Будова рослинної клітини

Клітини можуть бути живими і неживими, малими і великими. Клітини умовно розділяють на паренхімні (довжина у 2-3 рази переважає ширину) – багатогранники величиною у 10-1000 мкм, а також прозенхімні – витягнуті, довжина може переважати ши­рину в 100 разів (волосок бавовнику до 6 см).

Зазвичай розміри клітин вищих рослин складають до 300 мкм. Клітини апельсина видно неозброєним оком, вони сягають у довжину до 1 см, луб’яні волокна кропиви – до 80 мм.

Рослинні клітини (мал. 1) відрізняються від тваринних і клі­тин грибів наявністю пластид (мал. 1, 11), міцної целюлозно-пектинової оболонки, розвиненої системи вакуолей, відсутністю центріолей при діленні. У сформованих клітинах ядро відтиснене крупною центральною вакуолею з клітинним соком. Цитоплазма і ядро складають живий вміст клітини – протопласт. Протопласт відділений від клітинного соку мембраною – тонопластом (мал. 1), від клітинної стінки іншою мембраною – плазмалемою (мал. 1, 11).

Мал. 1. Схематична будова рослинної клітини: 1 – пластинчастий комплекс (комплекс Гольджі); 2 – рибосоми; 3 – хлоропласти; 4 – міжклітинні порож­нини; 5 – полірибосоми (зв’язані між собою рибосоми); б – мітохондрії; 7 – лізосоми; 8 – гранульована ендоплазматична сітка (ретикулум); 9 – гладень­ка ендоплазматична сітка; 10 – мікротрубочки; 11 – пластиди; 12 – плазмо­десми, що проходять крізь оболонку; 13 – клітинна оболонка; 14 – ядерце; 15, 18 – ядерна оболонка; 16 — пори в ядерній оболонці; 17 – плазмалема; 19 – гіалоплазма; 20 – тонопласт; 21 – вакуолі; 22 – ядро

Основні компоненти рослинної клітини: клітинна оболонка, мембрана, цитоплазма з ядром (мал. 1, 22) та органелами (пластиди, мітохондрії, ЕПС, комплекс Гольджі, лізосоми, мікротрубочки, рибосоми, вакуолі), включення. Наявність пластид – головна особливість рослинної клітини.

Клітинна оболонка

Рослинна клітина, як і тваринна, оточена цитоплазматичною мембраною, але, крім неї, обмежена товстою клітинною оболонкою.

Наявність клітинної оболонки – специфічна особливість рослин, яка зумовила їх малу рухливість. Унаслідок цього жив­лення і дихання організму стали залежати від поверхні тіла, що контактує з довкіллям.

Оболонка клітин рослин складається з целюлози (клітковини), геміцелюлози (напівклітковини) і пектинових речовин. Вона може бути первинна і вторинна. Причому первинна – здебільшого з пектинових речовин і целюлози. У багатьох клітинах після завер­шення їхнього росту на внутрішньому боці вихідної (первинної) клітинної оболонки (стінки) відкладається так звана вторинна, яка складається з молекул целюлози, зібраних у ланцюжки – міцели. Останні зібрані в мікрофібрили, ті – у фібрили, причому кожен шар фібрил в оболонці розташований перпендикулярно до іншо­го, це забезпечує міцність оболонки. У вторинній оболонці воло­кон льону чи волосків бавовнику до 95 % целюлози. З утворенням первинної оболонки в ній формуються тонші ділянки, де фібри­ли целюлози лежать нещільно. Канальці ендоплазматичної сітки проходять крізь клітинну оболонку, з’єднуючи сусідні клітини. Ці ділянки називають первинними поровими полями, а канальці ендоплазматичної сітки – плазмодесмами. Порові поля сусідніх клітин утворюють порові канали. Вони розміщуються один проти одного і розділяються замикаючою плівкою пори.

Потовщення оболонки відбувається, як правило, усередині клітини, а у спор і пилку – ззовні. Нестовщені ділянки клітин­ної оболонки – пори (мал. 2), вони бувають прості і складні. Прості – округлі (у паренхімних клітин) і щілиноподібні (у прозенхімних). Складні – облямовані і напівоблямовані (у клітинах провідних тканин – трахеїдах і судинах).

Мал. 2. Схема облямованої пори:

1 — серединна пластин­ка;

2 — крайова зона замикаючої пластини;

3 — торус;

4 — вторинна оболонка клітини

Поровий канал має форму лійки, яка широким боком примикає до замикаючої плів­ки. У клітинах хвойних замикаюча плівка облямованих пор має в центрі дископодібне стовщення – торус (мал. 2, 3). Вода прохо­дить через крайову зону замикаючої пластини (мал. 2, 2), а торус дерев’яніє і стає непроникним для неї. Тому в голонасінних рух води з мінеральними речовинами уповільнений. Плазмодесми проникають крізь замикаючі пластини пор, об’єднуючи прото­пласти сусідніх клітин, утворючи симпласт.

З часом унаслідок життєдіяльності клітини у складі оболонки з’являються лігнін, віск, кутин, суберин, мінеральні речовини, що призводить до здерев’яніння, кутинізації, опробковіння, мі­нералізації оболонки, зміни її механічних властивостей, проник­ності тощо. Йод із сірчаною кислотою чи з хлористим цинком, діючи на кутикулу, дає жовтий колір, тоді як целюлоза забарв­люється в синій. З дією судану-ІІІ кутикула набуває оранжево-червоного кольору. Кутикула не розчиняється навіть у концентрованій сірчаній кислоті.

Клітинна оболонка має такі функції:

• визначає форму кліти­ни, захищає від факторів зовнішнього середовища,

• забезпечує обмін речовин у тканинах (виведення з клітини продуктів обміну та вбирання клітиною води і поживних речовин).

Плазматична мембрана відмежовує внутрішній вміст від зо­внішнього середовища, забезпечує транспорт у клітину води, мі­неральних і органічних речовин шляхом осмосу й активного переносу, а також видаляє продук­ти життєдіяльності. Складається з біліпідного та білкового шарів.

Цитоплазма – позаядерна частина протоплаз­ми, внутрішнє напіврідке середовище клітини, де розташовані ядро й органоїди, забезпечує зв’язок між ними, бере участь в основних процесах жит­тєдіяльності (метаболізму) клітини. Заповнює простір між тонопластом і плазмалемою, скла­дається з гіалоплазми, в якій містяться органоїди й включення. Для цитоплазми характерний рух і обмін речовин, вибіркова пропускна здатність (вода і розчини), подразливість (реакція на температуру, світ­но тощо), ріст, розвиток і розмноження. Гіалоплазма прониза­на мікротрубочками (спіральними глобулами білка тубуліну) та мікрофіламентами (нитками білка актину, які разом утворюють питоскелет).

Органоїди рослинної клітини:

1. Ендоплазматична сітка (ретикулум) (ЕПС) – система дрібних вакуолей і канальців, з’єднаних між собою. Структур­ну основу мембран ЕПС складають молекули ліпідів із вбудованими молекулами білків. Більшість мембранних білків є ферментами. ЕПС може бути гранулярною (з прикріпленими рибосомами, основна функція таких ділянок – синтез і транспортування білків) і гладенькою (без рибосом, функція – синтез і транспортування ліпідів та вуглеводів у клітині та за її межі).

2. Рибосоми – тільця, що містять рибонуклеїнову кислоту, розташовані на ЕПС і в цитоплазмі, беруть участь у синтезі білка. ЕПС і рибосоми – єдиний апарат синтезу і транспорту білка.

3. Мітохондрії (мал. 3) – «силові станції» клітини, відмежовані під цитоплазми двома мембранами (мал. З, 1a-б). Властиві тіль­ки еукаріотичним клітинам. Органоїди еліптичної чи округлої форми не більше 1 мкм. Внутрішня мембрана утворює кристи (складки) (мал. 3, 2), що збільшують її поверхню. Ферменти на кристах прискорюють реакції окиснювання органічних речовин і синтезу молекул АТФ, багатих енергією. Проміжки між кристами заповнені прозорою речовиною – матриксом мітохондрій. У матриксі – рибосоми (мал. 3, 3) і мітохондріальна ДНК у вигляді тонких ниток.

Мал. 3. Схема будови мітохондрії:

1 a-б — мембрани;

2 — кристи;

3 — рибосоми

Основна функція – забезпечення енергетичних потреб клітини через окиснення переважно вуглеводів. Тут син­тезуються багаті енергією АТФ та АДФ- Мітохондрії можуть незалежно від ядра синтезувати власні білки. Існує версія, що мітохондрії і пластиди є прокаріотичними ендосимбіонтами еукаріотичної клітини.

4. Пластинчастий комплекс (комплекс Гольджі – мал. 1, 1) – система порожнин, відмежова­них мембраною від цитоплазми, заповнених білками, жирами і вуглеводами, що використовуються в процесах життєдіяльності або видаляються з клітини. На мембранах комплексу здійсню­ється утворення складних органічних сполук. Він складається з диктіосом (системи пласких відділених один від одного диско­подібних мішечків), цистерн (обмежених мембраною). По бо­ках диктіосоми можуть переходити в систему трубок. Кількість диктіосом у рослинній клітині від 1 до кількох десятків. Від кра­їв диктіосомних пластинок відділяються пухирці, які транспор­тують полісахариди, що синтезуються в диктіосомах. Комплекс Гольджі бере участь в утворенні лізосом. Лізосоми містять гідро­літичні ферменти, за допомогою яких здійснюється внутрішньо­клітинне травлення, прискорюють реакції розщеплення білків до амінокислот, ліпідів – до гліцерину і жирних кислот, полісаха­ридів – до моносахаридів; руйнуються відмерлі частини клітини і цілі клітини.

5. Пластиди – двомембранні органели, характерні тільки для рослинних клітин (мал. 4). Крім власних рибосом та ДНК міс­тять особливі пігменти (хлорофіли ABCD та каротиноїди), що дає змогу здійснити первинний синтез вуглеводів із неорганічних речовин.

У вищих рослин пластиди утворюються з пропластид — дріб­них тілець, які містяться у мерестематичних зонах рослин. З про­пластид, залежно від їх розміщення, можуть утворюватися різні типи пластид.

Хлоропласти – зелені пластиди, які містять хлорофіл і каро­тин та здійснюють фотосинтез. Вони головним чином містяться у листках та стеблах трав’янистих рослин.

Мал. 4. Схематична будова хлоропласта:

1 a-б — мембрани;

2 — гра­ни;

2а — ламела;

3 — тилакоїд;

4 — строми

Хромопласти – нефотосинтезуючі забарвлені пластиди, які містять зазвичай червоні, оран­жеві і жовті пігменти (кароти­ноїди). Найбільше хромопластів у плодах та квітках.

Лейкопласти – безбарвні пластиди, що не містять піг­ментів. Вони пристосовані для зберігання поживних речовин, тому їх багато у коренях, коре неплодах, насінні, молодих листках. Залежно від природи нако­пичувальних речовин лейкопласти ділять на групи:

• амілопласти — накопичують вуглеводи;

• алеопласти — ліпіди у вигляді олій чи жирів;

• протеопласти — запасають білки.

Пластиди можуть взаємоперетворюватися.

х лоропласти ↔ лейкопласти → хромопласти

Для нижчих рослин, зокрема водоростей, крім вищезгаданих пігментів характерний пігмент фікобілін. Вони беруть участь у фотосинтезі, постачаючи енергію до молекул хлорофілу (багрян­ім, ціанобактерії). Червоні фікобіліни – фікоеритрини, сині – фікоціани.

5. Вакуолі – одномембранні органели; утворюються з лізосом і нагромаджують запасні поживні речовини. Містять у розчи­неному вигляді білки, вуглеводи, низькомолекулярні продукти синтезу, вітаміни, різні солі. Осмотичний тиск, створюваний речовинами, розчиненими у вакуолевому сокові, спричинюють надходження води у клітину, що зумовлює тургор – напружений стан клітинної стінки. Товсті пружні стінки забезпечують стійкість рослин до статичних і динамічних навантажень.

Для молодих клітин, на відміну від старих, що не здатні діли­тися, характерна велика кількість вакуолей. З часом дрібні ваку­олі зливаються, утворюючи одну центральну велику вакуолю, що займає значну частину простору клітини, відтисняючи до пери­ферії інші структури. У клітинах твірних тканин рослин вакуолі майже відсутні.

ЯДРО

Центр управління біохімічними процесами живої клітини, посій спадковості. Поділ ядра передує поділу клітини. До скла­ду ядра входять нуклеопротеїди, жири, ліпопротеїди, вуглеводи, мінеральні солі, нуклеїнові кислоти – ДНК і РНК. Структурні компоненти: подвійна мембрана з порами, ядерний сік (каріоплазма, близька за структурою до гіалоплазми), ядерця (синтез РНК і утворення рибосом), хроматин (комплекс ДНК, РНК і біл­ків), який утворює хромосоми, рибосоми. Хромосоми – основні структури ядра, носії спадкової інформації про ознаки організму, що передається в процесі розподілу материнської клітини дочірнім клітинам, а зі статевими клітинами – дочірнім організмам. Кожен вид організму має свій набір хромосом: їх певну кількість, форму і розміри.

Соматичні (від грец. soma – тіло) клітини організму одного виду містять однаковий набір хромосом. Наприклад, у людини в кожній клітині тіла міститься 46 хромосом, у плодової мухи дрозофіли – 8. Соматичні клітини, як правило, мають подвій­ний набір хромосом. Він називається диплоїдним і позначається 2п. Так, у людини 23 пари хромосом, тобто 2n=46. У статевих клітинах міститься удвічі менше хромосом. Це одинарний, чи гаплоїдний, набір. У людини 1n=23.

Усі хромосоми в соматичних клітинах, на відміну від хромо­сом у статевих клітинах, парні. Хромосоми, що складають одну пару, подібні одна одній; парні хромосоми називають гомологіч­ними. Хромосоми, що належать до різних пар і розрізняються за формою і розмірами, називають негомологічними. У деяких видів набір хромосом може збігатися. Наприклад, у конюшини червоної і гороху посівного 2п=14. Однак хромосоми в них роз­різняються за формою, розмірами, нуклеотидним складом моле­кул ДНК.