Клітинні включення

Клітинні включення – тимчасово виведені з обмінних проце­сів речовини чи кінцеві продукти метаболізму. Утворення вклю­чень у рослинній клітині пов’язане з локальною концентрацією продуктів обміну речовин. Структура, склад і локалізація вклю­чень є діагностичною ознакою видів рослин.

Тверді включення ділять на запасні (крохмальні та алейронові зерна) і екскреторні – кінцеві продукти метаболізму (кристали оксалатів, карбонатів, силікатів тощо). Рідкі – розчинні вугле­води (інулін, глікоген тощо), жири, ефірні олії, алкалоїди, гліко­зиди, поліфеноли та ін. біологічно активні речовини.

Запасні вуглеводи

Крохмаль (мал. 5) – полісахарид – утворюється і відкладається в пластидах у вигляді безбарвних твердих зерен. Під дією йодовмісних реактивів крохмальні зерна набувають фіолетового кольору.

Мол. 5. Крохмальні зерна:

1 — овес; 2 - кукурудза; 3 - жито; 4 - молочай; 5 — картопля; 6— пшениця

За способом утворення крохмаль поділяють на:

1. первинний – виникає під час фотосинтезу в хлоропластах, існує короткочасно і під дією ферменту діастази гідролізується до глюкози і пере­носиться по всіх частинах рослини; забезпечує про­цеси життєдіяльності;

2. вторинний – транзистор­ний (на шляхах перемі­щення глюкози);

3. запасний (відкладається в амілопластах, зосередже­них у запасних тканинах);

4. оберігальний – у клітинах кореневого чохлика.

Спочатку крохмальні зерна утворюються в певних точках строми пластиди, що називаються твірними центрами, навколо яких крохмаль відкла­дається шарами. Удень формуються шари крохмалю з меншим вмістом води, темніші, а вночі – з більшим вмістом води, світлі­ші. Під мікроскопом ці шари мають вигляд концентричних і екс­центричних. Розрізняють крохмальні зерна прості (з одним твір­ним центром), напівскладні (кілька твірних центрів зі спільними тарами крохмалю зовні), складні (багато центрів без спільного шару крохмалю зовні).

З інтенсивним накопиченням крохмалю амілопласт збільшу­ється, двомембранна оболонка стає дуже тонкою, малопомітною. Крохмальні зерна мають властивості кристалів (у поляризовано­му світлі дають подвійне переломлення променів) та колоїдів (набухають у гарячій воді з утворенням в’язкої речовини).

Найбільші крохмальні зерна характерні для картоплі (до 100 мкм), а в кукурудзи, пшениці вони дрібні (до 30 мкм). Крох­маль накопичується також у плодах та насінні (гречкові, злакові, бобові).

Інулін – полісахарид, розчинний у воді, накопичується пе­реважно у вакуолях у рідкому стані. Наявність інуліну є діа­гностичною ознакою багатьох представників родини айстрових (кульбаби, цикорію, топінамбура, оману). Використовується як замінник цукру.

Пектинові речовини – вуглеводні полімери, значною мі­рою зосереджені в клітинних оболонках (не більше 5 %). Нерозчинні у воді, з додаванням спирту утворюють осад, цукру і кислот — желеподібну масу. Використовуються як емульгатор та зв’язувальний компонент під час виробництва ліків.

Альгінова кислота – полісахарид водоростей, має властивості, подібні до пектинових речовин.

Глікоген – полісахарид, накопичується в цитоплазмі нижчих рослин, грибів.

Ліпіди накопичуються у вигляді жирних крапель у цитоплазмі (переважно в насінні і плодах). Із проростанням насіння зно­ву гідролізуються до розчинних вуглеводів (насіння соняшника, арахіс, кісточки оливок — до 50 %, рицина (рицинова / касторо­ва олія) — до 60 %). Нелеткі сполуки. У вигляді жирних крапель відкладаються в деревній паренхімі деяких деревних рослин (бе­рези, липи, дуба). Зазвичай вони накопичуються безпосередньо в гіалоплазмі у вигляді сферичних тіл, що іноді називають сферосомами.

Характерні ознаки жирів:

1. маслянисті на дотик;

2. залишають характерну «маслянисту» пляму на папері, яка не зникає з нагріванням;

3. білого чи жовтувато-білого (від наявності каротиноїдів) кольору;

4. без запаху (запах свідчить про наявність ефірних олій);

5. не розчинні у воді, погано розчинні в етиловому спирті (за винятком рицинової олії);

6. добре розчинні в органічних розчинниках (діетиловому ефірі, хлороформі, бензині);

7. є добрими розчинниками смол, сірки, камфори, фосфору тощо;

8. під впливом лугів омилюються.

Жирні олії можна виявити за допомогою кольорової реакції з Суданом II, яка забарвлює їх у рожевий чи оранжевий колір.

Білкові включення

Білкові включення – продукти запасу у вигляді кристалів чи аморфних структур, які набухають у воді. Частіше всього білки відкладаються у ядрі, рідше кристали відкладаються в гіалоплазмі (бульби картоплі, паренхімі стебел), стромі пластид (протеопластах квасолі, ситоподібних елементах однодольних рослин), у розтирених цистернах ЕПС (хрестоцвіті), матриксі мітохондрій та у вакуолях.

Як правило, білки нако­пичуються у вигляді біл­кових тіл – алейронових (мал. 6) чи протеїнових зерен у клітинах сухого насіння. Ці білкові тіла оточені одномембранною оболонкою і містять зернистий чи фібрилярний матрикс білкової природи з кристалічни­ми включеннями білка (глобоїдами і кристалоїдами). Із проростанням насіння білки з білкових тіл витрачаються на фізіологічні процеси росту. Запасні білки білкових тіл синтезуються рибосомами під час формуван­ня насінини. При зневодненні насіння білкові включення ви­сихають і білок кристалізується.

Мал. 6. Алейронові зерна в ендоспермі рици­ни:

1 — прості пори;

2 аморфний білок білкового тіла;

3 — кристалоїди;

4 — глобоїди

Наявність алейронових зерен – характерна ознака рослин (льону, гарбуза, рицини). Наявність білкових включень виявляють за допомогою кольорових реакцій. Зокрема, при ксантопротеїновій реакції під дією концентрованої азотної кислоти HNО3 при підігріванні білки забарвлюються в яскраво-жовтий колір.

Продукти кінцевого метаболізму

Ефірні олії – суміш безазотистих летких сполук (терпенів і їх похідних). Вони накопичуються в різних видільних тканинах (вмістилищах, залозках, залозистих волосках, секреторних кліти­нах, ідіобластах) і не беруть участі в обміні речовин.

Характерні ознаки ефірних олій:

• не залишають характерної «маслянистої» плями на папері;

• випаровуються з нагріванням;

• жовтуватого кольору, прозорі;

• мають запах;

• розчинні в етиловому спирті, оліях, органічних розчинни­ках.

Смоли – високомолекулярні речовини, можуть міститися у вигляді крапель у цитоплазмі і клітинному сокові чи виділятися назовні, де відкладаються в окремих клітинах, вмістилищах чи смоляних ходах. Не розчинні у воді, не проникні для води і мі­кроорганізмів (мають антисептичні властивості), добре розчинні в ефірі, ацетоні, бензолі. Наявність смол є характерною ознакою ба­гатьох рослин. Звичайно з рослин смоли виділяються з ефірними оліями, камедями, стеринами тощо. У медицині смоли використо­вують переважно для виготовлення ранозаживлюваних пластирів і клеїв; деякі смоли мають послаблювальну, седативну дію.

Солі кальцію (оксалати чи карбонати) – відкладаються тіль­ки у вакуолях. За структурою кальцію оксалат поділяють на: по­одинокі кристали, рафіди (мал. 7, 1) – голчасті кристали, зібрані в пучки (виноград), друзи (мал. 7, 3; кристали зрослі між собою в округлі утворення), кристалічний пісок (мал. 7, 4; стебло бузи­ни, листки пасльонових). Частіше в різних органах рослин тра­пляються друзи, особливо в листках та корі. Кристали кальцію карбонату відкладаються у вигляді цистолітів – гроноподібних утворень на внутрішніх виступах клітинної стінки (кропивові).

Крім цього, в оболонках клітин відкладається калію карбо­нат (гіпс) чи кремнезем (у клітинних оболонках багатьох злаків і осок).

ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

1. Кристи характерні для: хлоропластів, ендоплазматичної сітки, мітохондрій?

2. Які з охарактеризованих структур мають двомембранну оболонку, одномембранну?

Мал. 7. Тверді кристалічні включення: 1 — рафіди; 2 — рафіди (вигляд звер­ху); 3 — друза; 4 — кристалічний пісок; 5 — поодинокий кристал

3. Підібрати правильне твердження: білки синтезуються в хлоропластах, вакуолях, рибосомах, ядрі, пластинчастому комплексі.

4. Підібрати правильне твердження: вуглеводи (крохмаль) синтезуються в хлоропластах, вакуолях, рибосомах, ядрі, пластинчастому комплексі.

5. Підібрати правильне твердження: жири синтезуються в хлоропластах, вакуолях, рибосомах, ядрі, пластинчастому комплексі (комплексі Гольджі).

6. Охарактеризувати спільні та відмінні риси будови клітин тварин, рос­ли м та грибів.

7. Підібрати правильне твердження. Жирні олії – це: леткі речовини, розчиняються у воді; органічних розчинниках; нелеткі речовини; утворюють маслянисту пляму; мають запах; під час дії лугів відбувається реакція омилення.

8. Підібрати правильне твердження. Йод із сірчаною кислотою чи з пористим цинком у разі дії на кутикулу дає: жовтий, синій, червоний, малиновий колір. Тоді як целюлоза забарвлюється в: оранжевий, синій, малиновий колір.

9. Для представників якої родини діагностичною ознакою є наявність інуліну в клітинах?

10. Основними пігментами пластид рослин є: фукоксантин, фікоеритрин, каротиноїди, фікобіліни, хлорофіли?

11. Продуктами кінцевого метаболізму клітини є: ефірні олії, білки, вуглеводи, смоли, солі кальцію?

12. У вакуолях відкладаються: крохмаль, білки, солі кальцію, ефірні олії?

13. Підібрати правильне твердження: пектинові речовини містяться пере­важно у вакуолях, ЕПС, ядрі, клітинній оболонці, вмістилищах, рибосомах.

14. Які пігменти крім хлорофілу наявні в клітинах водоростей?

15. Кристалами карбонату кальцію є друзи, рафіди або цистоліти?

16. До простих пор належать: облямовані, косі, прямі, розгалужені, необлямовані?

17. Наведіть приклади взаємоперетворення пластид.

18. До одномебранних органоїдів належать: мітохондрії, пластинчастий комплекс (Гольджі), ЕПС, вакуолі, пластиди?

19. До немембранних органоїдів належать: рибосоми, джгутики, плас­тиди, вакуолі?

20. Як реактив для виявлення кристалів карбонату кальцію використо­вують: соляну кислоту, гідроксид натрію, оксид заліза (III)?