Рослинна клітина

Для студентів відділення «Фармація»

Лекцію підготувала: Н.М. Іванкіна - вища кваліфікаційна категорія,викладач фармакогнозії та ботаніки.

Рецензенти:

Схвалено на засіданні циклової комісії професійної та практичної підготовки

відділення «Фармація»

Протокол №___ від _______ 2012 року.

Запоріжжя – 2012

ПЛАН ЛЕКЦІЇ:

1.Продукти життєдіяльності протопласта:

- вакуолі;

- включення (запасні та екскреторні);

- клітинна оболонка(хімічний склад, вторинні зміни); їх будова, функції, значення.

Література:

1.І.А.Бобкова, Л.В.Варлахова «Ботаніка» - К: Медицина, 2006, стор.40 – 49

2.Н.М.Ткаченко,а.Г.Сербін «Ботаніка» - х: Освіта, 1997, стор.20 - 39

Література для поглибленого вивчення:

1.Мотузний в.О. Біологія ( розділ «Ботаніка»). – к.: Вища школа, 2001

Мета лекції:

Дидактична: Засвоїти продукти життєдіяльності протопласта: вакуолі, включення, клітинна оболонка; їх будову та значення для рослинної клітини.

Виховна: Виховувати у студентів любов до навколишнього середовища, екологічне відношення до природи; якості майбутнього спеціаліста: відповідальність, охайність, уважність, комунікативність.

ВСТУП

Тема даної лекції дуже важлива для подальшого вивчення курсу ботаніки та фармакогнозії тому, що дозволяє зробити правильні висновки щодо відповідності лікарських рослин під час проведення макроскопічного та мікроскопічного видів аналізу, що ґрунтуються на анатомічній та морфологічній будові лікарських рослин.

1. Продукти життєдіяльності протопласта: вакуолі, включення (запасні та екскреторні), клітинна оболонка (хімічний склад, вторинні зміни); їх будова, функції, значення.

Вакуолі

У клітинах рослин значне місце займають вакуолі — порож­нини, у яких накопичується клітинний сік.

У зовсім молодих клітинах клітинний сік накопичується у ви­гляді краплин, які згодом утворюють дрібні вакуолі; у старих клітинах вони зливаються й утворюють одну велику центральну вакуолю, яка заповнює майже всю порожнину клітини, відтис­куючи протопласт до її стінок. В'язкість цитоплазми в процесі утворення вакуолі знижується.

Клітинний сік, що заповнює вакуолю, складається з води, у якій розчинені продукти обміну речовин клітини. Хімічний склад клітинного соку в різних рослин неоднаковий і може зміню­ватись. Реакція клітинного соку буває слабкокислою, нейтраль­ною і лужною. Забарвлення його залежить від наявності пігмен­ту антоціану, колір якого змінюється залежно від кислотності соку: у кислому середовищі — червоний, у лужному — синій, нейтраль­ному — фіолетовий.

Найчастіше реакція клітинного соку кисла за рахунок орга­нічних кислот. Клітинний сік містить різноманітні органічні кис­лоти.

Найчастіше зустрічаються щавлева, яблучна, винна, лимонна кислоти, які беруть участь у синтезі інших речовин. Із інших речо­вин у клітинному соку зустрічаються вуглеводи, глікозиди, алка­лоїди, дубильні речовини, ферменти, вітаміни, фітонциди тощо.

Вуглеводи клітинного соку представлені цукрами. їх поділяють на три групи: моносахариди, дисахариди і полісахариди. З мо­носахаридів частіше зустрічаються глюкоза і фруктоза, дисаха­ридів — сахароза, полісахаридів — крохмаль та інулін. Клітина складається на 80% із вуглеводів, які також є енергетичним мате­ріалом і запасними речовинами.

Глікозиди — органічні сполуки, що складаються з цукрів, спо­лучених із молекулами невуглеводної природи.

Глікозиди є майже в усіх рослин, кількість їх незначна, але де­які рослини накопичують багато глікозидів, які мають токсичний вплив на організм тварин. Глікозиди беруть участь в обміні речо­вин клітини.

Алкалоїди — азотовмісні органічні гетероциклічні сполуки, які характеризуються лужними властивостями і з кислотами утво­рюють солі. Значна кількість алкалоїдів токсична для організму тварин і людини, але невеликі дози багатьох алкалоїдів справля­ють лікувальну дію. У різних рослинах утворюються неоднакові алкалоїди і накопичуються в різних органах. Вони беруть участь в обміні речовин, як і глікозиди.

Дубильні речовини — органічні поліфенольні речовини, здатні з'єднуватися з білком, утворюючи нерозчинні сполуки. На цій властивості ґрунтується використання дубильних речовин для оброблення шкури в промисловості (для дублення шкур) і в ме­дицині як протизапальний засіб. Дубильні речовини досить по­ширені в рослинному світі, вони беруть участь у метаболізмі рос­лин і захищають рослину від захворювань.

Ферменти (ензими) — біокаталізатори клітини. Це специфіч­ні білки, які прискорюють біологічні реакції. Немає жодного фізіологічного процесу, який не підтримувався б ферментами. Ферменти розташовані в протопласті і клітинному соці у відпо­відному порядку, забезпечуючи цим певну послідовність перебігу складних реакцій біологічного обміну. Кожен фермент має суво­ру специфічність — діє лише на відповідну речовину, каталізує лише одну хімічну реакцію. Порушення цієї системи спричи­нює захворювання або смерть клітини, а інколи і всього організ­му. Відомо понад 2000 ферментів.

Вітаміни — фізіологічно-активні речовини, які необхідні в незначних кількостях для нормального функціонування організ­му людини. Обмін речовин в організмі відбувається нормально лише за наявності цілого комплексу вітамінів. Багато вітамінів при з'єднанні з білком утворюють ферменти. Вітаміни — в основ­ному рослинного походження і рідше — тваринного. Відомо по­над 40 різних вітамінів. Вітаміни позначають літерами латинсь­кого алфавіту А, В, С, D, Е, К, Р, U тощо. їх поділяють на водороз­чинні та жиророзчинні. До жиророзчинних належать вітамі­ни A, D, Е, К, решта — водорозчинні. Вітаміни виконують різні функції. Наприклад: каротин (провітамін А) клітина викорис­товує для синтезу хлорофілу, що впливає на достигання плодів. Тіамін (вітамін Ві) входить до складу деяких ферментів, які бе­руть участь в обміні кисню. Рибофлавін (вітамін В₂) сприяє дегід­рогенізації та окисненню. Ціанкобаламін (вітамін Ві₂) бере участь у ферментних реакціях. Аскорбінова кислота (вітамін С) бере участь в окисно-відновних реакціях. Токоферол (вітамін Е) сприяє формуванню статевих клітин. Кальциферол (вітамін D) — у рос­лин представлений як провітамін, який регулює обмін кальцію і фосфору в живій клітині.

Антибіотики — речовини, які виробляються деякими мікро­організмами і вибірково впливають на діяльність інших мікро­організмів: затримують їхній ріст (бактеріостатична дія) або вби­вають їх (бактерицидна дія).

Фітонциди — леткі речовини рослинного походження, які утворюються в усіх частинах рослин, вони вбивають мікроби, за­хищаючи рослину від хвороб.

У клітинному соці зустрічаються й інші речовини. Хімічний склад його залежить від виду рослин та умов існування.

Таким чином, вакуолі є своєрідним депо речовин, потрібних клітині, це орган осморегуляцїї клітини. Зміни концентрації клі­тинного соку зумовлюють зміни осмотичного тиску в клітині. Завдяки різниці цієї концентрації між клітинами та навколиш­нім середовищем виникає рух води в напрямку більшої концент­рації розчину. Коли вакуоля заповнена водою, клітина перебу­ває в напруженому стані; це свідчить про високий рівень її жит­тєвих процесів.

У разі втрати напруження рослина в'яне: при цьому в її клі­тинах відбувається плазмоліз.

Клітинні включення.

У процесі життєдіяльності рослинна клітина утворює різні продукти обміну, які поділяються на запа­сні поживні та екскреторні речовини.

Запасні поживні речовини: вуглеводи, жири, білки, які нако­пичуються в цитоплазмі. З вуглеводів найчастіше зустрічається крохмаль, у рослин родини айстрові — інулін.

Крохмаль у рослин буває в кількох формах. Первинний крох­маль утворюється в процесі фотосинтезу в зелених пластидах клітин і в місцях синтезу не залишається. Частково він витрача­ється на життєві процеси клітини, значна його маса гідролізу­ється поетапно до простого цукру — глюкози, яка пересувається з місць асиміляції (листків та зелених стебел) в інші частини рос­лини (бульби, корені та кореневища, насіння). На шляхах пере­сування цукри можуть знову синтезуватися в зерна крохмалю — таку форму вторинного крохмалю називають транзиторним. Тран-зиторний крохмаль рухається до місць відкладення і там кон­центрується у вигляді запасного.

Мал. 12. Крохмальні зерна:

1. — картопля (а — просте, б — напівскладене, в — складне);

2. — овес (складне)

Запасний крохмаль допомагає рослині розпочинати вегета­цію після зимового періоду. Утворення зерен запасного крохма­лю відбувається в амілопластах (лейкопластах). Зерно крохмалю складається з крохмального центру та шарів неоднакової щіль­ності, які оточують центр. Різну щільність шарів пояснюють різ­ним вмістом у них води — темні шари багатші на воду, ніж світ­ліші. Шаруватість спричинюється неоднаковими синтетичними діями лейкопластів. Форма крохмальних зерен різноманітна і є видовою ознакою рослин (мал. 12).

За кількістю крохмальних центрів у пластиді крохмальні зер­на бувають прості, напівскладні та складні. Якщо є один центр крохмалоутворення, то це просте крохмальне зерно (картопля). Складні крохмальні зерна мають кілька крохмальних центрів (рис, овес). Характерна особливість напівскладних зерен у тому, що під час формування кожне зерно будує власні шари, а потім вони об'єднуються спільними шарами.

Білкові сполуки в клітинах рослин представлені двома форма­ми — конституційними і запасними білками. Перші входять до складу протопласта, другі — запасний матеріал. Запасні білки за походженням вторинні, за своїм складом вони значно відріз­няються від конституційних, мають аморфний або кристалічний вигляд, різні за формою і будовою.

Часто запасні білки відкладаються у вигляді так званих алей­ронових зерен, які утворюються в процесі вистигання насіння;

Мал. 13. Кристалічні включення в клітинах різних рослин: 1 — поодинокі кристали в клітинах сухої луски цибулі; 2 — друзи в клітинах кореня ревеня; 3 — рафіди в клітинах кореневи­ща купени (а — пучок рафід; б — рафіди, які випали з клітини); 4 — кристалічний пісок у клітинах листка беладонни

при цьому вакуоля підсихає, втрачає воду, а білкові речовини, які містилися до цього в клітинному соку в розчиненому стані, кристалізуються в алейронове зерно, одночасно з білками крис­талізуються мінеральні солі. Сформоване алейронове зерно скла­дається з білкової оболонки, білкового утворення — кристалоїду та дрібних кристалічних включень — глобоїдів.

Під час проростання насіння білки використовуються на по­будову живого вмісту цитоплазми. Алейронові зерна, втратив­ши білок, перетворюються на типові вакуолі.

Ліпіди (жирові включення) відкладаються в тканинах рослин у вигляді крапель. Ліпіди синтезуються в цитоплазмі і містяться найчастіше в запасних тканинах насіння та плодів, під час про­ростання насіння вони використовуються як енергетичний мате­ріал. Ліпіди в клітині виступають також як її структурні компо­ненти, входячи до складу клітинних мембран.

За хімічним складом рослинні олії — це ефіри гліцерину (три­атомного спирту) і жирних кислот: олеїнової, пальмітинової тощо.

Жирні кислоти в олії бувають насичені і ненасичені. У пер­шому випадку олії будуть твердими, в другому — рідкими.

Людина використовує запасні поживні речовини рослин як цінні харчові продукти, а також в медицині, техніці.

Екскреторні включення. До екскреторних (кінцевих) продук­тів обміну належать кристалічні включення та ефірні олії, смо­ли. Серед кристалічних включень зустрічаються кристали каль­цію оксалату, цитрату, тартрату та фосфату.

Найчастіше зустрічаються в рослинах кристали кальцію ок­салату. Вони утворюються із залишків оксалатної кислоти, яка приєднує до себе кальцій, утворює сіль оксалатної кислоти — кальцію оксалат.

Розрізняють кілька основних типів кристалів кальцію оксала­ту, різноманітність їх залежить від походження рослин (мал. 13).

Поодинокі кристали належать до клиноромбічної або квад­ратної системи кристалів. Зустрічаються вони в лусках цибулі, листках блекоти чорної, представників родин бобові, жовтецеві, макові.

Друзи — складні кристали, які утворюються з кристалічних пірамідок, що зрослися основами і мають зірчасту форму. Дру­зи зустрічаються в тканинах представників родин гречкові, ро­зові, у корі багатьох дерев — дуба, калини, у листках дурману тощо.

Рафіди — це скупчення голчастих кристалів, що заповнюють клітину цілком; протопласт такої клітини відмирає. Рафіди най­частіше спостерігаються в тканинах однодольних рослин — кон­валії травневої, алое деревоподібного.

Кристалічний пісок — скупчення дрібних кристалів, які мож­на спостерігати в тканинах рослин із родини пасльонових.

У покривних тканинах деяких рослин зустрічаються так звані цистоліти, аморфні гроноподібні утворення кальцію карбонату. Тіло цистоліта формується утягненням у порожнину клітини оболонки і її зростанням за рахунок відкладення кальцію карбо­нату. Клітина, у якій утворюється цистоліт, за своїми розмірами більша, ніж інші.

Цистоліти зустрічаються в клітинах епідерми рослин із ро­дин тутові, кропивові, коноплеві.

Кристалічні включення використовують для діагностики рос­лин.

Ефірні олії — це сполуки вторинного синтезу в рослині. Вони леткі (легко випаровуються), мають сильний запах і виявляються у вигляді прозорих, злегка забарвлених краплинок.

Ефірні олії в рослинах накопичуються в спеціальних утворен­нях: залозистих волосках, залозках, вмістищах, ходах, канальцях, плямах. За хімічним складом ефірні олії належать до терпено-їдних сполук. Ефірні олії застосовують у фармацевтичній, пар­фумерній, харчовій та інших галузях промисловості.

Смоли, як і ефірні олії, належать до терпеноїдів. Характеризу­ються високою в'язкістю, специфічним запахом. Основну масу становлять смоляні кислоти. У метаболізмі рослин вони не віді­грають істотної ролі, але мають велике практичне значення. На­приклад, із живиці хвойних добувають скипидар, каніфоль, із якої виготовляють сургуч, лаки. Викопною смолою рослинного походження є бурштин.

Клітинна оболонка (мал. 14) є продуктом життєдіяльності протопласта. Вона властива клітинам майже всіх органів і тка­нин вищих рослин. Лише статеві клітини рослин та деякі нижчі рослини не мають оболонки, а мають лише мембрану.

Клітинна оболонка захищає рослинну клітину від дії неспри­ятливих умов середовища, бактеріальних хвороб. Утворення мі­цної оболонки в клітинах рослин пояснюють відсутністю в рос­лини здатності до активного руху, її фіксованим станом, у зв'яз­ку з чим рослинні клітини потребують надійнішого захисту, ніж тваринні.

Клітинні оболонки значною мірою визначають форму кліти­ни, тип та структуру тканин. Вони виконують опірну і захисну функції як у живих, так і у відмерлих клітинах, мають велике значення в поглинанні і транспортуванні речовин, транспірації та секреції деяких сполук за межі клітини.

Розрізняють первинну, вторинну та третинну клітинні обо­лонки.

Первинна характерна для молодих зростаючих клітин. Вона тонка, еластична, може розтягуватись і не перешкоджає розрос­танню клітини.

Вторинна — товстіша, багатошарова, не здатна до розтягуван­ня. Формується вона нашаро­вуванням целюлози на пер­винну оболонку зсередини.

Третинна оболонка фор­мується на внутрішній по­верхні вторинної оболон­ки, має незначну товщину і відрізняється тим, що збе­рігає незмінною свою осно­ву і не піддається хімічним змінам.

Мал. 14. Структура клітинної оболонки:

1 — первинна оболонка; 2 — вто­ринна оболонка; 3 — проста по­ра (вигляд у плані)

Хімічний склад оболонки. Клітинна оболонка побудована з по­лісахаридів, найважливішими з яких є целюлоза (клітковина), ге­міцелюлоза і пектинові речовини.

Целюлоза — основний структурний компонент клітинної обо­лонки, хімічно стійка речовина, яка складається з довгих нитко­подібних агрегатів-фібрил, які скріплені іншими речовинами — геміцелюлозою та пектином — і утворюють кристалічну сітку. Кілька таких утворень (3—4) формуються в мікрофібрили клітин­ної оболонки.

Товщина клітинної оболонки нерівномірна. Деякі місця за­лишаються нестовщеними, це — пори, які мають вигляд щіли­ни, закритої зовні лише первинною оболонкою, крізь неї з однієї клітини до іншої проходять плазмодесми — тонкі тяжі цитопла­зми, які з'єднуються з каналами ендоплазматичної сітки.

Із віком у процесі диференціації клітин у їхній оболонці від­буваються хімічні зміни, які називають вторинними. Розрізняють такі основні типи вторинних змін у клітинній оболонці: здере­в'яніння, скорковіння, кутинізація, ослизнення, мінералізація.

Здерев'яніння спостерігається в стінках клітин дерев'янистих рослин при просяканні їх особливою речовиною — лігніном, яка надає їм міцності, стійкості до загнивання. У разі здерев'яніння в одних клітинах протопласт відмирає, а в інших залишається живим.

Скорковіння — спостерігається в рослин у зовнішніх покрив­них тканинах. При скорковінні клітинні оболонки просякають-ся речовиною суберином. Живий вміст цих клітин відмирає. Ця мертва тканина має назву корок. Він утворюється на поверхні ко­ренів, стебел, плодів, насіння.

Кутинізація. Під час кутинізації відбувається просякання клі­тинних оболонок жироподібною речовиною — кутином. Кутин відкладається на поверхні клітин епідермісу листків та трав'яни­стих стебел, утворюючи плівку — кутикулу. Кутикула захищає рослину від випаровування води, проникнення мікроорганізмів і несприятливих умов навколишнього середовища. Кутикула мо­же бути гладенька, складчаста, бородавчаста. Водночас із кути­ном на зовнішньому шарі оболонки зустрічається віск, що утво­рює восковий наліт.

Ослизнення. Під час ослизнення клітинні оболонки поглина­ють велику кількість води і сильно розбухають. Процес ослизнен­ня спостерігається у насіння, водоростей. Насіння, яке виділяєслиз, добре прилипає до поверхні ґрунту, що сприяє його про­ростанню.

Слиз може накопичуватися всередині клітини і заповнювати її повністю. Такі клітини зустрічаються в коренях алтеї лікарсь­кої. У деяких рослин спостерігається патологічне ослизнення клі­тинних стінок, утворення так званого "клею", або камеді. Цей процес спостерігається на стовбурах дерев вишні, сливи та ін.

Мінералізація — просякання клітинної оболонки неорганіч­ними речовинами, кальцію карбонатом, кремнеземом. Із віком мінералізація клітин посилюється. Клітини з мінералізованими стінками набувають міцності та крихкості. Мінералізація харак­терна для рослин із родин злакові, осокові, хвощеві.

ЗАГАЛЬНИЙ ВИСНОВОК:

Матеріал даної теми дає змогу фармацевту проводити аналізи лікарських рослин для встановлення відповідності ЛР за діагностичними анатомічними ознаками, а також виявляти хімічний склад лікарських рослин.