Общ план на структурата на растителните и животински клетки. Органели на растителни клетки и техните функции Структура на растителни и животински клетки

Има истинска, която съдържа ДНК и е отделена от другите клетъчни структури чрез ядрена мембрана. И двата типа клетки имат подобни процеси на възпроизвеждане (деление), които включват митоза и мейоза.

Животинските и растителните клетки получават енергия, която използват за растеж и поддържане на нормалното функциониране в процеса. Също така общо за двата типа клетки е наличието на клетъчни структури, известни като клетки, които са специализирани да изпълняват специфични функции, необходими за нормалното функциониране. Животинските и растителните клетки са обединени от наличието на ядро, ендоплазмен ретикулум, цитоскелет и. Въпреки сходните характеристики на животинските и растителните клетки, те също имат много разлики, които са обсъдени по-долу.

Основни разлики в животинските и растителните клетки

Схема на структурата на животински и растителни клетки

размер:животинските клетки обикновено са по-малки от растителните. Размерът на животинските клетки варира от 10 до 30 микрометра на дължина, а растителните клетки варират от 10 до 100 микрометра.
форма:Животинските клетки се предлагат в различни размери и имат кръгла или неправилна форма. Растителните клетки са по-сходни по размер и обикновено са с правоъгълна или кубична форма.
Енергиен запас:Животинските клетки съхраняват енергия под формата на сложния въглехидрат гликоген. Растителните клетки съхраняват енергия под формата на нишесте.
Протеини:От 20-те аминокиселини, необходими за синтеза на протеини, само 10 се произвеждат естествено в животински клетки. Други така наречени незаменими аминокиселини се набавят от храната. Растенията са способни да синтезират всичките 20 аминокиселини.
Диференциация:При животните само стволовите клетки са способни да се трансформират в други. Повечето видове растителни клетки са способни на диференциация.
Височина:животинските клетки се увеличават по размер, увеличавайки броя на клетките. Растителните клетки основно увеличават размера на клетката, като стават по-големи. Те растат, като съхраняват повече вода в централната вакуола.
: Животинските клетки нямат клетъчна стена, но имат клетъчна мембрана. Растителните клетки имат клетъчна стена, изградена от целулоза, както и клетъчна мембрана.
: животинските клетки съдържат тези цилиндрични структури, които организират сглобяването на микротубули по време на клетъчното делене. Растителните клетки обикновено не съдържат центриоли.
реснички:намира се в животинските клетки, но обикновено липсва в растителните клетки. Ресничките са микротубули, които позволяват клетъчно движение.
Цитокинеза:отделяне на цитоплазмата по време, възниква в животинските клетки, когато се образува комисурален жлеб, който притиска клетъчната мембрана наполовина. При цитокинезата на растителната клетка се образува клетъчна плоча, която разделя клетката.
Гликсизоми:тези структури не се намират в животински клетки, но присъстват в растителни клетки. Гликсизомите помагат за разграждането на липидите до захари, особено в покълващите семена.
: животинските клетки имат лизозоми, които съдържат ензими, които усвояват клетъчните макромолекули. Растителните клетки рядко съдържат лизозоми, тъй като растителната вакуола се справя с разграждането на молекулата.
Пластиди:В животинските клетки няма пластиди. Растителните клетки имат пластиди като тези, необходими за.
Плазмодесми:животинските клетки нямат плазмодесми. Растителните клетки съдържат плазмодесмати, които са пори между стените, които позволяват на молекулите и комуникационните сигнали да преминават между отделните растителни клетки.
: животинските клетки могат да имат много малки вакуоли. Растителните клетки съдържат голяма централна вакуола, която може да представлява до 90% от обема на клетката.

Прокариотни клетки

Еукариотните клетки при животните и растенията също се различават от прокариотните клетки като . Прокариотите обикновено са едноклетъчни организми, докато животинските и растителните клетки обикновено са многоклетъчни. Еукариотите са по-сложни и по-големи от прокариотите. Животинските и растителните клетки включват много органели, които не се срещат в прокариотните клетки. Прокариотите нямат истинско ядро, тъй като ДНК не се съдържа в мембрана, а е нагъната в област, наречена нуклеоид. Докато животинските и растителните клетки се възпроизвеждат чрез митоза или мейоза, прокариотите най-често се възпроизвеждат чрез делене или фрагментация.

Други еукариотни организми

Растителните и животинските клетки не са единствените видове еукариотни клетки. Протеите (като еуглена и амеба) и гъбите (като гъби, дрожди и плесени) са два други примера за еукариотни организми.

В зората на развитието на живота на Земята всички клетъчни форми са представени от бактерии. Те абсорбираха органични вещества, разтворени в първичния океан, през повърхността на тялото.

С течение на времето някои бактерии са се приспособили да произвеждат органични вещества от неорганични. За целта те използвали енергията на слънчевата светлина. Възниква първата екологична система, в която тези организми са производители. В резултат на това в земната атмосфера се появи кислород, отделен от тези организми. С негова помощ можете да получите много повече енергия от същата храна и да използвате допълнителната енергия за усложняване на структурата на тялото: разделяне на тялото на части.

Едно от важните постижения на живота е разделянето на ядрото и цитоплазмата. Ядрото съдържа наследствена информация. Специална мембрана около ядрото направи възможно защитата срещу случайни повреди. При необходимост цитоплазмата получава команди от ядрото, които ръководят живота и развитието на клетката.

Организмите, в които ядрото е отделено от цитоплазмата, са образували ядрено суперцарство (това включва растения, гъби и животни).

Така клетката - основата на организацията на растенията и животните - възниква и се развива в хода на биологичната еволюция.

Дори с невъоръжено око, или още по-добре под лупа, можете да видите, че месестата част на узрялата диня се състои от много малки зърна или зърна. Това са клетки - най-малките „градивни елементи“, които изграждат телата на всички живи организми, включително растенията.

Животът на растението се осъществява от комбинираната дейност на неговите клетки, създавайки едно цяло. При многоклетъчността на растителните части има физиологична диференциация на техните функции, специализация на различни клетки в зависимост от местоположението им в растителното тяло.

Растителната клетка се различава от животинската по това, че има плътна мембрана, която покрива вътрешното съдържание от всички страни. Клетката не е плоска (както обикновено се изобразява), най-вероятно изглежда като много малък мехур, пълен с лигавично съдържание.

Устройство и функции на растителната клетка

Нека разгледаме клетката като структурна и функционална единица на организма. Външната страна на клетката е покрита с плътна клетъчна стена, в която има по-тънки участъци, наречени пори. Под него има много тънък филм - мембрана, покриваща съдържанието на клетката - цитоплазмата. В цитоплазмата има кухини - вакуоли, пълни с клетъчен сок. В центъра на клетката или близо до клетъчната стена има плътно тяло - ядро с ядро. Ядрото е отделено от цитоплазмата от ядрената обвивка. Малки тела, наречени пластиди, са разпределени в цитоплазмата.

Устройство на растителна клетка

Устройство и функции на органелите на растителните клетки

Органоид	рисуване	Описание	функция	Особености
Клетъчна стена или плазмена мембрана		Безцветен, прозрачен и много издръжлив	Прекарва вещества в и извън клетката.	Клетъчната мембрана е полупропусклива
Цитоплазма		Гъсто вискозно вещество	В него са разположени всички останали части на клетката	В постоянно движение е
Ядро (важна част от клетката)		Кръгли или овални	Осигурява прехвърлянето на наследствени свойства към дъщерните клетки по време на деленето	Централна част на клетката
		Сферична или неправилна форма	Участва в протеиновия синтез
		Резервоар, отделен от цитоплазмата с мембрана. Съдържа клетъчен сок	Натрупват се резервни хранителни вещества и отпадъчни продукти, от които клетката не се нуждае.	Докато клетката расте, малките вакуоли се сливат в една голяма (централна) вакуола
Пластиди		Хлоропласти	Те използват светлинната енергия на слънцето и създават органични от неорганични	Формата на дискове, отделени от цитоплазмата с двойна мембрана
		Хромопласти	Образува се в резултат на натрупване на каротеноиди	Жълто, оранжево или кафяво
		Левкопласти	Безцветни пластиди
Ядрена обвивка		Състои се от две мембрани (външна и вътрешна) с пори	Отделя ядрото от цитоплазмата	Позволява обмен между ядрото и цитоплазмата

Живата част на клетката е свързана с мембрана, подредена, структурирана система от биополимери и вътрешни мембранни структури, участващи в набор от метаболитни и енергийни процеси, които поддържат и възпроизвеждат цялата система като цяло.

Важна особеност е, че клетката няма отворени мембрани със свободни краища. Клетъчните мембрани винаги ограничават кухини или области, затваряйки ги от всички страни.

Съвременна обобщена диаграма на растителна клетка

Плазмалема(външна клетъчна мембрана) е ултрамикроскопичен филм с дебелина 7,5 nm, състоящ се от протеини, фосфолипиди и вода. Това е много еластичен филм, който е добре намокрен от вода и бързо възстановява целостта след повреда. Има универсална структура, т.е. типична за всички биологични мембрани. В растителните клетки извън клетъчната мембрана има здрава клетъчна стена, която създава външна опора и поддържа формата на клетката. Състои се от фибри (целулоза), водонеразтворим полизахарид.

Плазмодесмирастителни клетки, са субмикроскопични тубули, които проникват през мембраните и са облицовани с плазмена мембрана, която по този начин преминава от една клетка в друга без прекъсване. С тяхна помощ се осъществява междуклетъчната циркулация на разтвори, съдържащи органични хранителни вещества. Те също така предават биопотенциали и друга информация.

Пораминаречени отвори във вторичната мембрана, където клетките са разделени само от първичната мембрана и средната ламина. Областите на първичната мембрана и средната плоча, разделящи съседните пори на съседните клетки, се наричат мембрана на порите или затварящ филм на порите. Затварящият филм на порите е пробит от плазмодезмални тубули, но проходен отвор обикновено не се образува в порите. Порите улесняват транспортирането на вода и разтворени вещества от клетка в клетка. В стените на съседните клетки се образуват пори, обикновено една срещу друга.

Клетъчната мембранаима добре дефинирана, относително дебела обвивка от полизахариден характер. Обвивката на растителната клетка е продукт на дейността на цитоплазмата. В образуването му активно участват апаратът на Голджи и ендоплазменият ретикулум.

Структура на клетъчната мембрана

Основата на цитоплазмата е нейната матрица или хиалоплазма, сложна безцветна, оптически прозрачна колоидна система, способна на обратими преходи от зол към гел. Най-важната роля на хиалоплазмата е да обедини всички клетъчни структури в една система и да осигури взаимодействие между тях в процесите на клетъчния метаболизъм.

Хиалоплазма(или цитоплазмената матрица) съставлява вътрешната среда на клетката. Състои се от вода и различни биополимери (протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, липиди), от които основната част се състои от протеини с различна химична и функционална специфичност. Хиалоплазмата също така съдържа аминокиселини, монозахариди, нуклеотиди и други нискомолекулни вещества.

Биополимерите образуват колоидна среда с вода, която в зависимост от условията може да бъде плътна (под формата на гел) или по-течна (под формата на зол), както в цялата цитоплазма, така и в отделните й участъци. В хиалоплазмата различни органели и включвания са локализирани и взаимодействат помежду си и със средата на хиалоплазмата. Освен това тяхното местоположение най-често е специфично за определени видове клетки. Чрез билипидната мембрана хиалоплазмата взаимодейства с извънклетъчната среда. Следователно хиалоплазмата е динамична среда и играе важна роля във функционирането на отделните органели и живота на клетките като цяло.

Цитоплазмени образувания – органели

Органелите (органелите) са структурни компоненти на цитоплазмата. Те имат определена форма и размер и са задължителни цитоплазмени структури на клетката. Ако те липсват или са повредени, клетката обикновено губи способността си да продължи да съществува. Много от органелите са способни на делене и самовъзпроизвеждане. Техните размери са толкова малки, че могат да се видят само с електронен микроскоп.

Ядро

Ядрото е най-изявената и обикновено най-голямата органела на клетката. За първи път е изследван подробно от Робърт Браун през 1831 г. Ядрото осигурява най-важните метаболитни и генетични функции на клетката. Той е доста променлив по форма: може да бъде сферичен, овален, лобовиден или с форма на леща.

Ядрото играе важна роля в живота на клетката. Клетка, от която е отстранено ядрото, вече не отделя мембрана и спира да расте и да синтезира вещества. В него се засилват продуктите на гниене и разрушаване, в резултат на което той бързо умира. Образуването на ново ядро от цитоплазмата не се случва. Новите ядра се образуват само чрез разделяне или раздробяване на старото.

Вътрешното съдържание на ядрото е кариолимфа (ядрен сок), която запълва пространството между структурите на ядрото. Съдържа едно или повече нуклеоли, както и значителен брой ДНК молекули, свързани със специфични протеини - хистони.

Основна структура

Нуклеол

Ядрото, подобно на цитоплазмата, съдържа предимно РНК и специфични протеини. Най-важната му функция е, че образува рибозоми, които осъществяват синтеза на протеини в клетката.

апарат на Голджи

Апаратът на Голджи е органел, който е универсално разпространен във всички видове еукариотни клетки. Представлява многослойна система от плоски мембранни торбички, които се удебеляват по периферията и образуват везикуларни процеси. Най-често се намира в близост до ядрото.

апарат на Голджи

Апаратът на Голджи задължително включва система от малки везикули (везикули), които се отделят от удебелени цистерни (дискове) и са разположени по периферията на тази структура. Тези везикули играят ролята на вътреклетъчна транспортна система за специфични секторни гранули и могат да служат като източник на клетъчни лизозоми.

Функциите на апарата на Голджи също се състоят в натрупване, отделяне и освобождаване извън клетката с помощта на везикули на вътреклетъчни синтезни продукти, продукти на разпадане и токсични вещества. Продуктите от синтетичната активност на клетката, както и различни вещества, влизащи в клетката от околната среда през каналите на ендоплазмения ретикулум, се транспортират до апарата на Голджи, натрупват се в тази органела и след това под формата на капчици или зърна навлизат в цитоплазмата и се използват или от самата клетка, или се отделят навън. В растителните клетки апаратът на Голджи съдържа ензими за синтеза на полизахариди и самия полизахаридния материал, който се използва за изграждане на клетъчната стена. Смята се, че той участва в образуването на вакуоли. Апаратът на Голджи е кръстен на италианския учен Камило Голджи, който за първи път го открива през 1897 г.

Лизозоми

Лизозомите са малки везикули, ограничени от мембрана, чиято основна функция е да извършват вътреклетъчно смилане. Използването на лизозомния апарат възниква по време на покълването на семето на растението (хидролиза на резервни хранителни вещества).

Структура на лизозома

Микротубули

Микротубулите са мембранни надмолекулни структури, състоящи се от протеинови глобули, подредени в спирални или прави редове. Микротубулите изпълняват предимно механична (моторна) функция, осигурявайки мобилността и контрактилитета на клетъчните органели. Разположени в цитоплазмата, те придават на клетката определена форма и осигуряват стабилността на пространственото разположение на органелите. Микротубулите улесняват движението на органелите до места, определени от физиологичните нужди на клетката. Значителен брой от тези структури са разположени в плазмалемата, близо до клетъчната мембрана, където участват в образуването и ориентацията на целулозните микрофибрили на растителните клетъчни стени.

Структура на микротубулите

Вакуола

Вакуолата е най-важният компонент на растителните клетки. Представлява вид кухина (резервоар) в масата на цитоплазмата, изпълнена с воден разтвор на минерални соли, аминокиселини, органични киселини, пигменти, въглехидрати и отделена от цитоплазмата с вакуоларна мембрана - тонопласт.

Цитоплазмата запълва цялата вътрешна кухина само в най-младите растителни клетки. С нарастването на клетката пространственото разположение на първоначално непрекъснатата маса на цитоплазмата се променя значително: появяват се малки вакуоли, пълни с клетъчен сок, и цялата маса става гъбеста. С по-нататъшния клетъчен растеж отделните вакуоли се сливат, изтласквайки слоевете цитоплазма към периферията, в резултат на което образуваната клетка обикновено съдържа една голяма вакуола, а цитоплазмата с всички органели е разположена близо до мембраната.

Водоразтворимите органични и минерални съединения на вакуолите определят съответните осмотични свойства на живите клетки. Този разтвор с определена концентрация е вид осмотична помпа за контролирано проникване в клетката и освобождаване от нея на вода, йони и метаболитни молекули.

В комбинация с цитоплазмения слой и неговите мембрани, характеризиращи се с полупропускливи свойства, вакуолата образува ефективна осмотична система. Осмотично определени са такива показатели на живите растителни клетки като осмотичен потенциал, смукателна сила и тургорно налягане.

Устройство на вакуолата

Пластиди

Пластидите са най-големите (след ядрото) цитоплазмени органели, присъщи само на клетките на растителните организми. Не се срещат само в гъбите. Пластидите играят важна роля в метаболизма. Те са отделени от цитоплазмата с двойна мембранна обвивка, а някои видове имат добре развита и подредена система от вътрешни мембрани. Всички пластиди са от един и същи произход.

Хлоропласти- най-често срещаните и най-функционално важни пластиди на фотоавтотрофни организми, които извършват фотосинтетични процеси, водещи в крайна сметка до образуването на органични вещества и освобождаването на свободен кислород. Хлоропластите на висшите растения имат сложна вътрешна структура.

Структура на хлоропласта

Размерите на хлоропластите в различните растения не са еднакви, но средно техният диаметър е 4-6 микрона. Хлоропластите могат да се движат под влияние на движението на цитоплазмата. В допълнение, под въздействието на осветлението се наблюдава активно движение на хлоропласти от амебоидния тип към източника на светлина.

Хлорофилът е основното вещество на хлоропластите. Благодарение на хлорофила зелените растения могат да използват светлинна енергия.

Левкопласти(безцветни пластиди) са ясно очертани цитоплазмени тела. Техните размери са малко по-малки от размерите на хлоропластите. Формата им също е по-равномерна, доближаваща се до сферична.

Структура на левкопласт

Намира се в епидермални клетки, грудки и коренища. При осветяване те много бързо се превръщат в хлоропласти със съответната промяна във вътрешната структура. Левкопластите съдържат ензими, с помощта на които се синтезира нишесте от излишната глюкоза, образувана по време на фотосинтезата, по-голямата част от която се отлага в тъкани или органи за съхранение (грудки, коренища, семена) под формата на нишестени зърна. В някои растения мазнините се отлагат в левкопласти. Резервната функция на левкопластите понякога се проявява в образуването на резервни протеини под формата на кристали или аморфни включвания.

Хромопластив повечето случаи те са производни на хлоропласти, понякога - левкопласти.

Хромопласт структура

Узряването на шипките, чушките и доматите е съпроводено с превръщането на хлоро- или левкопласти на клетките на пулпата в каратиноидни пласти. Последните съдържат предимно жълти пластидни пигменти - каротеноиди, които при узряване интензивно се синтезират в тях, образувайки цветни липидни капчици, твърди глобули или кристали. В този случай хлорофилът се разрушава.

Митохондриите

Митохондриите са органели, характерни за повечето растителни клетки. Те имат различна форма на пръчици, зърна и нишки. Открит през 1894 г. от R. Altman с помощта на светлинен микроскоп, а вътрешната структура е изследвана по-късно с помощта на електронен микроскоп.

Структурата на митохондриите

Митохондриите имат структура с двойна мембрана. Външната мембрана е гладка, вътрешната образува израстъци с различна форма - тръби в растителните клетки. Пространството вътре в митохондрията е изпълнено с полутечно съдържание (матрица), което включва ензими, протеини, липиди, калциеви и магнезиеви соли, витамини, както и РНК, ДНК и рибозоми. Ензимният комплекс на митохондриите ускорява сложния и взаимосвързан механизъм на биохимичните реакции, които водят до образуването на АТФ. В тези органели клетките се осигуряват с енергия - енергията на химичните връзки на хранителните вещества се превръща във високоенергийни връзки на АТФ в процеса на клетъчно дишане. Именно в митохондриите се извършва ензимното разграждане на въглехидрати, мастни киселини и аминокиселини с освобождаване на енергия и последващото й превръщане в енергия на АТФ. Натрупаната енергия се изразходва за процеси на растеж, за нови синтези и т.н. Митохондриите се размножават чрез делене и живеят около 10 дни, след което се разрушават.

Ендоплазмения ретикулум

Ендоплазменият ретикулум е мрежа от канали, тръби, везикули и цистерни, разположени вътре в цитоплазмата. Открита през 1945 г. от английския учен К. Портър, тя представлява система от мембрани с ултрамикроскопична структура.

Структура на ендоплазмения ретикулум

Цялата мрежа е обединена в едно цяло с външната клетъчна мембрана на ядрената обвивка. Има гладък и грапав ER, който носи рибозоми. На мембраните на гладката ER има ензимни системи, участващи в метаболизма на мазнините и въглехидратите. Този тип мембрана преобладава в семенните клетки, богати на вещества за съхранение (протеини, въглехидрати, масла); рибозомите са прикрепени към гранулираната EPS мембрана и по време на синтеза на протеинова молекула полипептидната верига с рибозоми е потопена в EPS канала. Функциите на ендоплазмения ретикулум са много разнообразни: транспорт на вещества както вътре в клетката, така и между съседните клетки; разделяне на клетка на отделни участъци, в които едновременно протичат различни физиологични процеси и химични реакции.

Рибозоми

Рибозомите са немембранни клетъчни органели. Всяка рибозома се състои от две частици, които не са идентични по размер и могат да бъдат разделени на два фрагмента, които продължават да запазват способността си да синтезират протеин, след като се комбинират в цяла рибозома.

Рибозомна структура

Рибозомите се синтезират в ядрото, след което го напускат, премествайки се в цитоплазмата, където са прикрепени към външната повърхност на мембраните на ендоплазмения ретикулум или са разположени свободно. В зависимост от вида на протеина, който се синтезира, рибозомите могат да функционират самостоятелно или да се комбинират в комплекси - полирибозоми.

Най-малката част от организма е клетката, тя е способна да съществува самостоятелно и има всички характеристики на живия организъм. В тази статия ще разберем каква структура има растителната клетка и ще говорим накратко за нейните функции и характеристики.

Структура на растителна клетка

В природата има както едноклетъчни, така и многоклетъчни растения. Например в подводния свят можете да намерите едноклетъчни водорасли, които имат всички функции, присъщи на живия организъм.

Многоклетъчният индивид не е просто набор от клетки, а един организъм, способен да образува различни тъкани и органи, които взаимодействат помежду си.

Структурата на растителната клетка е еднаква във всички растения и се състои от едни и същи компоненти. Съставът му е както следва:

обвивка (ламина, междуклетъчно пространство, плазмодесмати и плазмолеми, тонопласт);
вакуоли;
цитоплазма (митохондрии; хлоропласти и други органели);
ядро (ядрена обвивка, ядро, хроматин).

Ориз. 1. Устройството на растителната клетка.

За разлика от животинската клетка, растителната клетка има специална целулозна мембрана, вакуола и пластиди.

Изследването на структурата и функциите на растителната клетка показа, че:

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

най-важната част в тялото е сърцевина , който отговаря за всички протичащи процеси. Съдържа наследствена информация, която се предава от поколение на поколение. Ядрената обвивка отделя ядрото от другите органели;
безцветното вискозно вещество, което изпълва клетката, се нарича цитоплазма . Именно в него се намират всички органели;
разположени под клетъчната стена мембрана (тонопласт) , който отговаря за метаболизма. Това е тънък филм, който отделя мембраната от цитоплазмата;
клетъчна стена доста издръжлив, тъй като съдържа целулоза. Следователно функциите на стената са да защитава и придава форма;
малки компоненти са пластиди .
Те могат да бъдат цветни и безцветни. Например, хлоропластите са зелени, в тях протича процесът на фотосинтеза;
вътрешната кухина, пълна със сок, се нарича вакуола . Размерът му зависи от възрастта на организма: колкото по-стар е, толкова по-голяма е вакуолата. Сокът съдържа воден разтвор на минерални соли и органични вещества. Съдържа различни захари, ензими, минерални киселини и соли, протеини и пигменти;

Ориз. 2. Промени в размера на вакуолата по време на растежа на растението.

митохондриите могат да се движат заедно с цитоплазмата, основната им роля е метаболизма. Тук се случва процесът на дишане и образуване на АТФ;
апарат на Голджи може да има различни форми (дискове, пръчки, зърна). Неговата роля е натрупването и отстраняването на ненужните вещества;
рибозоми синтезират протеини. Те се намират в цитоплазмата, ядрото, митохондриите и пластидите.

Учените откриват клетъчната структура на растенията още през 17 век. Клетките на портокаловата каша се виждат с просто око, но най-често растителният организъм може да се изследва под микроскоп.

Ориз. 3. Устройство на апарата на Голджи.

Характеристики на растителния организъм

Проучване на разнообразието на растителното царство разкри следните характеристики:

за разлика от други живи организми, растенията имат вакуола, която съхранява всички хранителни и полезни вещества, разгражда старите органели и протеини;
Клетъчната стена се различава по състав от гъбичния хитин и бактериалните стени. Съдържа целулоза, пектин и лигнин;
комуникацията между клетките се осъществява с помощта на плазмодесмати - така наречените пори в клетъчната стена;
Пластидите се срещат само в растителни организми. В допълнение към хлоропластите, това могат да бъдат левкопласти, които се делят на два вида: някои от тях съхраняват мазнини, други съхраняват нишесте. Както и хромопластите, които синтезират и съхраняват пигменти;
За разлика от животинския организъм, растителната клетка няма центриоли.

Какво научихме?

Като най-малката част от целия организъм, клетката може да съществува самостоятелно. Той осигурява функционирането на различни тъкани и жизненоважни органи. Отличителни компоненти от други видове на живата природа са структурата на клетъчната стена, наличието на пластиди и вакуоли. Всеки органел има свои собствени функции, без които е невъзможно функционирането на целия организъм като цяло.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.3. Общо получени оценки: 1130.

Клетките на животните и растенията, многоклетъчни и едноклетъчни, по принцип са сходни по структура. Разликите в детайлите на клетъчната структура са свързани с тяхната функционална специализация.

Основните елементи на всички клетки са ядрото и цитоплазмата. Ядрото има сложна структура, която се променя в различни фази на клетъчното делене или цикъл. Ядрото на неделяща се клетка заема приблизително 10-20% от общия й обем. Състои се от кариоплазма (нуклеоплазма), едно или повече нуклеоли (нуклеоли) и ядрена мембрана. Кариоплазмата е ядрен сок или кариолимфа, в която има нишки от хроматин, които образуват хромозоми.

Основни свойства на клетката:

метаболизъм
чувствителност
репродуктивен капацитет

Клетката живее във вътрешната среда на тялото – кръв, лимфа и тъканна течност. Основните процеси в клетката са окисление и гликолиза – разграждането на въглехидратите без кислород. Клетъчната пропускливост е избирателна. Определя се от реакцията към високи или ниски концентрации на сол, фаго- и пиноцитоза. Секрецията е образуването и освобождаването от клетките на слузоподобни вещества (муцин и мукоиди), които предпазват от увреждане и участват в образуването на междуклетъчно вещество.

Видове клетъчни движения:

амебоидни (псевдоподи) – левкоцити и макрофаги.
плъзгане – фибробласти
флагеларен тип – сперматозоиди (реснички и флагели)

Клетъчно делене:

индиректни (митоза, кариокинеза, мейоза)
директен (амитоза)

По време на митозата ядреното вещество се разпределя равномерно между дъщерните клетки, т.к Ядреният хроматин е концентриран в хромозоми, които се разделят на две хроматиди, които се разделят на дъщерни клетки.

Структури на живата клетка

Хромозоми

Задължителни елементи на ядрото са хромозомите, които имат специфична химична и морфологична структура. Те участват активно в метаболизма в клетката и са пряко свързани с наследственото предаване на свойства от едно поколение на друго. Трябва обаче да се има предвид, че въпреки че наследствеността се осигурява от цялата клетка като единна система, ядрените структури, а именно хромозомите, заемат специално място в това. Хромозомите, за разлика от клетъчните органели, са уникални структури, характеризиращи се с постоянен качествен и количествен състав. Те не могат да се заменят взаимно. Дисбалансът в хромозомния комплемент на клетката в крайна сметка води до нейната смърт.

Цитоплазма

Цитоплазмата на клетката има много сложна структура. Въвеждането на техники за тънко сечение и електронна микроскопия направи възможно да се види фината структура на подлежащата цитоплазма. Установено е, че последният се състои от паралелни сложни структури под формата на пластини и тубули, на повърхността на които има малки гранули с диаметър 100–120 Å. Тези образувания се наричат ендоплазмен комплекс. Този комплекс включва различни диференцирани органели: митохондрии, рибозоми, апарат на Голджи, в клетките на по-низши животни и растения - центрозоми, при животни - лизозоми, в растения - пластиди. В допълнение, цитоплазмата разкрива редица включвания, които участват в метаболизма на клетката: нишесте, мастни капчици, кристали на урея и др.

Мембрана

Клетката е заобиколена от плазмена мембрана (от латински „мембрана“ - кожа, филм). Функциите му са много разнообразни, но основната е защитната: предпазва вътрешното съдържание на клетката от влиянието на външната среда. Благодарение на различни израстъци и гънки на повърхността на мембраната, клетките са здраво свързани помежду си. Мембраната е проникната от специални протеини, през които могат да се движат определени вещества, необходими на клетката или за отстраняване от нея. По този начин метаболизмът се осъществява през мембраната. Освен това, което е много важно, веществата преминават през мембраната селективно, поради което необходимият набор от вещества се поддържа в клетката.

При растенията плазмената мембрана е покрита отвън с плътна мембрана, състояща се от целулоза (фибри). Черупката изпълнява защитни и поддържащи функции. Той служи като външна рамка на клетката, като й придава определена форма и размер, предотвратявайки прекомерното подуване.

Ядро

Разположен в центъра на клетката и разделен от двуслойна мембрана. Има сферична или удължена форма. Черупката - кариолема - има пори, необходими за обмена на вещества между ядрото и цитоплазмата. Съдържанието на ядрото е течно - кариоплазма, която съдържа плътни тела - нуклеоли. Те отделят гранули - рибозоми. По-голямата част от ядрото е ядрени протеини - нуклеопротеини, в нуклеолите - рибонуклеопротеини, а в кариоплазмата - дезоксирибонуклеопротеини. Клетката е покрита с клетъчна мембрана, която се състои от протеинови и липидни молекули, които имат мозаечна структура. Мембраната осигурява обмена на вещества между клетката и междуклетъчната течност.

EPS

Това е система от тубули и кухини, по стените на които има рибозоми, които осигуряват синтеза на протеини. Рибозомите могат да бъдат свободно разположени в цитоплазмата. Има два вида EPS - грапав и гладък: върху грапавия EPS (или гранулиран) има много рибозоми, които извършват протеинов синтез. Рибозомите придават на мембраните груб вид. Гладките ER мембрани не носят рибозоми на повърхността си, те съдържат ензими за синтеза и разграждането на въглехидрати и липиди. Гладкият EPS изглежда като система от тънки тръби и резервоари.

Рибозоми

Малки тела с диаметър 15–20 mm. Те синтезират протеинови молекули и ги сглобяват от аминокиселини.

Митохондриите

Това са двумембранни органели, чиято вътрешна мембрана има издатини - кристи. Съдържанието на кухините е матрица. Митохондриите съдържат голям брой липопротеини и ензими. Това са енергийните станции на клетката.

Пластиди (характерни само за растителните клетки!)

Тяхното съдържание в клетката е основната характеристика на растителния организъм. Има три основни типа пластиди: левкопласти, хромопласти и хлоропласти. Имат различни цветове. Безцветните левкопласти се намират в цитоплазмата на клетките на неоцветени части от растения: стъбла, корени, грудки. Например, има много от тях в картофените клубени, в които се натрупват нишестени зърна. Хромопластите се намират в цитоплазмата на цветята, плодовете, стъблата и листата. Хромопластите осигуряват жълт, червен и оранжев цвят на растенията. Зелените хлоропласти се намират в клетките на листата, стъблата и други части на растението, както и в различни водорасли. Хлоропластите са с размери 4-6 микрона и често имат овална форма. Във висшите растения една клетка съдържа няколко десетки хлоропласти.

Зелените хлоропласти могат да се трансформират в хромопласти - затова листата пожълтяват през есента, а зелените домати стават червени, когато узреят. Левкопластите могат да се трансформират в хлоропласти (позеленяване на картофените клубени на светлина). По този начин хлоропластите, хромопластите и левкопластите са способни на взаимен преход.

Основната функция на хлоропластите е фотосинтезата, т.е. В хлоропластите на светлината органичните вещества се синтезират от неорганични поради преобразуването на слънчевата енергия в енергията на молекулите на АТФ. Хлоропластите на висшите растения са с размери 5-10 микрона и по форма наподобяват двойноизпъкнала леща. Всеки хлоропласт е заобиколен от двойна мембрана, която е избирателно пропусклива. Отвън е гладка мембрана, а отвътре има нагъната структура. Основната структурна единица на хлоропласта е тилакоидът, плоска двумембранна торбичка, която играе водеща роля в процеса на фотосинтеза. Тилакоидната мембрана съдържа протеини, подобни на митохондриалните протеини, които участват във веригата за транспортиране на електрони. Тилакоидите са подредени в купчини, наподобяващи купчини монети (10 до 150), наречени грана. Грана има сложна структура: хлорофилът е разположен в центъра, заобиколен от слой протеин; след това има слой от липоиди, отново протеин и хлорофил.

Комплекс Голджи

Това е система от кухини, ограничени от цитоплазмата с мембрана и могат да имат различни форми. Натрупването на протеини, мазнини и въглехидрати в тях. Провеждане на синтеза на мазнини и въглехидрати върху мембрани. Образува лизозоми.

Основният структурен елемент на апарата на Голджи е мембраната, която образува пакети от плоски цистерни, големи и малки везикули. Цистерните на апарата на Голджи са свързани с каналите на ендоплазмения ретикулум. Протеините, полизахаридите и мазнините, произведени върху мембраните на ендоплазмения ретикулум, се прехвърлят в апарата на Голджи, натрупват се в неговите структури и се „опаковат“ под формата на вещество, готово или за освобождаване, или за използване в самата клетка по време на нейното живот. Лизозомите се образуват в апарата на Голджи. Освен това той участва в растежа на цитоплазмената мембрана, например по време на клетъчното делене.

Лизозоми

Тела, отделени от цитоплазмата с единична мембрана. Ензимите, които съдържат, ускоряват разграждането на сложни молекули до прости: протеини до аминокиселини, сложни въглехидрати до прости, липиди до глицерол и мастни киселини, а също така разрушават мъртвите части на клетката и цели клетки. Лизозомите съдържат повече от 30 вида ензими (протеинови вещества, които увеличават скоростта на химичните реакции десетки и стотици хиляди пъти), способни да разграждат протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, мазнини и други вещества. Разграждането на веществата с помощта на ензими се нарича лизис, откъдето идва и името на органела. Лизозомите се образуват или от структурите на комплекса на Голджи, или от ендоплазмения ретикулум. Една от основните функции на лизозомите е участието във вътреклетъчното смилане на хранителни вещества. В допълнение, лизозомите могат да разрушат структурите на самата клетка, когато тя умре, по време на ембрионалното развитие и в редица други случаи.

Вакуоли

Те са кухини в цитоплазмата, изпълнени с клетъчен сок, място за натрупване на резервни хранителни и вредни вещества; те регулират водното съдържание в клетката.

Клетъчен център

Състои се от две малки тела - центриоли и центросфера - уплътнен участък от цитоплазмата. Играе важна роля в клетъчното делене

Органели за движение на клетката

Камшичета и реснички, които са клетъчни израстъци и имат еднаква структура при животни и растения
Миофибрилите са тънки нишки с дължина повече от 1 см с диаметър 1 микрон, разположени на снопове по мускулните влакна
Псевдоподии (изпълняват функцията на движение; поради тях се получава мускулна контракция)

Прилики между растителни и животински клетки

Характеристиките, които са сходни между растителните и животинските клетки, включват следното:

Подобна структура на структурната система, т.е. наличие на ядро и цитоплазма.
Процесът на метаболизма на веществата и енергията е подобен по принцип.
И животинските, и растителните клетки имат мембранна структура.
Химическият състав на клетките е много подобен.
Растителните и животинските клетки преминават през подобен процес на клетъчно делене.
Растителните клетки и животинските клетки имат същия принцип на предаване на кода на наследствеността.

Съществени разлики между растителни и животински клетки

В допълнение към общите характеристики на структурата и жизнената активност на растителните и животинските клетки, има и специални отличителни черти на всяка от тях.

По този начин можем да кажем, че растителните и животинските клетки са сходни една с друга в съдържанието на някои важни елементи и някои жизненоважни процеси, а също така имат значителни разлики в структурата и метаболитните процеси.

клетка -основната форма на организация на живата материя, елементарната единица на организма. Това е самовъзпроизвеждаща се система, която е изолирана от външната среда и поддържа определена концентрация на химикали, но в същото време осъществява постоянен обмен с околната среда.

Клетката е основната структурна единица на едноклетъчни, колониални и многоклетъчни организми. Една клетка на едноклетъчен организъм е универсална, тя изпълнява всички функции, необходими за осигуряване на живот и възпроизводство. При многоклетъчните организми клетките са изключително разнообразни по размер, форма и вътрешна структура. Това разнообразие се дължи на разделението на функциите, изпълнявани от клетките в тялото.

Въпреки огромното разнообразие, растителните клетки се характеризират с обща структура - това са клетки еукариотни, имащи оформено ядро. Те се отличават от клетките на други еукариоти - животни и гъби - по следните признаци: 1) наличие на пластиди; 2) наличието на клетъчна стена, чийто основен компонент е целулозата; 3) добре развита вакуолна система; 4) липса на центриоли по време на деленето; 5) растеж чрез разтягане.

Формата и размерите на растителните клетки са много разнообразни и зависят от тяхното положение в тялото на растението и функциите, които изпълняват. Плътно затворените клетки най-често имат формата на полиедри, което се определя от взаимното им налягане; на сечения те обикновено изглеждат като 4-6-ъгълници. Наричат се клетки, чийто диаметър е приблизително еднакъв във всички посоки паренхимни. ПрозенхимниТова са силно удължени по дължина клетки, чиято дължина надвишава 5-6 и повече пъти ширината им. За разлика от животинските клетки, възрастните растителни клетки винаги имат постоянна форма, което се обяснява с наличието на твърда клетъчна стена.

Размерите на клетките на повечето растения варират от 10 до 100 микрона (най-често 15-60 микрона), те се виждат само под микроскоп. Клетките, които съхраняват вода и хранителни вещества, обикновено са по-големи. Месото на динята, лимона и портокала се състои от толкова големи клетки (няколко милиметра), че могат да се видят с просто око. Някои прозенхимни клетки достигат много дълги дължини. Например ленените ликови влакна са дълги около 40 mm, а копривените влакна са дълги 80 mm, докато размерът на напречното им сечение остава в микроскопични граници.

Броят на клетките в едно растение достига астрономически стойности. Така едно листо на дърво има повече от 100 милиона клетки.

В растителната клетка могат да се разграничат три основни части: 1) въглехидрат клетъчна стена, обграждащи клетката отвън; 2) протопласт– живото съдържание на клетката, – притиснато под формата на доста тънък стенен слой към клетъчната стена, и 3) вакуола– пространство в централната част на клетката, изпълнено с воднисто съдържание – клетъчен сок. Клетъчната стена и вакуолата са продукти от жизнената дейност на протопласта.

2.2. Протопласт

Протопласт– активно жизнено съдържание на клетката. Протопластът е изключително сложно образувание, диференцирано в различни компоненти, т.нар органели (органели), които постоянно се намират в него, имат характерна структура и изпълняват специфични функции ( ориз. 2.1). Клетъчните органели включват сърцевина, пластиди, митохондриите, рибозоми, ендоплазмен нето, апарат Голджи, лизозоми, микротела. Органелите са потопени в хиалоплазма, което осигурява тяхното взаимодействие. Хиалоплазма с органели, без ядрото, възлиза на цитоплазмаклетки. Протопластът е отделен от клетъчната стена чрез външна мембрана - плазмалема, от вакуолата - от вътрешната мембрана – тонопласт. Всички основни метаболитни процеси протичат в протопласта.

Ориз. 2.1. Структурата на растителната клетка според електронната микроскопия: 1 – ядро; 2 – ядрена обвивка; 3 – ядрена пора; 4 – ядро; 5 – хроматин; 6 – кариоплазма; 7 – клетъчна стена; 8 – плазмалема; 9 – плазмодесмати; 10 – агрануларен ендоплазмен ретикулум; 11 – гранулиран ендоплазмен ретикулум; 12 – митохондрии; 13 – рибозоми; 14 – лизозома; 15 – хлоропласт; 16 – диктиозома; 17 – хиалоплазма; 18 – тонопласт; 19 – вакуола.

Химическият състав на протопласта е много сложен и разнообразен. Всяка клетка се характеризира със своя химичен състав в зависимост от нейните физиологични функции. Основни класове конституционен, т.е. съединенията, включени в протопласта са: вода (60-90%), протеини (40-50% от сухата маса на протопласта), нуклеинови киселини (1-2%), липиди (2-3%) , въглехидрати и други органични съединения. Съставът на протопласта включва и неорганични вещества под формата на йони на минерални соли (2-6%). Протеините, нуклеиновите киселини, липидите и въглехидратите се синтезират от самия протоплас.

Освен конституционални вещества клетката съдържа резервенвещества (временно изключени от метаболизма) и боклуци(неговите крайни продукти). Резервните вещества и отпадъците получиха общо наименование ергастиченвещества. Ергастичните вещества, като правило, се натрупват в клетъчния сок на вакуолите в разтворена форма или форма включване– оформени частици, видими под светлинен микроскоп. Ергастичните вещества обикновено включват вещества от вторичен синтез, изучавани в хода на фармакогнозията - терпеноиди, алкалоиди, полифенолни съединения.

По физични свойства протопластът е многофазен колоиден разтвор (плътност 1,03-1,1). Обикновено това е хидрозол, т.е. колоидна система с преобладаваща дисперсионна среда – вода. В живата клетка съдържанието на протопласта е в постоянно движение, което може да се види под микроскоп чрез движението на органели и включвания. Движението може да бъде ротационен(в една посока) или течен(посоката на тока в различните нишки на цитоплазмата е различна). Цитоплазменият поток се нарича още циклоза. Осигурява по-добър транспорт на веществата и подпомага аерирането на клетките.

Цитоплазма- съществена част от живата клетка, където протичат всички процеси на клетъчния метаболизъм, с изключение на синтеза на нуклеинови киселини, който се случва в ядрото. Основата на цитоплазмата е нейната матрица, или хиалоплазма, в които са вградени органелите.

Хиалоплазма- сложна безцветна, оптически прозрачна колоидна система, свързва всички потопени в нея органели, като осигурява тяхното взаимодействие. Хиалоплазмата съдържа ензими и активно участва в клетъчния метаболизъм, в нея протичат биохимични процеси като гликолиза, синтез на аминокиселини, синтез на мастни киселини и масла и др., Способен е на активно движение и участва във вътреклетъчния транспорт на вещества.

Някои от структурните протеинови компоненти на хиалоплазмата образуват супрамолекулни агрегати със строго подредено подреждане на молекулите - микротубулиИ микрофиламенти. Микротубули- Това са тънки цилиндрични структури с диаметър около 24 nm и дължина до няколко микрометра. Тяхната стена се състои от спираловидно разположени сферични субединици на белтъка тубулин. Микротубулите участват в ориентацията на целулозните микрофибрили на клетъчната стена, образувана от плазмената мембрана, във вътреклетъчния транспорт и поддържането на формата на протопласта. Те образуват вретеновидни нишки по време на митоза, флагели и реснички. Микрофиламентиса дълги нишки с дебелина 5-7 nm, състоящи се от контрактилния протеин актин. В хиалоплазмата те образуват снопове - цитоплазмени влакна или приемат формата на триизмерна мрежа, прикрепена към плазмалемата, пластидите, елементите на ендоплазмения ретикулум, рибозомите, микротубулите. Смята се, че чрез свиване микрофиламентите генерират движението на хиалоплазмата и насоченото движение на прикрепените към тях органели. Комбинацията от микротубули и микрофиламенти съставлява цитоскелет.

Структурата на цитоплазмата се основава на биологични мембрани– най-тънките (4-10 nm) филми, изградени предимно от фосфолипиди и протеини – липопротеини. Липидните молекули формират структурната основа на мембраните. Фосфолипидите са подредени в два успоредни слоя по такъв начин, че хидрофилните им части са насочени навън, във водната среда, а хидрофобните остатъци от мастни киселини са насочени навътре. Някои протеинови молекули са разположени в непрекъснат слой върху повърхността на липидната рамка от едната или от двете страни, някои от тях са потопени в тази рамка, а други преминават през нея, образувайки хидрофилни „пори“ в мембраната ( ориз. 2.2). Повечето мембранни протеини са представени от различни ензими.

Ориз. 2.2. Схема на структурата на биологична мембрана : б– протеинова молекула; Ет– фосфолипидна молекула.

Мембраните са живи компоненти на цитоплазмата. Те ограничават протопласта от извънклетъчната среда, създават външната граница на органелите и участват в създаването на тяхната вътрешна структура, като в много отношения са носители на техните функции. Характерна особеност на мембраните е тяхната затвореност и непрекъснатост – краищата им никога не са отворени. В някои особено активни клетки мембраните могат да представляват до 90% от сухото вещество на цитоплазмата.

Едно от основните свойства на биологичните мембрани е тяхното изборен пропускливост(полупропускливост): някои вещества преминават трудно или изобщо не преминават през тях (бариерно свойство), други проникват лесно. Селективната пропускливост на мембраните създава възможност за разделяне на цитоплазмата на изолирани отделения - отделения– различни химични състави, при които едновременно и независимо един от друг могат да протичат различни биохимични процеси, често противоположни по посока.

Граничните мембрани на протопласта са плазмалема– плазмена мембрана и тонопласт– вакуолна мембрана. Плазмалема е външната повърхностна мембрана на цитоплазмата, обикновено плътно прилепнала към клетъчната стена. Той регулира метаболизма на клетката с околната среда, възприема дразнения и хормонални стимули, координира синтеза и сглобяването на целулозни микрофибрили на клетъчната стена. Тонопластът регулира метаболизма между протопласта и клетъчния сок.

Рибозоми- малки (около 20 nm), почти сферични гранули, състоящи се от рибонуклеопротеини - РНК комплекси и различни структурни протеини. Това са единствените органели на еукариотната клетка, които нямат мембрани. Рибозомите са разположени свободно в цитоплазмата на клетката или са прикрепени към мембраните на ендоплазмения ретикулум. Всяка клетка съдържа десетки и стотици хиляди рибозоми. Рибозомите са разположени поотделно или в групи от 4-40 ( полирибозоми, или полизоми), където отделните рибозоми са свързани помежду си чрез нишковидна информационна РНК молекула, която носи информация за структурата на протеина. Рибозомите (по-точно полизомите) са центрове на протеиновия синтез в клетката.

Рибозомата се състои от две субединици (голяма и малка), свързани с магнезиеви йони. Субединиците се образуват в ядрото, а именно в нуклеола, рибозомите се събират в цитоплазмата. Рибозомите се намират и в митохондриите и пластидите, но техният размер е по-малък и съответства на размера на рибозомите в прокариотните организми.

Ендоплазмен ретикулум (ендоплазмен ретикулум)е обширна триизмерна мрежа от канали, везикули и цистерни, ограничени от мембрани, проникващи в хиалоплазмата. Ендоплазменият ретикулум в клетките, които синтезират протеини, се състои от мембрани, носещи рибозоми на външната повърхност. Тази форма се нарича гранулиран, или груб (ориз. 2.1). Нарича се ендоплазмен ретикулум, който няма рибозоми агрануларна, или гладка. Агрануларният ендоплазмен ретикулум участва в синтеза на мазнини и други липофилни съединения (етерични масла, смоли, каучук).

Ендоплазменият ретикулум функционира като комуникационна система на клетката и се използва за транспортиране на вещества. Ендоплазменият ретикулум на съседните клетки е свързан чрез цитоплазмени връзки - плазмодесмикоито преминават през клетъчните стени. Ендоплазменият ретикулум е центърът на образуване и растеж на клетъчните мембрани. Той поражда такива клетъчни компоненти като вакуоли, лизозоми, диктиозоми и микротелца. Чрез ендоплазмения ретикулум се осъществява взаимодействие между органелите.

апарат на Голджина името на италианския учен К. Голджи, който за първи път го описва в животински клетки. В растителните клетки апаратът на Голджи се състои от отделни диктиозома, или тяло на ГолджиИ Голджи везикули. Всяка диктиозома е купчина от 5-7 или повече сплескани кръгли цистерни с диаметър около 1 μm, ограничени от мембрана ( ориз. 2.3).По ръбовете диктиозомите често се превръщат в система от тънки разклонени тръби. Броят на диктиозомите в една клетка варира значително (от 10-50 до няколкостотин) в зависимост от вида на клетката и фазата на нейното развитие. Везикулите на Голджи с различни диаметри се отделят от ръбовете на диктиозомните цистерни или ръбовете на тръбите и обикновено са насочени към плазмалемата или вакуолата.

Ориз. 2.3. Схема на структурата на диктиозома.

Диктиозомите са центрове за синтез, натрупване и секреция на полизахариди, предимно пектинови вещества и хемицелулози на матрицата на клетъчната стена и слузта. Везикулите на Голджи транспортират полизахаридите до плазмалемата. Апаратът на Голджи е особено развит в клетки, които интензивно отделят полизахариди.

Лизозоми–органели, отделени от хиалоплазмата с мембрана и съдържащи хидролитични ензими, способни да разрушават органичните съединения. Лизозомите на растителните клетки са малки (0,5-2 μm) цитоплазмени вакуоли и везикули - производни на ендоплазмения ретикулум или апарата на Голджи. Основната функция на лизозомите е локална автолиза– разрушаване на отделни участъци от цитоплазмата на собствената клетка, завършващо с образуването на цитоплазмена вакуола на нейно място. Локалната автолиза в растенията има предимно защитно значение: по време на временна липса на хранителни вещества клетката може да остане жизнеспособна поради усвояването на част от цитоплазмата. Друга функция на лизозомите е отстраняването на износени или излишни клетъчни органели, както и почистването на клетъчната кухина след смъртта на нейния протопласт, например по време на образуването на водопроводими елементи.

Микротела– малки (0,5-1,5 микрона) сферични органели, заобиколени от единична мембрана. Вътре има финозърнеста плътна матрица, състояща се от редокс ензими. Най-известните микротела глиоксизомиИ пероксизоми. Глиоксизомите участват в превръщането на мастните масла в захари, което се случва по време на покълването на семената. Реакциите на светлинно дишане (фотодишане) възникват в пероксизомите и продуктите на фотосинтезата се окисляват в тях, за да образуват аминокиселини.

Митохондрии -кръгли или елипсовидни, по-рядко нишковидни органели с диаметър 0,3-1 μm, заобиколени от две мембрани. Вътрешната мембрана образува издатини в митохондриалната кухина - cristas, които значително увеличават вътрешната му повърхност. Пространството между кристите е запълнено матрица. Матрицата съдържа рибозоми, по-малки от рибозомите на хиалоплазмата, и вериги от собствената си ДНК ( ориз. 2.4).

Ориз. 2.4. Схеми на структурата на митохондриите в триизмерно изображение (1) и в разрез (2): VM– вътрешна мембрана на митохондриите; ДНК– верига на митохондриална ДНК; ДА СЕ– криста; мамо– матрица; NM– външна мембрана на митохондриите; Р– митохондриални рибозоми.

Митохондриите се наричат електростанциите на клетката. Те осъществяват вътреклетъчно дъх, в резултат на което органичните съединения се разграждат за освобождаване на енергия. Тази енергия се използва за синтеза на АТФ - окислителен фосфорилиране. При необходимост енергията, съхранявана в АТФ, се използва за синтеза на различни вещества и в различни физиологични процеси. Броят на митохондриите в една клетка варира от няколко до няколкостотин, като има особено много от тях в секреторните клетки.

Митохондриите са постоянни органели, които не възникват отново, а се разпределят по време на деленето между дъщерните клетки. Увеличаването на броя на митохондриите се дължи на тяхното разделяне. Това е възможно поради наличието на собствени нуклеинови киселини в митохондриите. Митохондриите са способни на независим от ядрото синтез на някои от техните протеини върху собствените си рибозоми под контрола на митохондриална ДНК. Тяхната независимост обаче е непълна, тъй като развитието на митохондриите протича под контрола на ядрото и следователно митохондриите са полуавтономни органели.

Пластиди-органели, характерни само за растенията. Има три вида пластиди: 1) хлоропласти(зелени пластиди); 2) хромопласти(жълти, оранжеви или червени пластиди) и левкопласти(безцветни пластиди). Обикновено в клетката се намира само един вид пластид.

Хлоропластиса от най-голямо значение; в тях протича фотосинтеза. Те съдържат зелен пигмент хлорофил, което придава на растенията зелен цвят, и пигменти, принадлежащи към групата каротеноиди. Каротеноидите варират на цвят от жълто и оранжево до червено и кафяво, но това обикновено е маскирано от хлорофила. Каротеноидите се делят на каротини, с оранжев цвят и ксантофилиимащ жълт цвят. Това са липофилни (мастноразтворими) пигменти, според химическата си структура принадлежат към терпеноидите.

Растителните хлоропласти имат формата на двойноизпъкнала леща и са с размери 4-7 микрона, добре се виждат в светлинен микроскоп. Броят на хлоропластите във фотосинтетичните клетки може да достигне 40-50. При водораслите ролята на фотосинтетичен апарат се изпълнява от хроматофори. Формата им е разнообразна: чашовидна (Chlamydomonas), лентовидна (Spirogyra), пластинчата (Pinnularia) и др. Хроматофорите са много по-големи, броят им в клетка е от 1 до 5.

Хлоропластите имат сложна структура. Те са отделени от хиалоплазмата с две мембрани – външна и вътрешна. Вътрешното съдържание се нарича строма. Вътрешната мембрана образува вътре в хлоропласта сложна, строго подредена система от мембрани под формата на плоски мехурчета, т.нар. тилакоиди. Тилакоидите се събират в купчини - зърна, наподобяващи колони от монети. Граните са свързани помежду си със стромални тилакоиди (интергрануларни тилакоиди), преминаващи през тях по дължината на пластида ( ориз. 2.5). Хлорофилите и каротеноидите са вградени в грана тилакоидните мембрани. Стромата на хлоропластите съдържа пластоглобули– сферични включвания от мастни масла, в които са разтворени каротеноиди, както и рибозоми, подобни по размер на рибозомите на прокариотите и митохондриите, и ДНК вериги. Често в хлоропластите се срещат нишестени зърна, това е т.нар първичен, или асимилация нишесте– временно съхранение на продукти от фотосинтеза.

Ориз. 2.5. Схема на структурата на хлоропласта в триизмерно изображение (1) и в разрез (2): Vm– вътрешна мембрана; Гр– грана; ДНК– верига на пластидна ДНК; NM– външна мембрана; Стр– пластоглобула; Р– хлоропластни рибозоми; СЪС– строма; TIG– грана тилакоид; Тим– интергрануларен тилакоид.

Хлорофилът и хлоропластите се образуват само на светлина. Растенията, отглеждани на тъмно, не са зелени и се наричат етиолиран. Вместо типичните хлоропласти в тях се образуват модифицирани пластиди, които нямат развита вътрешна мембранна система - етиопласти.

Основната функция на хлоропластите е фотосинтеза, образуването на органични вещества от неорганични поради светлинна енергия. Хлорофилът играе централна роля в този процес. Той абсорбира светлинна енергия и я насочва за извършване на реакции на фотосинтеза. Тези реакции са разделени на светлозависими и тъмни (неизискващи наличието на светлина). Зависимите от светлина реакции се състоят от преобразуване на светлинната енергия в химическа енергия и разлагане (фотолиза) на водата. Те са ограничени до тилакоидните мембрани. Тъмните реакции - редуцирането на въглероден диоксид във въздуха с водород във вода до въглехидрати (фиксация на CO 2) - протичат в стромата на хлоропластите.

В хлоропластите, както и в митохондриите, се получава синтез на АТФ. В този случай източникът на енергия е слънчевата светлина, поради което се нарича фотофосфорилиране. Хлоропластите също участват в синтеза на аминокиселини и мастни киселини и служат като хранилище за временни запаси от нишесте.

Наличието на ДНК и рибозоми показва, както в случая с митохондриите, съществуването в хлоропластите на собствена система за синтез на протеини. В действителност повечето тилакоидни мембранни протеини се синтезират върху хлоропластни рибозоми, докато по-голямата част от стромалните протеини и мембранните липиди са с екстрапластиден произход.

левкопласти -малки безцветни пластиди. Те се намират главно в клетките на органи, скрити от слънчева светлина, като корени, коренища, грудки и семена. Тяхната структура като цяло е подобна на структурата на хлоропластите: обвивка от две мембрани, строма, рибозоми, нишки на ДНК, пластоглобули са подобни на тези на хлоропластите. Въпреки това, за разлика от хлоропластите, левкопластите имат слабо развита вътрешна мембранна система.

Левкопластите са органели, свързани със синтеза и натрупването на резервни хранителни вещества, предимно нишесте, рядко протеини и липиди. Левкопласти, които натрупват нишесте , са наречени амилопласти. Това нишесте има формата на зърна, за разлика от асимилаторното нишесте на хлоропластите, то се нарича резервен, или втори. Запасният протеин може да се отложи под формата на кристали или аморфни включвания в т.нар протеинопласти, мастни масла - под формата на пластоглобули в елаиопласти.

В клетките често се срещат левкопласти, които не натрупват резервни хранителни вещества, тяхната роля все още не е напълно изяснена. На светлина левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти.

Хромопласти -пластидите са оранжеви, червени и жълти на цвят, което се дължи на пигменти, принадлежащи към групата на каротеноидите. Хромопласти се намират в клетките на венчелистчетата на много растения (невен, лютиче, глухарче), зрели плодове (домати, шипка, офика, тиква, диня), рядко в кореноплодни зеленчуци (моркови), както и в есенни листа.

Вътрешната мембранна система в хромопластите обикновено отсъства. Каротеноидите най-често се разтварят в мастни масла от пластоглобули ( ориз. 2.6),и хромопластите са повече или по-малко със сферична форма. В някои случаи (корени от моркови, плодове от диня) каротеноидите се отлагат под формата на кристали с различна форма. Кристалът разтяга мембраните на хромопласта и той приема неговата форма: назъбена, игловидна, полумесечна, ламеларна, триъгълна, ромбовидна и др.

Ориз. 2.6. Хромопласт на мезофилна клетка на венчелистче от лютиче: VM– вътрешна мембрана; NM– външна мембрана; Стр– пластоглобула; СЪС– строма.

Значението на хромопластите все още не е напълно изяснено. Повечето от тях са стареещи пластиди. Те, като правило, се развиват от хлоропласти, докато хлорофилът и вътрешната мембранна структура се разрушават в пластидите и се натрупват каротеноиди. Това се случва, когато плодовете узреят и листата пожълтяват през есента. Непрякото биологично значение на хромопластите е, че те определят яркия цвят на цветята и плодовете, което привлича насекоми за кръстосано опрашване и други животни за разпространение на плодове. Левкопластите също могат да се трансформират в хромопласти.

И трите вида пластиди се образуват от пропластид– малки безцветни телца, които се намират в меристемните (делящи се) клетки на корените и издънките. Пропластидите са способни да се делят и при диференцирането си се превръщат в различни видове пластиди.

В еволюционен смисъл първичният, първоначален тип пластиди е хлоропластът, от който произлизат пластидите на другите два вида. В процеса на индивидуално развитие (онтогенеза) почти всички видове пластиди могат да се трансформират един в друг.

Пластидите споделят много характеристики с митохондриите, които ги отличават от другите компоненти на цитоплазмата. Това е преди всичко обвивка от две мембрани и относителна генетична автономия поради наличието на собствени рибозоми и ДНК. Тази уникалност на органелите е в основата на идеята, че предшествениците на пластидите и митохондриите са били бактерии, които в процеса на еволюция са били вградени в еукариотна клетка и постепенно са се превърнали в хлоропласти и митохондрии.

Ядро- основната и съществена част от еукариотната клетка. Ядрото е контролен център за метаболизма на клетката, нейния растеж и развитие и контролира дейността на всички останали органели. Ядрото съхранява генетична информация и я предава на дъщерните клетки по време на клетъчното делене. Ядрото присъства във всички живи растителни клетки, с изключение на зрелите сегменти на ситовидните тръби на флоема. Клетките с премахнато ядро обикновено умират бързо.

Ядрото е най-големият органел, размерът му е 10-25 микрона. Много големи ядра в зародишните клетки (до 500 микрона). Формата на ядрото често е сферична или елипсоидална, но в силно удължените клетки може да бъде лещовидна или вретеновидна.

Клетката обикновено съдържа едно ядро. В младите (меристематични) клетки обикновено заема централно място. С нарастването на централната вакуола ядрото се придвижва към клетъчната стена и се намира в стенния слой на цитоплазмата.

По химичен състав ядрото се отличава рязко от другите органели с високото (15-30%) съдържание на ДНК - субстанцията на клетъчната наследственост. 99% от ДНК на клетката е концентрирана в ядрото, тя образува комплекси с ядрени протеини - дезоксирибонуклеопротеини. Ядрото също така съдържа значителни количества РНК (главно иРНК и рРНК) и протеини.

Структурата на ядрото е еднаква във всички еукариотни клетки. В ядрото има хроматинИ ядро, които са потопени в кариоплазма; Ядрото е отделено от цитоплазмата ядрен черупкас пори ( ориз. 2.1).

Ядрена обвивкасе състои от две мембрани. Външната мембрана, граничеща с хиалоплазмата, носи прикрепени рибозоми. Черупката е пронизана с доста големи пори, благодарение на които обменът между цитоплазмата и ядрото е значително улеснен; през порите преминават протеинови макромолекули, рибонуклеопротеини, рибозомни субединици и др.. Външната ядрена мембрана на места се комбинира с ендоплазмения ретикулум.

Кариоплазма (нуклеоплазма, или ядрен сок)- основното вещество на ядрото, служи като среда за разпределение на структурните компоненти - хроматин и ядрото. Съдържа ензими, свободни нуклеотиди, аминокиселини, иРНК, тРНК, отпадъчни продукти от хромозомите и ядрото.

Нуклеол- плътно, сферично тяло с диаметър 1-3 микрона. Обикновено ядрото съдържа 1-2, понякога няколко нуклеоли. Ядрецата са основният носител на РНК в ядрото и се състоят от рибонуклеопротеини. Функцията на нуклеолите е синтеза на рРНК и образуване на рибозомни субединици.

Хроматин- най-важната част от ядрото. Хроматинът се състои от ДНК молекули, свързани с протеини - дезоксирибонуклеопротеини. По време на клетъчното делене хроматинът се диференцира в хромозоми. Хромозомите са уплътнени спирални нишки от хроматин; те са ясно видими в метафазата на митозата, когато броят на хромозомите може да бъде преброен и тяхната форма може да бъде изследвана. Хроматинът и хромозомите осигуряват съхранението на наследствената информация, нейното дублиране и предаване от клетка на клетка.

Броят и формата на хромозомите ( кариотип) са еднакви във всички клетки на тялото на организми от един и същи вид. Ядрата на соматичните (нерепродуктивни) клетки съдържат диплоиден(двоен) набор от хромозоми – 2n. Образува се в резултат на сливането на две зародишни клетки с хаплоиден(единичен) набор от хромозоми – n. В диплоиден набор всяка двойка хромозоми е представена от хомоложни хромозоми, едната получена от майчиния, а другата от бащиния организъм. Половите клетки съдържат по една хромозома от всяка двойка хомоложни хромозоми.

Броят на хромозомите в различните организми варира от две до няколкостотин. По правило всеки вид има характерен и постоянен набор от хромозоми, фиксиран в процеса на еволюцията на този вид. Промените в хромозомния набор възникват само в резултат на хромозомни и геномни мутации. Наследственото множествено увеличение на броя на наборите от хромозоми се нарича полиплоидия, множество промени в хромозомния набор – анеуплоидия. растения - полиплоидихарактеризиращи се с по-големи размери, по-голяма производителност и устойчивост на неблагоприятни фактори на околната среда. Те представляват голям интерес като изходен материал за селекция и създаване на високопродуктивни сортове културни растения. Полиплоидията също играе важна роля в видообразуването на растенията.

Клетъчно делене

Появата на нови ядра се дължи на разделянето на съществуващите. В този случай ядрото обикновено никога не се разделя чрез просто свиване наполовина, тъй като този метод не може да осигури абсолютно идентично разпределение на наследствения материал между двете дъщерни клетки. Това се постига чрез сложен процес на ядрено делене, наречен митоза.

Митозае универсална форма на ядрено делене, подобно при растенията и животните. Той разграничава четири фази: профаза, метафаза, анафазаИ телофаза(ориз. 2.7). Периодът между две митотични деления се нарича интерфаза.

IN профазахромозомите започват да се появяват в ядрото. Първоначално приличат на кълбо от заплетени нишки. След това хромозомите се скъсяват, удебеляват и се подреждат по подреден начин. В края на профазата ядрото изчезва и ядрената мембрана се фрагментира на отделни къси цистерни, неразличими от елементите на ендоплазмения ретикулум; кариоплазмата се смесва с хиалоплазмата. На двата полюса на ядрото се появяват клъстери от микротубули, от които впоследствие се образуват нишки митотичен шпиндели.

IN метафазахромозомите накрая се разделят и се събират в една равнина в средата между полюсите на ядрото, образувайки метафаза запис. Хромозомите се образуват от сгънати две еднакви дължини хроматиди, всяка от които съдържа една ДНК молекула. Хромозомите са свити - центромер, което ги разделя на два равни или неравни ръкава. В метафазата хроматидите на всяка хромозома започват да се отделят една от друга, връзката между тях се поддържа само в областта на центромера. Нишките на митотичното вретено са прикрепени към центромерите. Те се състоят от успоредни групи микротубули. Митотичното вретено е апарат за специфичната ориентация на хромозомите в метафазната пластина и разпределението на хромозомите в полюсите на клетката.

IN анафазавсяка хромозома накрая се разделя на две хроматиди, които стават сестрински хромозоми. След това, с помощта на нишки на вретено, една от двойката сестрински хромозоми започва да се движи към единия полюс на ядрото, а втората - към другата.

Телофазавъзниква, когато сестринските хромозоми достигнат полюсите на клетката. Вретеното изчезва, групираните на полюсите хромозоми се декондензират и удължават - преминават в интерфазен хроматин. Появяват се нуклеоли и обвивка се събира около всяко от дъщерните ядра. Всяка дъщерна хромозома се състои само от един хроматид. Завършването на втората половина, извършено чрез редупликация на ДНК, се случва вече в интерфазното ядро.

Ориз. 2.7. Схема на митоза и цитокинеза на клетка с брой хромозоми 2 н=4 : 1 – интерфаза; 2.3 – профаза; 4 – метафаза; 5 – анафаза; 6 – телофаза и формиране на клетъчната пластинка; 7 – завършване на цитокинезата (преход към интерфаза); IN– митотично вретено; КП– развиваща се клетъчна пластина; Е– фрагмопластични влакна; хм– хромозома; аз– ядро; ядрени оръжия- ядрена мембрана.

Продължителността на митозата варира от 1 до 24 часа. В резултат на митозата и последващата интерфаза клетките получават същата наследствена информация и съдържат хромозоми, идентични по брой, размер и форма с майчините клетки.

В телофаза започва деленето на клетките - цитокинеза. Първо, между двете дъщерни ядра се появяват множество влакна; съвкупността от тези влакна има формата на цилиндър и се нарича фрагмопласт(ориз. 2.7). Подобно на вретеновидни нишки, фрагмопластните влакна се образуват от групи микротубули. В центъра на фрагмопласта, в екваториалната равнина между дъщерните ядра, се натрупват везикули на Голджи, съдържащи пектинови вещества. Те се сливат помежду си и пораждат клетъчен запис, а ограничаващата ги мембрана става част от плазмалемата.

Клетъчната пластина е с форма на диск и расте центробежно към стените на клетката майка. Фрагмопластните влакна контролират посоката на движение на везикулите на Голджи и растежа на клетъчната пластина. Когато клетъчната пластина достигне стените на майчината клетка, образуването на преградата и отделянето на двете дъщерни клетки завършват и фрагмопластът изчезва. След завършване на цитокинезата и двете клетки започват да растат, достигат размера на майчината клетка и след това могат да се разделят отново или да преминат към диференциация.

Мейоза(редукционно ядрено деление) е специален метод на делене, при който, за разлика от митозата, има намаляване (намаляване) на броя на хромозомите и преход на клетките от диплоидно към хаплоидно състояние. При животните мейозата е основната връзка гаметогенеза(процесът на образуване на гамети), а в растенията - спорогенеза(процесът на образуване на спори). Ако нямаше мейоза, броят на хромозомите по време на сливането на клетките по време на половия процес би трябвало да се удвои за неопределено време.

Мейозата се състои от две последователни деления, във всяко от които могат да се разграничат същите четири етапа, както при обикновената митоза ( Фиг.2.8).

В профазата на първото деление, както и в профазата на митозата, хроматинът на ядрото преминава в кондензирано състояние - образуват се хромозоми, типични за даден растителен вид, ядрената мембрана и ядрото изчезват. По време на мейозата обаче хомоложните хромозоми не са подредени безредно, а по двойки, в контакт една с друга по цялата си дължина. В този случай сдвоените хромозоми могат да обменят отделни участъци от хроматиди един с друг. В метафазата на първото разделение хомоложните хромозоми образуват не еднослойна, а двуслойна метафазна плоча. В анафазата на първото деление хомоложните хромозоми на всяка двойка се разминават по полюсите на вретеното, без да ги разделят надлъжно в изолирани хроматиди. В резултат на това в телофазата на всеки от полюсите на делене хаплоидният брой хромозоми се намалява наполовина, състоящи се не от една, а от две хроматиди. Разпределението на хомоложните хромозоми между дъщерните ядра е произволно.

Веднага след телофазата на първото делене започва вторият етап на мейозата - обикновена митоза с разделянето на хромозомите на хроматиди. В резултат на тези две деления и последваща цитокинеза се образуват четири хаплоидни дъщерни клетки - тетрада. Освен това между първото и второто ядрено разделение няма интерфаза и следователно няма редупликация на ДНК. По време на оплождането диплоидният набор от хромозоми се възстановява.

Ориз. 2.8. Схема на мейозата с броя на хромозомите 2 н=4 : 1 – метафаза I (хомоложните хромозоми са събрани по двойки в метафазната пластина); 2 – анафаза I (хомоложните хромозоми се отдалечават една от друга към полюсите на вретеното, без да се разделят на хроматиди); 3 - метафаза II (хромозомите са разположени в метафазната плоча в един ред, техният брой е наполовина); 4 – анафаза II (след разделяне дъщерните хромозоми се отдалечават една от друга); 5 – телофаза II (образува се тетрада от клетки); IN– митотично вретено; хм 1 – хромозома от една хроматида; хм 2 - хромозома от две хроматиди.

Значението на мейозата е не само в осигуряването на постоянството на броя на хромозомите в организмите от поколение на поколение. Благодарение на случайното разпределение на хомоложните хромозоми и обмяната на отделните им участъци, половите клетки, образувани в мейозата, съдържат голямо разнообразие от хромозомни комбинации. Това осигурява разнообразие от хромозомни набори, увеличава променливостта на чертите в следващите поколения и по този начин осигурява материал за еволюцията на организмите.