полости, заполненные клеточным соком и окруженные собственной мембраной (тонопласт). Они необходимы для поддержания осмотического давления в клетке. Благодаря ему растения способны поднимать воду из корней и доставлять его в каждую часть растения. Также тургор регулирует скорость всасывания клеткой питательных веществ.
4. Цитоплазма – заполняет внутреннее пространство клетки, в ней плавают органеллы, происходят все реакции.
5. Ядро и ядрышко – служат для хранения генетической информации в виде ДНК, свернутой в хромосомы.
6. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – комплекс канальцев, полостей и пузырьков. Различают два вида:
   1. гранулярная ЭПС — на его мембранах располагаются рибосомы, в которых идет синтез белков, они сразу попадают в ЭПС, по которой транспортируются в нужное место клетки;
   2. агранулярная (гладкая) ЭПС играет не только транспортную, но и запасающую роль.
7. Рибосомы – органеллы, в которых происходит синтез белка. Информация о составе белковой молекулы поступает в рибосому в виде мРНК, аминокислоты поставляются на хвосте тРНК. Сами рибосомы могут как свободно плавать в цитоплазме, так и «сидеть» на мембране шероховатой ЭПС.
8. Митохондрии – двумембранная структура, чаще гранулярной формы. В не происходит окисление веществ с выделением энергии, которая в свою очередь участвует в синтезе молекул АТФ.
9. Пластиды – органеллы, окруженные двумя мембранами, с выростами внутри (тилакоиды). Они могут выполнять различные функции. Самыми важными являются хлоропласты, внутри которых происходит фотосинтез.
10. Аппарат Гольджи – мембранная структура, в которой происходит транспортировка белков из ЭПС по всей клетке и дозревание отдельных молекул белков.

Особенности строения растительной клетки

В растениях преобладают процессы синтеза различных веществ над реакциями, в ходе которых выделяется энергия. То есть растения больше запасают, чем тратят. Да и куда им расходовать энергию? Неподвижный образ жизни дает о себе знать. Поэтому в клетках растений так много пластид, в которых происходит фотосинтез.

Отсутствие скелета и повышенное внутриклеточное давление вызвало необходимость иметь плотную толстую клеточную стенку. А для поддержания тургора появились вакуоли.

Это краткое описание строения клетки растений, для более подробной картины можно отдельно почитать о каждом органоиде, изучить состав клеток: органические и неорганические вещества, рассмотреть процессы, протекающие в клетках. Мир одной маленькой клеточки огромен и интересен, познаете ли вы его – зависит только от вас!

Строение растительной клетки — видео

westud.ru

Клетки растений » Детская энциклопедия (первое издание)

В истории каждой науки бывают события, открывающие широкий путь для ее дальнейшего развития. Так, успехи физики и химии привели к овладению атомной энергией, которая при ее мирном использовании открывает широчайшие перспективы для развития науки и техники. В науке о жизни одним из таких великих событий было открытие клеточного строения у растений и животных. Произошло это в первой половине XIX в.

Изображения растительных клеток учеными XVII в.

Правда, то, что растения состоят из клеток, было известно значительно раньше — еще во второй половине XVII в., когда для биологических исследований впервые стали применять микроскоп. Крупнейшие ученые того времени — англичане Роберт Гук и Неемия Грю, итальянец Марчелло Мальпиги — рассматривая под микроскопом различные части растений, заметили, что растения состоят из «клеточек», «пузырьков».

Марчелло Мальпиги

Однако они видели только оболочки мертвых клеток и не имели представления о том, что находится в живой клетке.

Клеточное строение животных стало известно значительно позже, а к общему заключению о строении клетки и о том, что тела всех растений и животных состоят из клеток, ученые пришли только в 30-х годах XIX в. Это было связано с усовершенствованием микроскопа и развитием техники микроскопических исследований. Особенно большое значение имели работы чешского ученого Яна Пур-кинье и немецких ученых Шванна и Шлейдена.

За последние сто лет изучение клетки продвинулось далеко вперед и привело к ряду крупнейших открытий. Если микроскопы при жизни Шванна увеличивали в сотни раз, то современные оптические микроскопы увеличивают до трех тысяч раз и дают возможность видеть предметы величиной в один микрон, т. е. 0,001 мм. Это почти предел того, что можно видеть под микроскопом. Однако в последнее время сконструированы особые электронные микроскопы. Они позволяют видеть частицы при увеличении в сто и более тысяч раз. Все это дало возможность не только хорошо изучить клеточное строение организмов, но и понять важнейшие процессы, которые происходят в живой клетке.

КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ

Что же представляют собой клетки, каково их строение и значение в жизни растения?

Неемия Грю.

Ниже изображена небольшая часть нитчатой водоросли спирогиры, обычной в наших водоемах. Вся водоросль представляет собой длинную нить, состоящую из одного ряда одинаковых клеток. Перед нами наиболее простое строение многоклеточного растения.

Удлиненные клетки этой водоросли имеют хорошо заметную твердую оболочку, она отделяет их от внешней среды и от соседних клеток. Эта оболочка состоит из органического вещества, называемого целлюлозой, или клетчаткой. Целлюлоза относится к органическим веществам, называемым углеводами.

К ним же относятся сахар и крахмал, но состав целлюлозы сложнее. От сахара она отличается тем, что не растворяется в воде, от крахмала — что не разбухает в воде.

Внутри клетки находится полужидкая протоплазма. У большинства растительных тканей она заполняет не всю клетку, а располагается преимущественно у стенок. В протоплазме находится округлое или овальное тело — ядро клетки. Протоплазма и ядро — важнейшие части всякой живой, способной к размножению клетки. И протоплазма и ядро состоят из сложного сочетания различных веществ, среди которых главную роль играют сложнейшие органические вещества — белки.

Маттиас Якоб Шлейден

Присмотревшись к клетке водоросли, мы заметим, что протоплазма движется: она медленно перетекает в определенном направлении. Особенно хорошо это заметно в тех местах клетки, где протоплазма прилегает к оболочке.

Между струйками протоплазмы внутри клетки видны пространства, заполненные прозрачной жидкостью. Это пузырьки, или вакуоли, с клеточным соком. Клеточный сок состоит из воды и растворенных в ней солей, сахара и других веществ. В клеточном соке сладких плодов много сахара, а в крупных клетках долек лимона или апельсина содержится также лимонная кислота.

Твердые оболочки клеток и вакуоли с клеточным соком имеют очень большое значение в жизни растений. Если нитчатую водоросль поместить в крепкий раствор соли или сахара, то вскоре станет заметно, что протоплазма, прилегающая в клетках к оболочке, начинает от нее отставать, содержимое клетки все более сжимается, сильно уменьшаются и вакуоли с клеточным соком. Почему это происходит?

Поместив клетки в раствор соли или сахара, мы изменили условия их жизни. Теперь во внешней среде — в окружающей воде — более концентрированный, более крепкий раствор различных веществ, чем в клеточном соке. При этих условиях происходит диффузия: вода из вакуолей с клеточным соком будет усиленно проникать в пространство, образующееся между протоплазмой и оболочкой. Это явление называется плазмолизом клетки.

Клетка водоросли спирогиры: п — протоплазма, я — ядро, в— вакуоль с клеточным соком, х — хроматофор.

Клетки кожицы лука.

В нормальных условиях концентрация растворенных в клетке веществ выше, чем в окружающей среде. Поэтому вода постоянно проникает в клетку. Содержимое клетки набухает и давит изнутри на твердую клетчатковую оболочку. Поэтому в обычных условиях растительная клетка находится в состоянии напряжения, или тургора. Если растение не поливать, то в почве концентрация растворенных веществ будет увеличиваться. Уменьшится диффузия воды, ослабеет тургор в клетках листа, станет меньше Маттиас Якоб Шлейден. напряженность тканей растения. Листья поникают, становятся дряблыми. Не во всякой клетке растения находится большое количество клеточного сока. В молодых клетках его нет: накапливается он в клетках по мере роста. В некоторых клетках очень много клеточного сока, и он может занимать почти всю клетку. Такие клетки обычны в мякоти плодов и достигают иногда «гигантских» размеров.

На рисунке в клетке спирогиры, кроме протоплазмы, ядра и клеточного сока, видна также плотная спиральная лента; она окрашена в зеленый цвет. Это хроматофор, содержащий зеленый пигмент — хлорофилл. При участии хлорофилла происходит воздушное питание растений (см. ст. «Как живет растение»). Наконец, в протоплазме клетки могут быть различные включения: капельки жира, кристаллики и т. п.

Клетки арбузной мякоти, видимые через лупу.

В низших растениях, подобных водоросли спирогире, у всех клеток более или менее одинаковое строение. Но у большинства растений клетки очень разнообразны. Так, например, клетки кожицы измененных листьев, составляющих луковицу обыкновенного лука, имеют удлиненную форму, и в них нет зеленых хроматофоров. Различное строение клеток связано с ролью, которую они играют в жизни растения. На рисунке изображен разрез листа зеленого растения. На нем можно различить лежащие в один слой клетки кожицы листа, не содержащие хлорофилловых зерен. Под кожицей расположены клетки, богатые зелеными хлорофилловыми зернами. Между этими клетками, особенно в нижней части листа, видны межклеточные пространства, в которые проникает воздух. Клетки кожицы составляют покровную ткань листа, или эпидермис, а зеленые клетки мякоти листа образуют другую ткань — паренхиму, с которой связано питание зеленого растения. Кроме того, в кожице лежат особые клеточки, образующие устьица. Устьица замыкают отверстия, ведущие в межклеточные пространства паренхимы. Через устьица происходит обмен газами между растением и внешней средой (кислород, углекислый газ, пары воды).

Кроме того, в листе есть жилки. Они состоят из особых удлиненных клеток — трубчатых сосудов. По одним из этих клеток в лист поступает вода, по другим из листа в стебель и корни направляются органические вещества.

Клетки растений различаются не только формой и строением, но и величиной. Наряду с очень мелкими клеточками, величиной всего в несколько микронов, есть и крупные клетки, измеряемые несколькими миллиметрами и даже сантиметрами, как например лубяные волокна некоторых растений.

Плазмолиз растительной клетки: о — оболочка, п — прото-плазма, в — вакуоль с клеточным соком.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

.

de-ussr.ru

Чем растительная клетка отличается от животной

Основные составляющие растительной клетки – это оболочка клетки и её содержимое, которое называется протопластом. Оболочка отвечает за форму клетки, а также обеспечивает надёжную защиту от влияния внешних факторов. Взрослая клетка растения отличается наличием полости с клеточным соком, которая имеет название вакуоль. Протопласт клетки содержит ядро, цитоплазму, а также органеллы: пластиды, митохондрии. Ядро клетки растения покрыто двумембранной оболочкой, которая содержит поры. Через эти поры поступают к ядру вещества.

Следует сказать, что цитоплазма растительной клетки имеет достаточно сложное строение мембран. Сюда входят и лизосомы, и комплекс Гольджи, и ретикулум эндоплазмы. Цитоплазма растительной клетки является основным компонентом, который участвует в важных процессах жизнедеятельности клетки. Существуют также и немембранные структуры в цитоплазме: рибосомы, микротрубочки и прочие. Основная плазма, в которой располагаются все органеллы клетки, называется гиалоплазмой. Растительная клетка содержит хромосомы, которые отвечают за передачу наследственной информации.

Особые признаки растительной клетки

Можно выделить основные отличительные особенности клеток растения:

• Оболочка клетки состоит из целлюлозной оболочки.
• В клетках растений содержатся хлоропласты, которые отвечают за фотоавтотрофное питание за счёт наличия хлорофиллов с зелёным пигментом.
• Клетка растения предполагает наличие трёх разновидностей пластид.
• Растение имеет особую клетку вакуоль, причем молодые клетки имеют небольшие вакуоли, а взрослая клетка отличается наличием одной большой.
• Растение способно откладывать углевод про запас в качестве крахмальных зёрен.

Строение животной клетки

Животная клетка в обязательном порядке содержит ядро и хромосомы, наружную мембрану, а также органоиды, расположенные в цитоплазме. Мембрана животной клетки защищает её содержимое от внешнего воздействия. В состав мембраны входят молекулы белков и липидов. Взаимодействие ядра и органоидов клетки животного обеспечивает цитоплазма клетки.К органоидам животной клетки относят рибосомы, которые расположены в эндоплазматической сети. Здесь происходит процесс синтеза белков, углеводов и липидов. Рибосомы же отвечают за синтез и транспортировку белка.

Митохондрии животной клетки ограничены посредством двух мембран. Лизосомы клетки животного способствуют детальному расщеплению белков до аминокислот, липидов до уровня глицерина, а жирных кислот до моносахаридов. Также клетка содержится комплекс Гольджи, который состоит из группы определённых полостей, которые отделены мембраной.

Сходства растительных и животных клеток

К признакам, которыми похожи растительные и животные клетки, можно отнести следующие:

1. Схожее строение системы структуры, т.е. наличие ядра и цитоплазмы.
2. Обменный процесс веществ и энергии близки по принципу осуществления.
3. И в животной, и в растительной клетке имеется мембранное строение.
4. Химический состав клеток очень похож.
5. В клетках растения и животного присутствует похожий процесс клеточного деления.
6. Растительная клетка и животная имеет единый принцип передачи кода наследственности.

Существенные различия между растительной и животной клеткой

Помимо общих признаков строения и жизнедеятельности растительной и животной клетки, существуют и особые отличительные черты каждой из них. Отличия клеток заключаются в следующем:

• Наличие пластидов. В растительных клетках различают такие виды пластидов как хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. А в животных клетках пластиды отсутствуют.
• Питание растительной клетки считается автотрофным, который, в свою очередь, разделяется на фототрофный и хемотрофный. А животная клетка питается гетеротрофным путём, который включает паразитический и сапротрофный виды.
• Процесс распада аденозинтрифосфорной кислоты в растительной клетке происходит в хлоропластах и прочих клеточных элементах, где необходима затрата энергии. В животной клетке такой процесс происходит во всех частях клетки, требующих энергетической затраты.
• Наличием клеточного центра у растений отличаются клетки низших растений. А среди животных клеток клеточный цент распространён у всех.
• Клетка растения содержит клеточную стенку из целлюлозы, а у животной клетки таковой не имеется.
• Второстепенные и необязательные компоненты растительной клетки состоят из запаса питательных веществ в качестве крахмальных зёрен, а также зёрен белка и капель масла. Также сюда входят вакуоли, содержащие клеточный сок и солевые кристаллы. А животная клетка содержит в качестве необязательных компонентов питательные вещества из зёрен и капель белков, жиров и углеводов. Также есть содержание солевых кристаллов, пигментов и конечных обменных продуктов.
• Растительные вакуоли представляют собой полости с соком. А у животной клетки имеются мелкие вакуоли, разделяющиеся на сократительные, пищеварительные и выделительные.

Таким образом, можно сказать, что растительные и животные клетки похожи между собой содержанием некоторых важных элементов и некоторыми процессами жизнедеятельности, а также имеют существенные отличия в структуре и обменных процессах.

vchemraznica.ru

Строение растительной клетки | Kid-mama

Клетка-это элементарная живая система, тот кирпичик, из которого состоят все живые организмы, только у многоклеточных клетки различаются по строению и функциям, а у одноклеточных клетка сама-целый организм.

Вся живая материя на Земле делится на два надцарства — прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии. Все остальные организмы являются эукариотами, т.е. имеют ядро.

Рассмотрим подробно строение растительной клетки.

Клетки растений, так же как и клетки животных, состоят из наружной мембраны, цитоплазмы (протоплазмы) и ядра.  Цитоплазма в свою очередь состоит из гиалоплазмы — желеобразного белкового вещества, и  различных органелл, расположенных в ней.

У растений, грибов и бактерий, в отличие от животных и простейших, снаружи от цитоплазматической мембраны имеется еще одна оболочка — так называемая клеточная стенка. Она жесткая, прочная, и выполняет защитную, механическую и транспортную функции. У растений она состоит из целлюлозы (клетчатки) и пектинов.   (у грибов -из хитина, а у бактерий из полисахаридов). Со временем происходит одревеснение клеточной стенки  и отмирание клетки.

У злаков и некоторых других растений в клеточной стенке откладываются минеральные вещества, благодаря чему растение становится жестче — это защита от поедания животными.

В клеточной стенке имеются отверстия, через которые соседние клетки сообщаются друг с другом с помощью выростов — плазмодесм.

Гиалоплазма представляет собой густой раствор различных неорганических и органических молекул в воде. Она движется внутри клетки, увлекая за собой органеллы. Также она может пропускать через себя одни вещества и не пропускать другие, участвуя в обмене веществ как внутри клетки, так и между клетками.

Кроме того в растительной клетке находятся полости, ограниченные мембраной, и заполненные вязким клеточным соком — вакуоли. Клеточный сок — это вода с растворенными в ней минеральными солями и органическими веществами -глюкозой, фруктозой, пектинами и др., а также продуктами обмена. Иногда клеточный сок окрашен, и придает окраску растению, Например, у краснокочанной капусты. В старых клетках вакуоль может занимать почти весь объем клетки. Вакуоли служат хранилищем запасов воды в клетке, и придают тургор (плотность) тканям растения.

Цитоскелет. Цитоплазма клеток эукариотов пронизана трехмерной сетью белковых нитей, образующих так называемый цитоскелет. Цитоскелет выполняет три основные функции:

• Служит механическим каркасом, придающим клетке форму, а также связывает мембрану с органеллами
• Работает как мотор при движении или работе клетки (у животных — работа мышц, у растений — движение листьев, раскрывание лепестков и т.д)
• Служит «рельсами» для передвижения органелл, например, митохондрий или пластидов, внутри клетки

Митохондрии

Митохондрии — энергетические станции клетки. В них происходит образование энергии, необходимой для всех жизненных процессов в клетке.  Поглощая из цитоплазмы органические вещества, митохондрии расщепляют их при участии кислорода (иначе говоря, «сжигают» ), и синтезируют из них молекулы АТФ — основной источник энергии в клетке. При этом также образуется вода и углекислый газ. Таким образом митохондрии-основные потребители кислорода в клетке, и первыми страдают при его недостатке. Митохондрии состоят из двух мембран, гладкой наружной и складчатой внутренней. Складки внутренней мембраны образуют перегородки — кристы.

Пластиды

Пластиды  — органеллы, состоящие из мембран, и содержащие особые пигменты. Пластиды имеются только у растений.

Выделяют три вида пластид : хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты — содержат зеленый пигмент хлорофилл, они присутствуют в листьях и других зеленых частях растения. Хлоропласты участвуют в фотосинтезе — образовании органических веществ из воды и углекислого газа , используя энергию солнечного света.

Хромопласты — пластиды, содержащие другой пигмент — красного или желтого цвета. Хромопласты придают окраску цветам, осенним листьям. Они создают все разнообразие и красоту растительного мира.

И, наконец, лейкопласты — бесцветные пластиды, они содержатся в клетках луковиц, корней, стеблей и других неокрашенных частей растений. Зато в них накапливаются некоторые органические вещества.

При определенных условиях различные виды пластид могут превращаться друг в друга.

Ядро

Ядро — это хранилище наследственной информации — ДНК, а также главный регулятор синтеза белка. В ядре можно увидеть ядрышки, они исчезают, когда клетка начинает делиться. В ядрышках образуются рибосомы, органеллы, ответственные за синтез белка. ДНК в ядре находится в виде хромосом.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — это система мембран и цистерн, которые сообщаются с ядром, переходя в его мембрану. Это вызвано общими функциями этих органелл — синтезом белка и других веществ. Выделяют  гладкую и шероховатую эндоплазматическую сеть. На мембранах шероховатой эндоплазматической сети находятся рибосомы. Ее функция — синтез белка. Гладкая эндоплазматическая сеть занимается синтезом липидов, участвует в углеводном обмене и др.

Аппарат Гольджи — Это еще одна мембранная органелла клетки. Выглядит Аппарат Гольджи как стопка цистерн, от которых отрываются пузырьки — секреторные гранулы.  Аппарат Гольджи связан с эндоплазматической сетью, и занимается секрецией и транспортом белков, ферментов и всего того, что синтезировалось в ней. Образующиеся пузырьки с секретом — лизосомы — могут как перемещаться по клетке, так и выводить секрет наружу, в межклеточное пространство.

Далее осталось еще два вида  немембранных органелл — рибосомы и клеточный центр.

Рибосомы — маленькие, но очень важные органеллы, отвечающие за синтез белка . Они находятся в клетке как в свободном состоянии, так и прикрепленными к мембранам шероховатой эндоплазматической сети.

Клеточный центр (или центросома) — имеется не у всех растений. Это  немембранная органелла, которая участвует в клеточном цикле — делении клетки, а также в формировании жгутиков и ресничек у некоторых растений.

Итак, мы разобрали основные органеллы растительной клетки, и теперь подведем итоги, за что же они отвечают:

kid-mama.ru

Строение клетки растений

Клетки растений весьма разнообразны по форме и размерам. Форма и величина их определяется местом положения в организме растения, а также выполняемыми функциями. Клетки, входящие в состав различных тканей и органов, значительно различаются по ширине и длине, но чаще всего они вытянуты и имеют заостренные концы. Например, длина клетки покрытосеменных колеблется в пределах от 100 до 1000 мкм. Паренхимные клетки плодов и клубней растений достигают более 1 мм. Большие размеры имеют клетки лубяных волокон. Так, у льна и копли длина волокна составляет 20-40 мм, а у хлопчатника – 65 мм. Однако, чаще всего клетки мелкие, величиной 20-50 мкм и их можно видеть только под микроскопом.

Общая численность клеток, составляющих растение, выражается астрономическими цифрами, достигая нескольких сотен и тысяч миллиардов.

Клетка растений состоит из двух основных структур – цитоплазмы и ядра. Цитоплазма ( от греческого cytos – клетка, plasma – первичная масса) и ядро тесно связаны между собой и представляют единую живую систему. Цитоплазма без ядра существовать не может, так же как и ядро без цитоплазмы. В начале развития учения о клетке чешский физиолог Пуркинье (1839) назвал содержимое клетки протоплазмой (от греческого protos – первый). Клетка одета клеточной оболочкой (мембраной), состоящей из клетчатки и пектиновых веществ (целлюлоза, лигнин, воск и др.). мембрана имеет поры через которые вещества могут проникать из одной клетки в другую.

Основную часть объема клетки занимает цитоплазма. Слой цитоплазмы, прилегающий к оболочке, называется экзоплазмой. Он более вязкий и лишен гранул по сравнению с внутренним слоем, называемым эндоплазмой. В электронном микроскопе цитоплазма представляется однородной зернистой массой. Она состоит из прозрачного вещества гиалоплазмы (от греческого hyalos – стекло и плазма) и взвешенных в ней мельчайших частиц – гранул. Гиалоплазму называли вначале матриксом. В цитоплазме находятся органоиды и включения, протекают биохимические реакции, осуществляется транспорт веществ.

В состав цитоплазмы входит 10-20 % белков, 2-3 % липидов, 1-2 % углеводов и примерно 1 % минеральных солей и других веществ. В водной среде цитоплазмы растворены минеральные вещества и находятся органические соединения, представленные двумя группами: полупродукты синтеза и распада (аминокислоты, моносахариды, глицерин, жирные кислоты, азотистые основания и др.) и конечными продуктами синтеза (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и др.). Наибольшее значение в жизнедеятельности растительной клетки играют белки. Недаром голландский ученый-химик И. Мудлер назвал белки протеинами, что в переводе означает первостепенно важные. Белки выполняют структурную роль, являются составной частью витаминов, ферментов, гормонов, участвуют в многочисленных реакциях обмена, имеют первостепенное значение в защитных реакциях и т. д.

Липиды являются главным образом запасными веществами клетки. Они – источник энергии. Некоторые липиды входят в состав ядерных и клеточных оболочек и многочисленных мембран.

Углеводы представлены в цитоплазме в виде моно и дисахаридов. В состав клетки входит также крахмал, играющий роль запасного вещества. Источником внутриклеточной энергии является глюкоза. Исключительно важное значение имеет рибоза и дезоксирибоза. Первая входит в состав рибонуклеиновой кислоты (РНК), вторая – дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Минеральные вещества находятся в цитоплазме в виде свободных соединений и в связанном состоянии с белками, жирами и углеводами.

Вода входит в состав коллоидов цитоплазмы, она обеспечивает процессы гидролиза и окисления веществ.

Ядро покоится в цитоплазме. Впервые его обнаружил английский ученый Р. Броун (1831), рассматривая под микроскопом клетки растений из семейства орхидных. Ядро – важнейший и постоянный компонент всех эукариотических клеток. исключительная важность ядра для жизнедеятельности клеток доказана опытным путем, например, с одноклеточной водорослью ацетобулярией. Клетка водоросли состоит из шляпки и ножки длиной 4-6 см. шляпка содержит цитоплазму, а ядро находится в нижней части ножки. При отделении шляпки от ножки она погибает, а ножка в которой находится ядро. Продолжает жить и образовывать шляпку, т.е. часть растения, содержащая ядро обладает способностью регенерации.

Ядра клеток разнообразны по форме и размерам. Обычно форма ядер связана с формой клеток, но иногда отличается от последней. В основном ядра имеют округлую или овальную форму. У большинства растений размер их колеблется в пределах 10-20 мкм. Форма и величина ядра зависит от возраста клетки, физиологического состояния и факторов внешней среды. Ядро клетки занимает около 1/5 ее объема. В нем различают ядерную оболочку, ядерный сок (кариолимфу), хроматин и ядрышки. Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой (мембраной), которая состоит из внутреннего сплошного и внешнего пористого листков. Листки мембраны представлены в основном протеинами и липидами. Главная функция ядерной мембраны – регулирование поступления веществ из цитоплазмы в ядро и обратно.

Ядерный сок представляет собой жидкое или полужидкое содержимое ядра. Кариолимф а и содержащиеся в ней глыбки хроматина (от греческого chroma – цвет) называется хромоплазмой. Субмикроскопический состав хромоплазмы аналогичен составу цитоплазмы. Электронной микроскопией в ней выявлены тонкие нити и гранулы.

В ядре клеток обнаруживается 1-2 ядрышка, которые содержат большое количество РНК. Методом авторадиографии установлено, что РНК ядрышков проникает в рибосомы цитоплазмы и принимает активное участие в синтезе белков.

Для химического состава ядра характерно наличие большого количества ДНК и белков-гистонов. ДНК входит в состав хромосом, являющихся компонентами ядра и материальными носителями наследственности.

Нуклеиновые кислоты впервые обнаружил швейцарский биохимик Мишер (1869) в ядрах животных клеток. Название их происходит от латинского nucleus – ядро.

Ядро является центром, управляющим всеми процессами жизнедеятельности клетки, в нем сосредоточены материальные носители наследственности всех признаков организма.

Цитоплазма растительных клеток представляет собой довольно сложную структурную систему.

Электронная микроскопия позволила выявить, что она – совокупность коротких и длинных, узких и широких, замкнутых и не замкнутых внутренних мембран и канальцев была названна эндоплазмотической сетью, которая открыта в 1945 г (Портер, Клод и др.). Реальное существование ее окончательно доказано к 1958 году. Внутренне пространство эндоплазмотической сети заполненное гомогенным веществом, состав которого остается малоизученным.

Различают две разновидности эндоплазмотической сети: гранулярную и агранулярную. Первая характеризуется наличием на поверхности мембран мелких гранул, получивших название рибосом. Гранулярная эндоплазмотическая сеть участвует в синтезе белков, а агранулярная – в синтезе липидов и углеводов. Эндоплазмотическя сеть связана со всеми структурами клетки. Ее оценивают как органоид общего значения, участвующий в процессах синтеза, обмене веществ, обеспечивающий взаимосвязь элементов клетки между собой и с окружающей средой.

В цитоплазме всех растительных клеток имеются мелкие частицы рибосомы ( от греческого soma – тело и от начала слова рибонуклеиновая кислота), которые можно видеть только в электронный микроскоп. Они свободно располагаются в цитоплазме или прикреплены к мембране эндоплазмотической сети и ядерной оболочке. Иногда рибосомы располагаются в виде скоплений (от 5 до 70). Такие группы рибосом получили название полисом или полирибосом. Рибосомы состоят из равного количества белка и РНК. В незначительном количестве в них обнаружены соли магния и кальция. РНК рибосом составляет 80-90 % от общего количества этой кислоты, содержащегося в этой клетке.

Рибосомы обеспечивают процессы внутриклеточного синтеза белка. Их называют своеобразными «фабриками» белка, на «конвейерах», которых происходит сборка из аминокислот белковых молекул. Белок, синтезированный рибосомами, поступает в каналы эндоплазмотической сети, а затем во все органоиды клетки, в том числе и ее ядро. Рибосомы обладают высокой синтезирующей способностью, производя за 1 час белка больше своего веса.

Митохондрии (от греческого mitos – нить, chondros – зерно) – органоиды клетки, ее «силовые станции». Их можно обнаружить в обычный световой микроскоп. Длина митохондрий составляет – 0,5-0,7 мкм, ширина – 0,5-1 мкм. Количество митохондрий в клетке зависит от ее функционального состояния и возраста. В среднем число их колеблется от 2 до 2,5 тысяч. Митохондрии имеют двойную оболочку, которая состоит из наружной и внутренней мембран. Жидкое содержимое митохондрий называется матриксом. Внутренняя мембрана имеет складки, называемые кристаллами. Состоят митохондрии из белка (65-70 %), липидов (25-30 %) и небольшого количества РНК и ДНК.

Основная роль митохондрий заключается в синтезе аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является универсальным источником энергии, которая необходима для обеспечения жизнедеятельности клетки и организма вцелом.

Комплекс Гольджи - сложная структура, состоящая из мембран, гранул и вакуолей. Впервые ее образование открыто итальянским ученым К. Гольджи (1898) и названо его именем. В растительных клетках комплекс Гольджи имеет вид дискретных частиц, равномерно рассеяных по всей цитоплазме. Полагают, что комплекс Гольджи накапливает различного рода ненужные клетке продукты ее жизнедеятельности и избытки воды, подлежащие удалению, т.е. способствует регуляции определенного уровня концентрации веществ в клетке.

Пластиды ( от греческого plastos – вылепленный, eidos – подобный) – органоиды. Присущие клеткам растений. Они устроены очень сложно, способны к самовоспроизведению, тесно связаны со способом питания растений. Пластиды имеют общее происхождение и могу превращаться друг в друга. Различают следующие типы пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

Хлоропласты содержат пигмент хлорофилл, осуществляющий процесс фотосинтеза, обуславливает зеленый цвет растения. Хромопласты содержат каратиноиды. Обуславливают оранжевую, желтую, красную окраску растений. Каратиноиды выполняют важную роль в процессах обмена веществ в клетке. Лейкопласты ( бесцветные пластиды) являются органоидами. Синтезирующими и запасающими крахмал.

biofile.ru

Строение растительной клетки | AgroCounsel

СТРОЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Растительная живая клетка, сформировавшейся нормально, состоит из протоплазмы, ядра, пластид, хондриосом, включений, клеточного сока и оболочки. Живые составные части клетки, ее органоиды (протоплазма, ядро, пластиды и хондриосомы) часто объединяются под общим названием - протопласт.

Протопласт является основой живой растительной клетки, наличие его предопределяет обмен веществ. Все жизненные явления растений - питание, рост, размножение и т.д. - происходят благодаря наличию в клетке живого содержимого - протопласта. В результате жизнедеятельности протопласта в клетке образуются различные включения и оболочка ее. Все части клетки связаны между собой, взаимно обусловливают друг друга и в общей своей совокупности определяют жизненные свойства клетки.

Протоплазма. Наиболее существенной частью протопласта клетки являются протоплазма, которая иногда называется еще цитоплазмой, или плазмой. Протоплазма представляет собой слизистое бесцветное, вязкое, полужидкое вещество. Внешним видом зона похожа отчасти на белок сырого куриного яйца.

Химический состав протоплазмы. По химическому составу протоплазма представляет собой, окладной (комплекс веществ, который в отдельных типах клеток имеет свои характерные особенности. В состав протоплазмы входят различные органические соединения, минеральные (неорганические) вещества и в большом количестве вода (до 60-80% от общего веса протоплазмы). Основная часть органических соединений протоплазмы состоит из белков (более 50%), которые называются конституционными в отличие от белков, входящих в оклада включений клеток.

Кроме белков, в состав протоплазмы входят углеводы, жиры и сложные по своему содержанию жироподобные вещества - липоиды. Липоиды играют существенную роль в процессе поступления веществ в клетку. Они не растворяются в воде и является составной частью поверхностного слоя протоплазмы - плазмалемме. Наличие липоидов в этом слое протоплазмы способствует проникновению в клетку таких веществ, которые не растворяются в воде, но растворимы в липоидов.

Химический состав протоплазмы не является постоянным, неизменным. Напротив, как показали исследования с помощью радиоактивных изотопов, в живых клетках всегда происходит некоторое изменение химического состава протоплазмы.

При некоторых физиологических состояниях протоплазма по своему строению приближается к твердому телу. Так, например, в клетках различных семян протоплазма очень густая, содержит всего 8 - 16% воды, но сохраняет жизнеспособность. С изменением условий - при доступе достаточного количества воды, воздуха и при наличии необходимой температуры - протоплазма клеток видоизменяется, разжижается, и семя выходит из состояния покоя.

Физические свойства протоплазмы.  По своему физическому строению протоплазма представляет собой сложную систему коллоидов. Характерной особенностью вещества, находящегося в колидному состоянии, чрезвычайно сильна ее раздробленность (дисперсность). Частицы такого раздробленного вещества находятся в окружающей среде во взвешенном состоянии и непрерывном, колебательном движении, они не кристаллизируются и не проходят через перепонки растительного или животного происхождения. Размеры коллоидных частиц очень малы - 0,1-0,001 м и мельче.

Коллоиды имеют очень высокую гидрофильность, т.е. способность присоединять к себе большое количество воды. При впитывании воды коллоиды сильно отекают и в то же время остаются резко отграниченными от воды.

Одной из важных особенностей протоплазмы живой клетки и есть способность не смешиваться с водой. Эта особенность протоплазмы имеет исключительное значение в жизнедеятельности клетки.

Причины способности протоплазмы не смешиваться с водой, окружающей ее далеко не выяснены, есть предположение, что протоплазма окружена очень тонким слоем особого вещества, которая не растворяется в воде.

Коллоидное состояние протоплазмы предопределяет всю сложность поступления веществ в клетку. Как уже отмечалось, основная масса протоплазмы состоит из воды, однако ее нельзя считать простой жидкостью. От обычной жидкости протоплазма отличается такими свойствами. При наличии большого количества воды она имеет значительную вязкость, которая не свойственна простой жидкости. Протоплазма обладает эластичностью, она вытягивается в тонкие нити, не разрываясь, что также свойственно жидкости.

Это указывает на наличие связи между частицами протоплазмы, т.е. на наличие у нее определенной структуры. Таким образом, протоплазма, несмотря на жидкое состояние, имеет отличие от обычных жидкостей очень тоненькую микроскопическую структур, строение, которое, однако, не является постоянным, а все время меняется в процессе жизнедеятельности и развития клетки. Микроструктура протоплазмы неодинакова даже в отдельных слоях протоплазмы. Это объясняется тем, что вещества, из которых состоит протоплазма живой клетки, непрерывно находятся во взаимодействии как друг с другом, так и с веществами, которые поступают в клетку.

У молодых клеток можно обнаружить два, а у старых три слоя протоплазмы. Первый поверхностный слой протоплазмы прилегает к оболочке клетки в виде тончайшей пленки, лишенной зернистого строения. Этот слой протоплазмы называется плазма л е м о й.

Второй слой составляет основную массу протоплазмы, должен чаще зернистое строение и называется мезоплазмою. Третий слой протоплазмы образуется в более развитых клетках, в которых в центре появляются специальные полости, называемые вакуолями. Вакуоли заполнены не протоплазмой, а клеточным соком. Третий слой протоплазмы - внутренняя тончайшая пленка, которая прилегает к вакуоли, - называется тонопластом.

Различные теории о постоянной структуре протоплазмы (гранулярная, зернистая, нитчатая, или фибриллярные), существовавшие ранее, были построены на наблюдениях за мертвой протоплазмой после воздействия на нее различными химическими препаратами, которые убивали ее и искажали истинном строении протоплазмы.

В процессе жизнедеятельности клетки протоплазма не остается постоянной, неизменной. Протоплазма легко разрушается под воздействием как низких, так и высоких температур. Губительно действуют на нее и химические вещества определенной концентрации. Чувствительность же протоплазмы к различным неблагоприятным факторам неодинакова. Например, протоплазма в клетках листьев или стеблей при повышении окружающей температуры до 60-70 °С может ссаживаться (явление коагуляции) и терять свое нормальное состояние и жизненные свойства. Протоплазма же клеток сухих семян выдерживает нагревание до 80-100 °С, а протоплазма в прорастающих семян, когда она находится в жидком состоянии, погибает уже при нагревании до 50-60 ° С.

Наличие внешнего и внутреннего слоев протоплазмы имеет большое значение в жизни клетки, так как они имеют свойство полупроницаемости. Свойство полупроницаемости протоплазмы заключается в том, что слои протоплазмы легко пропускают одни вещества и трудно или совсем не пропускают другие, то есть имеют избирательную способность. Это свойство протоплазмы играет существенную роль в обмене веществ клеток и в явлениях тургора и плазмолиза.

Движение протоплазмы. В живых клетках протоплазма обладает способностью двигаться. Интенсивность движения протоплазмы внутри клетки выявлена у разных растений неодинаково. На движение протоплазмы имеют большое влияние различные условия, в том числе температура. Низкая и очень высокая температуры (более 50 °С) задерживают движение протоплазмы.

Различают два вида движения протоплазмы: вращательное и струйное. Вращательным, или круговым, движением протоплазмы называется такой, при котором протоплазма движется вдоль оболочки клетки в одном направлении. Такое движение протоплазмы наблюдается обычно в молодых клетках.

Струйным движением протоплазмы называется такой, при котором протоплазма способна двигаться внутри клетки в нескольких направлениях, образуя различные потоки. Это движение протоплазмы наблюдается в старых клетках, с вакуолями, которые образовались.

Вокруг этих вакуолей размещается протоплазма в виде трех стенных  слоев и тяжей.

Движение протоплазмы хорошо заметно в микроскоп при большом увеличении в клетках листа элодея, валиснерии, в волосках крапивы, традесканции, когда протоплазмой передвигаются и пластиды. Движение протоплазмы зависит от внешних условий.

Явление движения протоплазмы имеет большое значение в жизни клетки - оно способствует интенсивному обмену веществ.

Ядро. Ядро клетки является одним из основных, постоянных элементов ее. Всякая живая клетка имеет ядро. Только у бактерий и в некоторых водорослей (сине-зеленых) оно отсутствует или неясно обнаружено. По современным данным, это объясняется тем, что в упомянутых низших растений ядерное вещество находится в диффузном (рассеянном) состоянии.

Ядро по химическому составу и физическим строением отличается от протоплазмы. По консистенции оно гуще и имеет большую вязкость, чем протоплазма. В состав его входят сложные белки - нуклеопротеиды, содержащие нуклеиновые кислоты (главным образом рибонуклеиновую - РНК и дезоксирибонуклеиновую-ДНК).

Ядро в состоянии покоя всегда углубленно в протоплазму и не смешивается с ним.

В ядре различают: ядерную оболочку, внутреннее содержание и одно или несколько ядрышек. Эти составные части бывают хорошо заметны, особенно когда на ядро ​​действуют красителями. В состоянии покоя ядро ​​отмежевывается от протоплазмы ядерной оболочкой в, виде очень тонкой пленки, при делении его исчезает и потом в конце процесса деления вновь появляется.

Внутреннее содержимое ядра имеет сложное строение и называется кариоплазма, или ядерной плазмой. Ядерная плазма состоит из двух основных элементов: хроматина и ядерного сока.

Хроматин состоит из особого вещества, легко окрашивается, конечно мелкозернистого строения. Хроматин иногда образует будто тончайшую сетку, заполняющей полость ядра. По своему химическому составу хроматин имеет белковое строение, но сложную, чем в протоплазмы.

Вся хроматиновая сетка погружена в более жидкую, не окрашенную часть ядра - ядерный сок. Непосредственно в ядре клетки хорошо заметно одно или несколько ядрышек, отличающиеся еще гуще консистенции, чем ядро.

Местоположение ядра в клетке изменяется с возрастом. В молодых клетках оно расположено в центре, а в старых - чаще ближе к оболочке клетки.

Размер ядра клеток различных растений колеблется от 1 - до 1,5 мм. Крупные ядра имеют клетки орхидей, лилий и саговников, а мельчайшие - грибов.

Форма ядра меняется с возрастом клетки. В молодых клетках оно обычно округлое, в старых клетках очертание ядра изменяется и приобретает овальной или дисковидные формы.

Части клетки растений имеют одно ядро, но существуют также двух ядерные и многоядерные клетки. В высших цветковых растений клетки обычно одноядерные, многоядерные клетки часто имеют грибы. Многоядерность присуща и одноклеточным водорослям - каулерпы, вошерии, ботридию и др..

Функции ядра клетки разнообразны и сложны. Ядро является центром управления жизнедеятельностью клетки. Считается, что такие жизненные функции клетки, как рост, обмен веществ, образование клеточной оболочки, деление клетки, неразрывно и связанные с наличием в клетке ядра. Оно способно выделять различные ферменты (катализаторы), без которых обмен веществ в клетке невозможен.

Ядро выполняет вместе с протоплазмой весьма существенную жизненную функцию при размножении клеток: деление клеток без ядра не происходит. Еще в 90-х годах прошлого века русский ученый проф. И. Герасимов, экспериментально исследуя функции ядра, установил эту исключительную роль его в жизни клетки.

Деления клетки предшествует деление ядра. Сначала делится внутри клетки ядро, а потом делится сама клетка.

Известно, что ядро ​​не может существовать без протоплазмы так же, как и протоплазма не может существовать без ядра клетки, и поэтому нельзя приписывать монопольную роль ядру в физиологических явлениях клетки и, в частности, в передаче наследственных признаков.

Роль ядрышек, которых бывает в ядре одно или несколько, в жизни клетки остается еще далеко не выясненной. Ряд исследователей считает, что ядрышки играют важную роль в синтезе белка протоплазмы. Ядрышка всегда находятся внутри ядра и имеют чаще шарообразную форму.

Пластиды. Кроме протоплазмы и ядра, составной частью протопласта растительной клетки зеленых растений есть пластиды. Пластиды присущие только клеткам растений. В клетках животных пластид нет. У представителей же растительного мира пластиды отсутствуют только у бактерий, грибов и слизевиков.

Пластиды представляют собой живые белковые тельца. Они разные как по форме, так и по функциям и обычно окрашены в определенный цвет. Они всегда в протоплазме, имеют густую консистенцию, поэтому их хорошо видно в микроскоп.

Пластиды способны расти, размножаться поперечным перешнуровыванием и вместе с протоплазмой передвигаться. Внутри клетки. В пластидах вырабатываются органические образования, которые являются; вместилищами ферментов.

Каждая пластида состоит из бесцветной протоплазматической основы, называется стромой, и красителя - пигмента. Если добыть краситель, то строма пластид сохраняет свою форму.

В зависимости от окраски, функции и формы различают три основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты .

Хлоропласты - пластиды зеленого цвета, обусловливается наличием в хлоропластах пигмента хлорофилла. Наличие хлорофилла характерна для всех зеленых растений, с его участием в растениях осуществляется процесс фотосинтеза. Хлоропласты имеют чаще всего форму дискообразных зернышек, которые нередко называются хлорофилловыми зернами. У некоторых растений хлоропласты имеют форму веретенообразных и шаровидных зерен. У водорослей эти пластиды бывают Разнообразных форм в виде пластинок, лент, чашевидных телец, и называются хроматофорами.

Большая часть хлоропластов встречается в вегетативных органах растения - листьях и стеблях. Зеленый цвет всех растений обусловливается наличием в клетках этих пластид.

Хлорофилл - зеленый пигмент, который пропитывает строму хлоропласта, имеет сложное строение. По сути, хлорофилловые зерна зачастую содержат 4 пигменты: 2 хлорофилла - 2 каротиноида - каротин и ксантофил. Как показали исследования советского ученного М. С. Цвету, первый зеленый пигмент - хлорофилл а имеет синеватый оттенок, а второй - хлорофилл б-имеет желтоватый оттенок. Каротин имеет оранжевый, а ксантофил золотисто-желтую окраску. Теперь каротиноидов описано всего около 50. Конечно собственно хлорофилл - зеленый пигмент - значительно преобладает над каротиноидами, которые в нормальных условиях - роста растений остаются незаметными или слабо выраженными.

Хлорофилл имеет сложное химическое строение, похожее на строение красителя гемоглобина крови.

Величина хлоропластов обычно равен 4 - 6 С, а число их в отдельных клетках цветковых растений колеблется в пределах 20 - 50 шт.

Роль хлоропластов в жизни растений очень велика. В хлоропластах растений, главным образом в листьях, происходит сложный физиологический процесс - ассимиляция, или фотосинтез.

Хромопласты - пластиды желтого или оранжевого цвета. Окраска хромопластов обусловлено, наличием в этих пластидах двух пигментов: каротина - оранжевого цвета и ксантофила - золотисто-желтого цвета. Хромопласты встречаются преимущественно в лепестках цветков, в плодах растений (помидоры, шиповник, апельсины), реже в корнях (морковь). По форме хромопласты хорошо отличаются от других пластид, они имеют форму треугольных пластинок, палочек. Благодаря яркой окраске цветков и плодов растений от наличия хромопластов они хорошо заметны, что способствует лучшему посещению цветков насекомыми, а плодов птицами.

Лейкопласты-бесцветные пластиды, имеющие форму округлых зернышек. Эти пластиды образуются обычно в молодых надземных органах, а также в подземных органах и семян. Лейкопласты часто называют крахмалообразователями, потому что в них образуется и откладывается вторичный (запасной) крахмал в виде мелких зернышек.

Процесс образования пластид в растительных клетках окончательно еще не изучен. Большинство ученых склонны считать, что пластиды образуются из хондриосом, но существует и другое мнение - о происхождении пластид по особым мелких зернистых образований протоплазмы - протопласты.

Часто можно наблюдать у растений переход одного типа пластид в другой. Плоды помидоров, например, сначала бывают зеленые, в этой фазе плодов в клетках существуют хлоропласты, в период созревания плоды помидоров становятся оранжево от наличия хромопластов. При наличии необходимых условий (свет) лейкопласты способны накапливать в себе зеленый пигмент - хлорофилл и, следовательно, превращаться в хлоропласты. Переход лейкопластов в хлоропласты можно наблюдать в клубнях картофеля, когда они во время роста почему-то оказываются на поверхности почвы. Если же клубни картофеля, позеленели, засыпать землей, хлоропласты переходят в лейкопласты.

Хондриосомы. Хондриосомы - это мелкие тельца в виде зернышек, палочек и ниточек, всегда в протоплазме. По физиологическим свойствам хондриосомы схожи с протоплазмой, они также состоят преимущественно из белковых веществ, но имеют более густую консистенцию, чем протоплазма.

Хондриосомы найдено в протоплазме клеток почти всех растений, за исключением некоторых низших - водорослей, бактерий. В живых клетках хондриосомы находятся все время в движении. Полагают, что хондриосомы участвуют в дыхании клеток, накоплении эфирных масел, дубильных веществ, крахмала. С хондриосом, как уже отмечалось, образуются пластиды. Размножаются хондриосомы преимущественно делением.

Внутриклеточные включения. В процессе жизнедеятельности клетки протопласт ее производит различные вещества, которые рассматриваются как второстепенные части клетки и обычно называются включениями в клетку. Включение в клетку очень разнообразны. К ним относятся форменные неактивные образования в виде жировых капель, кристаллов белков, зерен крахмала. Это так называемые эргастичные вещества.

К включений клетки относятся также клеточный сок и растворенные в нем различные соли, сахары, кристаллы минеральных солей и т. д. Часть включений используется растениями на питание, а некоторые откладываются в различных частях растения в виде запасных питательных веществ.

Среди большого разнообразия запасных питательных веществ растительной клетки чаще других встречаются углеводы, жиры и белки.

Крахмал. Распространенным, из углеводных включений в растительной клетке является крахмал. Крахмал откладывается в пластидах в виде зерен различной формы эллиптической, шаровидной, многогранной, палочковидные. Различные виды растений отличаются формой и величиной крахмальных зерен. Зерна крахмала картофеля овальной формы и сравнительно большие, тогда как зерна крахмала риса многогранней и очень мелкие, зерна крахмала пшеницы круглые и т. д.

Слоистость зерен крахмала - чередование темных и светлых слоев - обусловливается неодинаковым содержанием воды в этих слоях, а следовательно, и неодинаковым преломлением света в разных слоях зерна. Слоистость крахмальных зерен бывает выявлена ​​резко (клубни картофеля, семян гороха и фасоли) или слабо (зерновки ржи, пшеницы, ячменя), она может быть концентрической (семена гороха, бобов) или эксцентричной (клубни картофеля), когда слои крахмальных зерен имеют неравномерную толщину .

Различают простые, полусложные и сложные зерна крахмала. Простые зерна крахмала одиночные, различной формы-яйцевидные, эллипсовидные, линзовидную, многогранные и др.., Они имеют один образовательный центр. Сложные имеют несколько образовательных центров и вокруг каждого из них размещаются слои. Полусложные зерна имеют в центре изолированные слои вокруг центра, которые окружены ближе к периферии еще общими слоями.

Содержание крахмала в растениях различных родов неодинаков. Разное количество его содержится и в отдельных частях растений. Большое количество крахмала является в зерне риса (62-82%), пшеницы (57 - 75%), кукурузы (57-72%). Много крахмала содержится в клубнях картофеля. Размер крахмальных зерен различных растений разнообразен. В среднем они составляют 5-20 но есть и такие, что достигают 150 -и более.

Крахмальные зерна в холодной воде не растворяются. В горячей воде они неограниченно отекают, расплываются в клейкую массу и образуют клейстер. Гидролизуется крахмал в непрочных растворах кислот, от действия которых переходит в сахар. В живых растительных клетках крахмал под воздействием ферментов (катализаторов) амилазы и мальтазы гидролизуется в виноградный сахар, или глюкозу.

Различают ассимилирующий, транзиторный и по-пасном крахмал. Ассимилирующий, или первичный, крахмал образуется в процессе фотосинтеза в виде щепотке зерен

преимущественно в клетках листьев. Здесь под влиянием ферментов он превращается в сахары, которые в растворенном виде поступают в органы растения, где снова превращаются в крахмал - вторичный, или запасной. В отдельных растений запасной крахмал откладывается в лейкопласты различных органов - в клубнях, корнях, семенах, корневищах, плодах.

Транзиторный, или передающий, крахмал находится на путях передвижения от фотосинтезирующих органов (листья) в органы - вместилищ. Под действием раствора йода крахмал окрашивается в синий цвет. Это характерная реакция на крахмал.

Как запасной углевод, крахмал используется растениями в процессе обмена веществ. В промышленности крахмал широко применяется для получения глюкозы, из которой далее добывают спирт.

Из других углеводов в растительных клетках образуются сахары, инулин, который есть в клеточном соке в растворенном состоянии.

Жиры. В протоплазме клеток жирные масла образуются в виде капель разной величины. Реже они встречаются в клеточном соке и в пластидах. Больше жирных масел накапливается в семени, особенно в семени так называемых масличных культур (подсолнечник, лен, конопля, хлопок, соя, арахис и др.). Семена сои и арахиса содержит масла более 50%, зерно пшеницы до 2%, кукурузы до 6% (на сухое вещество). Жирные масла растений человек широко использует в пищу и в промышленности.

Эфирные масла. Эфирные масла встречаются в клетках в виде капель и представляет собой сложную смесь органических соединений. Они летучие и имеют очень сильный запах. Большое количество эфирных масел содержится в клетках эфиромасличных растений (мята, герань, роза, тмин, эвкалипт, апельсин, лимон).

Эфирные масла растений широко используются в парфюмерной, косметической, пищевой, мыловаренной промышленности. Содержание эфирных масел в растениях очень незначительно. В цветках и плодах они исчисляются десятыми долями процента (на сырой вес). Например, для получения 1 г эфирного масла розы требуется около 4 кг лепестков.

Белки. Белки встречаются во всех живых клетках, часто в виде кристаллов клубнеобразной формы. Они содержатся в ядре клетки, протоплазме и пластидах. Следует различать конституционные белки, которые составляют основу всего протопласта, и запасные белки, которые откладываются в семени в так называемых алейроновых, или протеиновых зернах. Больше алейроновых зерен содержится в семенах бобовых растений (горох, фасоль, соя, арахис и др.)..

В семенах бобовых растений Алейрон зерна содержатся в тех клетках, в которых есть и крахмальные зерна. В отличие от крахмальных зерен они мельче, овальной формы и при воздействии на них раствором йода окрашиваются в желтый цвет. В зерне злаков (пшеница, овес, ячмень) Алейрон зерна заполняют специальные клетки, расположенные под оболочкой семени в один или несколько слоев. Этот слой клеток называется алейроновым слоем.

Твердые отложения солей и кремнезема в клетках. В соке клеток различных видов растений нередко образуются твердые отложения в виде кристаллов, из которых чаще всего наблюдаются кристаллы щавелевокислой извести (в гвоздичных). Форма кристаллов разнообразна, они бывают одиночные и такие, сросшиеся в пучки или сростки. Кристаллы в виде пучков игл называются Рафид, а кристаллы в виде сростков называются друзами.

У некоторых растений в клетках образуются твердые отложения в виде цистолитов. Это своеобразные холмистые образования удлиненной гвоздеобразной формы, на тонкой ножке. Цистолиты представляют собой выросты оболочки клеток эпидермиса; они пропитаны углекислой известью и кремнеземом.

Клеточный сок. Молодые клетки растений бывают полностью заполнены протопластом, по мере же роста их внутри появляется большое количество мелких полостей, заполненных жидкостью - клеточным соком. Эти полости называются вакуолями. По мере роста клеток увеличиваются и вакуоли. В более старых клетках вакуоли нередко сливаются в один большой размер, зачастую занимает центральную часть клетки.

В клетках, имеющих одну центральную вакуоль, протоплазма размещается по стенкам. В этом пристенном слое протоплазмы содержатся ядро, пластиды и хондриосомы. Иногда ядро ​​бывает в центре клетки, в таких случаях оно окружается протоплазмой, которая соединяется тонкими протоплазматическими тяжами с основным пристенным слоем протоплазмы клетки. В таких случаях тяжи протоплазмы разделяют центральную вакуоль на несколько вакуолей. Клеточный сок представляет собой жидкость которая выделяется протоплазмой, но не смешивается с ним. Как уже отмечалось, протоплазма взрослых клеток имеет три слоя, третий ее слой - тонопласт - задерживает проникновения клеточного сока в протоплазму. Клеточный сок - водный раствор различных органических и неорганических веществ. Основной составной частью его является вода, в которой растворены различные органические кислоты, сахары, различные соли, пигменты, белковые, дубильные вещества, алкалоиды, гликозиды и др… В зависимости от содержания упомянутых веществ клеточный сок растений имеет неодинаковый химический состав и вкусовые качества.

Химический состав клеточного сока у представителей разных видов растений разный. Неодинаков он и у сортов одного вида. Особенно это различие хорошо видно ​​у сортов плодовых культур. Химический состав клеточного сока меняется и в пределах одного растения в зависимости от ее возраста. Примером могут быть плоды разной спелости на одном растении (яблоки, виноград, арбузы и др..). На изменение химического состава клеточного сока очень влияют внешние условия.

Органические кислоты (яблочная, лимонная, виноградная,, щавелевая и др.). Предоставляют клеточному соку кислого вкуса. Действие кислот определяется свойствами их отбирать воду у тканей, связывать щелочи, т.е. изменять щелочную реакцию протоплазмы на кислую. Яблочная кислота содержится в большом количестве в яблоках, она есть и в плодах малины, рябины, барбариса. Лимонная кислота является в большом количестве в плодах лимона, смородины, крыжовника, земляники. В листьях табака и других растениях. На винную кислоту богатые плоды винограда, помидоров, шелковицы, ананаса. Щавелевая кислота часто бывает у разных видов щавеля, кислицы, ревеня и других растений.

Из многих других кислот, встречающихся в клеточном соке растений, следует упомянуть бензойную кислоту, которая накапливается в плодах брусники и клюквы. Эта кислота обладает свойством предохранять растения и их плоды от различных заболеваний.

В клеточном соке с сахаров встречаются глюкоза, или виноградный сахар, фруктоза, или плодовый сахар, свекловичный сахар, инулин. Сахары часто скапливаются в клеточном соке различных органов растений как запасные вещества. Сахароза, или тростниковый сахар, образуется многими растениями (стебли сахарного тростника, сорго, кукурузы, корни моркови, плоды арбузов, дынь, винограда и т. д.), но особенно много ее в стеблях сахарного тростника (до 50%) и в корнях сахарной свеклы (12 - 25%), из которых добывают сахар который  используется нами в пищу.

В клеточном соке многих растений семейства сложноцветных (клубни земляной груши, корни одуванчика, георгины, цикория) встречается инулин. При воздействии спиртом инулин выпадает в виде сферокристаллов, т.е. шарообразных кристаллов, состоящих из большого количества тонких игл, которые плотно соприкасаются.

Алкалоидами называются сложные органические соединения, содержащие азот и имеют некоторые общие свойства с лугами. Алкалоиды часто представляют собой ядовитые вещества и придают растениям горького вкуса. В определенных дозах многие алкалоиды используются в медицине как лечебные средства. Роль алкалоидов в жизнедеятельности растения не совсем ясна. В растениях алкалоиды образуются как конечный продукт, обмена веществ, и поэтому часто их рассматривают как отбросы и как защитное средство растений от животных, не поедают растения с большим содержанием алкалоидов.

Обычно в клеточном соке растений алкалоиды содержатся в виде солей, растворенных в воде. В отдельных растений алкалоиды сосредоточены в различных органах: в плодах и семян (кофе, люпин, белладонна, мак), в стеблях (мак, белена, дурман), в коре (хинное дерево), в листьях (чай, табак, люпин),  в корневищах (аконит).

Большинство алкалоидов приспособлена к определенным растениям, но есть и такие растения, которые производят несколько алкалоидов. Так, например: в коре хинного дерева, кроме алкалоида хинина, есть еще 30 других алкалоидов; в молочном соке мака содержится около 22 различных алкалоидов. Некоторые алкалоиды используются как наркотики - никотин (табак), кофеин (кофе),  морфин (мак).

Глюкозиды - сложные органические соединения, образующиеся в клеточном соке. Глюкозиды встречаются в большом количестве в группе лекарственных растений - ландыш, наперстянка, горицвет, полынь, пахучая трава, донник. Они легко растворяются в воде и спирте, горькие на вкус, иногда ядовитые, например, глюкозид соланин, который есть в плодах, семенах и молодых растениях картофеля.

Характерной, особенностью дубильных веществ является вяжущий вкус, наличие которого легко обнаружить в неспелых плодах черемухи, айвы, хурмы, рябины, груши, терна. Крепкий настой чая, в листьях которого есть дубильные вещества, имеет вяжущий вкус. Количество дубильных веществ в растениях бывают разные. Много их и в коре дуба, ивы, лиственницы, эвкалипта.

Роль дубильных веществ в жизни растений, так же как роль алкалоидов и глюкозидов, не совсем ясна. В клеточном соку они находятся в растворенном виде. При хранении плодов и при пониженной температуре дубильные вещества окисляются и количество их резко снижается. Дубильные вещества широко применяют в кожевенной промышленности при дублении кож. Под их влиянием кожи становятся мягкими,  пригодными для изготовления различных вещей.

Окраски клеточного сока у разных растений зависит от наличия в растворенном в виде красителей - пигментов, чрезвычайно разнообразных по своей окраской (фиолетовые, синие, желтые, красные). Чаще всего в клеточном соке содержится пигмент антоциана, который есть в разных органах растений и придает им фиолетовой, синей и даже черной окраски.

Наличие антоциана хорошо видно в цветках многих растений (звонки, незабудки, фиалки, розы и др.. ).  У многих растений фиолетовую окраску имеют. Лестницы (озимая рожь, пырей), в других - листья (красная капуста, бегония) или плоды (виноград, слива, черная смородина). На интенсивность проявления антоциана влияют внешние условия. Большое количество антоциана содержится в растениях Крайнего Севера. Доказано, что растения с большим содержанием антоциана отмечаются повышенной зимостойкостью.

Кроме антоциана, в растениях часто встречается желтый пигмент-антохлор, что приводит желтую окраску цветков ленка, георгин, коровяка, лядвенца. Не следует смешивать окраски пигмента клеточного сока с окраской пластид. В клеточном соке встречаются в растворенном виде минеральные вещества - нитраты, фосфаты, хлориды.

В клеточном соке растений есть особые органические соединения разнообразной химической природы - витамины.

Основоположником учения о витаминах является русский ученый М. И., Лунин, который еще в 1880 г. провел опыты по изучению значение витаминов в жизни животных. Теперь установлено более 30 различных витаминов. Обозначают их латинскими, буквами А, В, В1, В2, С, Б, и др.. Почти все витамины вырабатываются растениями в чистом виде, а в некоторых случаях в растениях образуются особые вещества - провитамины (например,. Провитамин А, то есть каротин), которые в животном организме переходят в витамины. Теперь витамины производят искусственно, синтетическим способом.

В живых растениях витамины активно участвуют в обмене веществ, в дыхательном процессе.

Сложные биохимические процессы, происходящие в растениях, связанные с деятельностью ферментов. Ферментами, или энзимами, называются особые органические вещества образующихся в растительных и животных организмах. Они являются биологическими катализаторами, то есть способны ускорять в организме разные процессы. Ферменты обладают белковыми происхождениями. Существует большое количество ферментов, но каждый из них имеет специфическое действие.

О наличии в растениях тех или иных ферментов судят по их действию. Так, например, фермент диастаза, который находится в большом количестве в зерне злаков, способствует гидролиза крахмала с образованием сахара-мальтозы. Фермент липаза приводит расщепление жира на глицерин и жирные кислоты. Фермент сахара вызывает гидролиз дисахаридов на простые сахары. Существуют специальные дыхательные ферменты, которые способствуют процессу дыхания, и др..

Ферменты обладают специфическим действием не только тогда, когда содержащиеся в живой клетке, но и тогда, когда их добывают из нее. Это свойство их широко используется в различных видах пищевой промышленности - винокурении, пивоварении, хлебопечении и др... Например, способность фермента диастазы быстро гидролизовать крахмал с образованием мальтозы - солодового сахара - используется при пивоварении и винокурении. Много сделали в деле изучения ферментов отечественные академики Н. Бах, А. И. Опарин и др..

Фитогормоны, особые же вещества, которые производятся протопластом, обладающие свойствами усиливать какой-либо физиологический процесс. Растительных гормонов существует много. Из них в практике сельского хозяйства в последнее время широко распространен гормон роста - ауксин, который ускоряет рост, а следовательно, увеличивает и урожай растений. Открытие гормонов и практическое применение в растениеводстве принадлежит советским ученым - Н. Г. Холодным, Н. А. Максимову, Ю. В. Ракитин.

Антибиотики - сложные химические вещества, образующиеся растениями и обладают способностью подавлять и даже убивать микроорганизмы. Антибиотики имеют избирательного способность действия, для одних микроорганизмов они губительны, для других безвредны. Используя эти свойства антибиотиков, медики широко применяют их при лечении различных инфекционных заболеваний. Действуя губительно на возбудителей заболеваний, антибиотики не оказывающие отрицательного воздействия на клетки тканей человека или животного. Теперь в медицине широко используются лечебные препараты из антибиотиков: пенициллин, стрептомицин, грамицидин и др..

Фитонциды - это также антибиотики, которые выделяются высшими растениями в виде летучих веществ. Выделяемые растениями летучие вещества губительно действуют на многие микроорганизмы. Большое количество фитонцидов выделяют такие растения, как чеснок, лук, хрен, черемуха, сосна и многие другие. Впервые указал на наличие фитонцидов в высших растений советский ученый проф. Б. П. Токин.

Многие растения выделяют густую жидкость - млечный сок, который чаще всего имеет белый окрас, но бывает желтого и красного цветов. Некоторые растения содержат в молочном соке каучук. Наибольшее количество каучука содержится в молочном соку тропического дерева гевеи - Неуеа, растущий в Бразилии и Индонезии.

Оболочка клетки. Почти все растительные клетки имеют твердую оболочку, которая в виде тонкой прозрачной перепонки тесно соприкасается с протоплазмой. У высших растений только половые клетки не имеют твердой оболочки.

Характерной особенностью клеточной оболочки является ее исключительная прочность. Она не растворяется в воде даже при кипячении. Не могут растворить ее многие кислоты, щелочи. Растворяется клеточная оболочка только в соляной кислоте и в специальном реактиве Швейцера - раствор окиси меди в аммиаке. Прочность оболочки клетки обусловливается тем, что она построена из очень устойчивым химическим соединением - целлюлозы, или клетчатки гемицеллюлозы, пектиновых веществ. Целлюлоза относится к сложным углеводам (полисахариды), ее химическая формула схожа с крахмалом. Однако при воздействии на нее йодом она не окрашивается в синий цвет.

Клеточная оболочка защищает протопласт от влияния различных внешних условий (от высыхания, механического повреждения).

Оболочки клетки образуют как бы скелет растения.

Оболочка клетки не остается неизменной, она растет в плоскости и в толщину. Растительная клетка в процессе жизнедеятельности растений значительно меняется, она увеличивается  в размерах. С увеличением клетки в размере оболочка ее также разрастается чаще за счет растяжения. В зависимости от характера разрастания оболочки выходят клетки соответствующей формы. Клетки при равномерном разрастании оболочки выходят округлые или квадратные. При неравномерном разрастании оболочки клетки приобретают удлиненной или звездчатой ​​формы.

Первичная оболочка молодых клеток тонкая, эластичная, прозрачная и однородная по строению. По мере роста клетки оболочка ее меняется, она утолщается, становится менее эластичной и несет химические изменение. Рост оболочки клетки в толщину происходит в результате образования вторичной оболочки, которая накладывается на первичную оболочку растущей клетки последовательными слоями, обычно с середины, реже извне.

В результате роста клеток в толщину оболочка ее чаще состоит из трех слоев: первичной, вторичной и оболочек.

У клеток с утолщенными оболочками внутренняя клеточная полость сильно сужается. Нередко утолщение оболочки происходит неравномерно и - отдельными участками. Рост оболочки клетки продолжается до определенного предела.

Растительные клетки не изолированы друг от друга полностью. При детальном изучении выяснилось, что в оболочке клетки всегда наблюдаются места неутолщенные, так называемые поровые каналы. Неутолщенные места первичной оболочки содержатся против поровых каналов и Называются замыкающими пленками. Эти запирающие пленки вместе с поровыми каналами  вторичной и третичной

оболочек образуют поры, через какие клетки соединяются между собой. Через поры проходят газы, растворы и т. д.

При сильном увеличении под микроскопом заметно, что поры имеют вид мелких точек. Как правило, время соседних клеток совпадают. Через эти поры проходит из клетки в клетку протоплазма в виде тончайших нитей, которые называются плазмод ес м а м и.

Через поры с помощью плазмодесм происходит обмен реществ между соседними клетками. Плазмодесмы были открыты российскими учеными Е. П. Русовым и В. Н. Горожанкин.

Кроме таких простых пор, которые обычно образуются в оболочке паренхимных клеток, являются так называемые окаймленные поры. Окаймленные поры встречаются в стенках сосудов и трахей проводящей ткани и имеют сложное строение.

Окаймленные поры в разрезе имеют вид двух развилок, между которыми проходит первичная оболочка, разделяющая две соседние клетки. Первичная оболочка окаймленной поры проницаема, через нее поступают жидкие из одной клетки в другую.

У многих растений (хвойные) первичная оболочка окаймленной поры имеет внутри утолщение округлой формы, называется тором, или т о р с о г. Торус выполняет в окаймленных порах роль двустороннего клапана. При очень сильном давлении содержимого одной клетки Торус прижимается к одному из отверстий, тем самым закупоривает пору и уменьшает или вовсе прекращает переливание воды. Окаймленная пора одной клетки расположена обычно против окаймленной поры второго слоя клеток .

Клетки растительного организма соединены между собой особым клейким веществом, которое называется пектиновым. Пектиновые вещества будто цементирует клетки между собой. Пектиновое вещество менее прочное, чем целлюлоза, она легко разрушается щелочами, растворяется при кипячении в смеси азотной кислоты с бертолетовой солью, а у некоторых растений и при кипячении в воде. Пектиновое вещество разрушается также под действием ферментов некоторых бактерий и грибов.

Разрушение пектиновых вещества можно наблюдать при варке клубней картофеля, которые развариваются и становятся рассыпчатыми. Разрушение пектиновых веществ возможно и в естественных условиях, например при процессе созревания плодов различных культур (арбузы, помидоры, яблоки и др.).

При разрушении пектиновых веществ, которые склеивают отдельные клетки, растительные ткани разъединяются на отдельные клетки. Разъединение растительных тканей на отдельные Клетки известное под названием мацерации. Явление мацерации широко используется в практике сельского хозяйства при вымачивании прядильных культур - льна, конопли, джута и др.. В стеблях этих растений при их вымачивании происходит процесс мацерации, межклеточное вещество разрушается, волокна стеблей разъединяются и далее используются для изготовления пряжи.

Оболочка клеток растений не остается все время постоянной, она может испытывать такие основные изменение: одеревенение, кутинизация,  ослизнение,  минерализация.

Примером одеревенение оболочки могут быть оболочки клеток древесных растений. В таких клеток в оболочке откладывается особое вещество - лигнин, - которое придает этим клеткам особой прочности и стойкости против загнивания. Лигнин относится к ароматическим соединениям и имеет консервирующие свойства, поэтому одеревеневшие оболочки сохраняются после смерти растений длительный срок.

Опробкование оболочки клеток вызывается появлением особым жирообразным веществом суберином. Оболочки клеток, пропитанные суберином, испытывают химические изменение и становятся непроницаемыми для воды и газов и поэтому хорошо защищают растение от высыхания. Клетки с оболочками становятся мертвыми и образуют у растений защитный слой.

Опробковиння оболочки можно наблюдать у клеток кожицы клубней картофеля. У некоторых растений слой с опробковилих клеток на стволах и ветвях достигает большой толщины. Толстый внешние и пробковый слой ствола, например, пробкового дуба используется для изготовления пробок для бутылок и других изделий.

Кутинизация оболочки заключается в том, что на внешних стенках оболочки клеток покровной ткани растений (кожуры) выделяется вещество кутин. Кутин по своему химическому строению несколько схож с суберином и откладывается обычно на внешней поверхности клеток кожицы листьев, побегов, образуя тонкую пленку, которая называется кутикулой. Кутикула не проницаема для воды и воздуха и поэтому защищает растения от излишнего испарения, она развивается в большей степени у растений засушливых местностей. На корнях растений, как правило, кутикула не развивается.

Ослизнения оболочки клетки можно наблюдать на прорастающих семенах льна. Сухие семена льна, находится в состоянии покоя, гладкое, скользкое, имеет текучесть. Ослизнена оболочка способствует сохранению в семенах влаги, что обеспечивает лучшее, быстрее прорастания.

У многих растений (злаки, осоки, хвощи и др.). Происходит минерализация оболочки.

Межклетниках. Не все клетки растения прилегают плотно друг к другу. Часто в местах соприкосновения нескольких клеток образуются полости - межклетниках, заполненные воздухом или жидкостью.

www.agrocounsel.ru

Смотрите также

• 
  Покрытосеменные растения
• 
  Лох растение
• 
  Растение агава
• 
  Питомник растений
• Систематика растений
• Ткани растений
• 
  Растение амарант
• 
  Амарант растение
• 
  Название и описание для всех растений из игры растения против зомби 2
• 
  Какие растения любят тень и растут под деревьями в лесу названия
• 
  Красная книга луганской области животные и растения картинки и названия