Лекция 2. Общая характеристика растительной клетки. Эргастические вещества растительной клетки. (2 часа)

Цель: получить представ­ление о строении растительной клетки в связи с её функциями и отличительными особенностями.

Задачи: 1) познакомиться со строением растительной клетки;

2) выяснить отличительные особенности растительных и животных клеток;

3) получить представление об эргастических веществах клетки.

Рассматриваемые вопросы:

1.Клетка - мельчайшая единица всего живого. Общий план строения растительной клетки.

2. Отличия растительной клетки от животной.

3. Структура ядра и его функции.

4. Эргастические вещества растительной клетки.

1.Клетка - мельчайшая единица всего живого. Клетка — основная форма организации живой материи, эле­ментарная единица организма. Она представляет собой самовосп­роизводящуюся систему, которая обособлена от среды и сохраняет определенную концентрацию химических веществ, но одновре­менно осуществляет постоянный обмен с ней. Клетка как химичес­кая система сохраняет стабильность (гомеостаз) в процессе обмена с окружающей средой. Роль барьера играет плазматическая мемб­рана. Каждая клетка имеет цитоплазму и генетический материал в форме ДНК, которая регулирует жизнь клетки и воспроизводит себя, благодаря чему образуются новые клетки. Единство клеточ­ного строения организмов подтверждается не только сходством строения различных клеток, но и сходством химического состава и процессов обмена. Нуклеиновые кислоты и белки, процессы их синтеза и превращений универсальны и принципиально близки в клетках всех живых организмов.

Понятие о клетке и ее строении возникло после изобретения голландскими мастерами братьями Янсен микроскопа (1590). Впервые увидел и описал клетку английский естествоиспытатель Р. Гукв 1665 г. Рассматривая в микроскоп тонкий срез бутылочной пробки, Гук обнаружил, что она состоит из многочисленных камер, названных им клетками. Так как пробка представляет собой мерт­вую ткань, пустые клетки которой состоят только из оболочек, то долгое время считали, что главной частью клетки и является ее стенка. Современники Р. Гука М. Мальпиги (1671) и Н. Грю (1682) впервые описали микроскопическое строение органов растений, подтвердив их клеточное строение. Они считали, что клетки — это мешочки или пузырьки, наполненные слизистым содержимым. Н. Грю полагал, что стенки клеток образованы переплетением ни­тей, как у текстиля (отсюда термин «ткани»), В 1676 г. А. Левенгук обнаружил окрашенные включения у водорослей и в клетках выс­ших растений, описал хроматофоры спирогиры, хромопласты, от­крыл мир микроскопических организмов. В XVII и XVIII вв. гос­подствовало представление о том, что основные жизненные свой­ства клетки связаны с ее стенкой. Содержимому клетки отводилась второстепенная роль питательного сока или растительной слизи. Только в XIX в., когда усовершенствовалась микроскопическая техника и накопились данные о внутреннем содержимом клетки, ему стали придавать должное значение. В 1831 г. Р. Броун обнару­жил в клетке ядро и описал его в качестве важнейшего образования. В 1839 г. Ян Пуркиньедал слизистому содержимому клетки (обяза­тельному компоненту) название «протоплазма», убедившись в том, что именно оно, а не клеточные стенки представляет собой живое вещество, позднее был введен термин «цитоплазма» (цитоплазма + ядро = протоплазма).

Таким образом, к концу 30-х годов XIX в. были открыты основ­ные компоненты клетки, сформировалось представление о клетке как структурной и функциональной единице живых организмов, которое получило название клеточной теории. Клеточная теория была сформулирована в работах ботаника М. Шлейдена (1838) и зоолога Т. Швана (1839). Они утверждали, что клетка — единая элементарная структура всех живых организмов. Существенным дополнением к клеточной теории было и открытие деления клеток (работы И. Чистякова, Э. Страсбургера и др.). Р. Вирхов в 1858 г. обосновал принцип преемственности клеток путем деления (каж­дая кл етка от кл етки).

Развитие учения о клетке шло параллельно с усовершенствова­нием микроскопа. В конце XIX в. появилась возможность изучать основные структурные компоненты клетки, накопились данные об их функциях. В 1866-1888 гг. были открыты хромосомы, в 1880— 1883 гг. — хлоропласты, в 1890 г. — митохондрии, в 1898 г. — аппа­рат Гольджи. К этому времени относится оформление цитологии как науки о клетке. К концу века световой (или оптический) мик­роскоп почти достиг теоретического предела разрешения, ограни­ченного длиной световых волн. Современные его модели дают уве­личение от 56 до 2500 раз. Развитие цитологии замедлилось. Появ­ление в 30-е годы XX в. электронного микроскопа, позволяющего использовать вместо светового излучения пучок электронов, про­извело революцию в биологии (табл. 2). Стало возможным полу­чить разрешение в 500 раз больше, чем в световом микроскопе. Со­здаваемое увеличение достаточно, чтобы различить ультраструкту­ры клетки, крупные молекулы. С 1946 г. электронный микроскоп получил широкое распространение в биологии, дав возможность исследовать тонкое строение клетки, которое получило название ультраструктуры.

Химический состав: вода - 60 - 90%, другие неорганические вещества - 1,5%, белки - 10 - 20%, жиры - 2 - 3%, органические вещества - 1,5% (в том числе крахмал, воски и др.)

Общая организация растительной клетки (ее строение).

Растительная клетка

┌─────────┬────────┐

оболочка │ вакуоль

│

протопласт

┌────────┐

цитоплазма ядро

┌─────────┐

основное органоиды (мембранные структуры)

вещество ┌───────────────────────────────┐

(матрикс) универсальные специфические

(во всех эукариотических (характерны только для

клетках: митохондрии, растений: пластиды

рибосомы, ЭПС, комплекс (лейкопласты, хлоропласты,

Гольджи и др.) хромопласты).

Оболочка и вакуоль являются производными протопласта растительной клетки и формируются в процессе его жизнедеятельности.

 Оболочка  состоит в основном из целлюлозы, между линейными молекулами целлюлозы образующими каркас находится основное вещество оболочки (углеводы-пектины). Благодаря этому она твердая, упругая, эластичная, прозрачная, проницаема для воды и газов и выполняет функции: 1) защиты от повреждений, 2) придает клетке прочность и определяет ее форму.

Часто в оболочке могут откладываться различные вещества (например, минеральные соли и лигнин, пробка), придающие оболочке дополнительную прочность и твердость.

 Вакуоль  - это пространство в клетке, заполненное клеточным соком и ограниченное от протопласта специальной вакуолярной мембраной (тонопластом).

В клеточный сок входит вода, сахара, специфические вещества, пигменты, минеральные соли, органические кислоты (яблочная, лимонная, щавелевая).

Основные функции вакуоли: 1) запасание питательных веществ, 2) нейтрализация веществ-шлаков, 3) регуляция поступления в клетку воды, 4) поддержание клетки в упругом состоянии.

 Протопласт  - всё живое содержимое клетки.

В состав протопласта входит ядро и цитоплазма. Снаружи протопласт покрыт цитоплазматической мембраной - плазмалеммой, имеющей белково-липидное строение (жидкостно-мозаичная модель).

В цитоплазме имеются включения - эргастические вещества. Включения (эргастические вещества) - это временные образования в клетке, которые могут быть или отсутствовать в клетке. Они подразделяются на запасные вещества и отбросы.

Запасные вещества и отбросы встречаются в твердом виде - в цитоплазме и в других органоидах клетки. Снаружи протопласт растительной клетки (кроме мембраны) покрыт твердой целлюлозной клеточной стенкой.

2. Отличия растительной клетки от животной.

Структурные отличия

1. У растений у клеток есть твердая целлюлозная оболочка, расположенная

над мембраной, у животных ее нет (т.к. у растений большая наружная

поверхность клеток нужна для фотосинтеза).

2. Для клеток растений характерны крупные вакуоли (т.к. слабо развита

выделительная система).

3. В клетках растений есть пластиды (т.к. растения автотрофы

фотосинтетики).

4. В клетках растений (за исключением некоторых водорослей) нет

оформленного клеточного центра, у животных - есть.

 Функциональные отличия

1. Способ питания: растительная клетка - автотрофный, животная –

гетеротрофный.

2. У растений основное запасное вещество - крахмал (у животных - гликоген).

3. Клетки растений как правило более обводнены (содержат

до 90% воды), чем клетки животных.

4. Синтез веществ резко преобладает над их распадом, поэтому растения

могут накапливать громадную биомассу и способны к неограниченному росту.

3. Структура ядра и его функции. Ядро является особой по своей важности органеллой клетки, центром управления обменом веществ, а также местом хранения и воспроизводства наследственной информации. Форма ядер разнообразна и обычно соответствует форме клетки. Так, в паренхимных клетках ядра округлые, в прозенхимных - обычно вытянутые. Гораздо реже ядра могут быть сложного строения, состоять из нескольких долей или лопастей, или даже иметь ветвистые выросты. Чаще всего клетка содержит одно ядро, но у некоторых растений клетки могут быть многоядерными. В составе ядра принято различать: а) ядерную оболочку – кариолемму, б) ядерный сок - кариоплазму, в) одно или два круглых ядрышка, г) хромосомы.

Основную массу сухого вещества ядра составляют белки (70-96%) и нуклеиновые кислоты, кроме того, здесь же содержатся все вещества, характерные для цитоплазмы.

Оболочка ядра двойная и состоит из наружной и внутренней мембран, имеющих строение, подобное мембранам цитоплазмы. Наружная мембрана связана обыкновенно с каналами эдоплазматической сети в цитоплазме. Между двумя мембранами оболочки имеется пространство, превышающее по ширине толщину мембран. Оболочка ядра имеет многочисленные поры, диаметр которых относительно велик и достигает 0,02-0,03 мкм. Благодаря порам кариоплазма и цитоплазма непосредственно взаимодействуют.

Ядерный сок (кариоплазма), по вязкости близкий к мезоплазме клетки, имеет несколько повышенную кислотность. В ядерном соке содержатся белки и рибонуклеиновые кислоты (РНК), а также ферменты, участвующие в образовании нуклеиновых кислот.

Ядрышко - обязательная структура ядра, не находящегося в состоянии деления. Ядрышко крупнее в молодых клетках, активно образующих белок. Есть основание считать, что основная функция ядрышка связана с новообразованием рибосом, которые затем поступают в цитоплазму.

В отличие от ядрышка хромосомы, как правило, видны только в делящихся клетках. Число и форма хромосом постоянны для всех клеток данного организма и для вида в целом. Поскольку растение образуется из зиготы после слияния женской и мужской половых клеток, число хромосом их суммируется и считается диплоидным, обозначается как 2n. В то же время число хромосом половых клеток одинарное, гаплоидное – n.

Рис. 1 Схема строения растительной клетки

1 – ядро; 2 – ядерная оболочка (две мембраны - внутренняя и внешняя – и перинуклеарное пространство); 3 – ядерная пора; 4 – ядрышко (гранулярный и фибриллярный компоненты); 5 – хроматин (конденсированный и диффузный); 6 - ядерный сок; 7 – клеточная стенка; 8 – плазмалемма; 9 - плазмодесмы; 10 – эндоплазматическая агранулярная сеть; 11 - эндоплазматическая гранулярная сеть; 12 – митохондрия; 13 - свободные рибосомы; 14 – лизосома; 15 – хлоропласт; 16 – диктиосома аппарата Гольджи; 17 – гиалоплазма; 18 – тонопласт; 19 – вакуоль с клеточным соком.

Ядро является, прежде всего, хранителем наследственной информации, а также основным регулятором деления клеток и синтеза белка. Синтез белка осуществляется в рибосомах вне ядра, но под его непосредственным контролем.