2 Растительная клетка как основа ж/д организма.

Клетка — основная структурная и функциональная еди­ница растительного организма, в которой протекают все процессы жизнедеятельности. Как известно, у растений нет систем органов, есть только ткани и клетки, которым свойственны различные функции, другие же функции (например дыхание) выполняются всеми клетками без исключения, т. е. внутриклеточно. Растительная клетка имеет твердую наружную оболочку, пластиды, вакуоли.

Функциональная связь основана на различиях между клетками, т. е. на дифференциации клеток. Сущность этой связи заключается в том, что каждая клетка выполняет не все жизненные функции, а только немногие. Так, клетки столбчатой паренхимы листа осуществляют фотосинтез; клетки корневых волосков поглощают воду и мин. элементы; клетки проводящих тканей доставляют те и другие вещества из одного органа растения в другой. Т.о., клетки тканей не могут нормально существовать без взаимодействия с клетками других тканей. В этом и заключается их функциональное взаимодействие, основанное на дифференциации.

Цитоплазма живой нормально функционирующей клетки содержит: воды — 85 %, сухих веществ — 15 %; органических веществ: белков — 10%; нуклеи­новых кислот — 1 % , липидов — 2 %.

В раст. клетке осн. св-ва обусловлены ее со­держимым— протопластом. Для взрослой клетки харак­терно наличие вакуоли — полости, заполненной клеточным соком. Протопласт состоит из цитоплазмы и включенных в нее крупных органелл, видимых под световым микроскопом: ядра, пластид и митохондрий. Кроме того, цитоплазма со­держит многочисленные субмикроскопические структуры, такие, как аппарат Гольджи, ЭПС, рибосомы и др., которые погружены в матрикс цитоплазмы — гиалоплазму.

Оболочка клетки: придает тканям растений механическую прочность. Служит противоинфекционным барьером. Состав: целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, липиды и небольшое количество белков. Тонкие волокна целлюлозы переплетаются и составляют сетчатую структуру клеточной оболочки, которая по­гружена в аморфную желеобразную массу — матрикс. Матрикс состоит из гемицеллюлоз, пектиновых веществ, незначительного количества белка. Сетчатая структура клеточной оболочки придает ей эластичность и прочность, а матрикс обеспечивает пластические свойства — способность к растяжению. Толщина клеточной стенки колеблется от десятых долей до 10 мкм. При фор­мировании вторичной оболочки утрачивается пластичность и клетка становится неспособной к росту. Клеточная оболочка находится в набухшем состоянии. Она об­ладает низким сопротивлением, поэтому легко пропускает воду и растворенные в ней вещества. В клеточных оболочках имеются поры, через которые проходят тяжи цитоплазмы — плазмодесмы. Плазмодесмы одной клетки связаны с плазмодесмами другой. В стареющих клетках оболочка пропи­тывается лигнином и суберином, теряя эластичность и проницаемость.

Цитоплазма — это основная часть протопласта, в которой раз­мещены все органеллы клетки. Она содержит в среднем 80 % воды и 20 % сухих веществ. Молекула воды представляет собой ярко выраженный диполь (Н⁺— ОН"), который ориентируется вокруг заряженных частиц, образуя осмотически связанную воду (с ионами и молекулами) и коллоидно связанную (с мицеллами). Это приводит к возникновению кол­лоидной структуры цитоплазмы. Сухое в-во цитоплазмы: белки, РНК и липиды (преим. в мембра­нах). Основой цитоплазмы являются белки, молекулы которых боль­шей частью настолько крупные, что не растворяются в воде (кроме альбуминов) и образуют коллоидные растворы. Предпосылкой этого служит большое число заряженных частиц в белковой молекуле, особенно в ее боковых цепях, вокруг которых ориентируются ди­поли воды, образуя гидратационные оболочки. Так складывается сложная коллоидная система — золь, которая устойчива до тех пор, пока мицеллы белка несут на себе заряды и гидратированы. При изменении рН раствора, происходит частичная потеря гидратационной воды и сближение заряженных частиц. При этом коллоид разделяется на две фазы (явление коацервации-обратимо). При полной потере гидратационных оболочек вслед­ствие сильных воздействий (кипячение, соли тяжелых металлов) происходит выпадение белка в оса­док — коагуляция, которая бывает необратимой и вызывает гибель цитоплазмы. Т.о., бел­ки представляют собой коллоидную структуру, составляющую основную массу ци­топлазмы — ее матрикс, в который погружены органеллы клетки.

Мембраны клетки можно рассматривать как структурные образования цитоплазмы. Различают два типа мембран — цитоплазматические и внутриклеточные. Цитоплазматические ограничивают цитоплазму со стороны оболочки (п л а з м а л е м м а) и со стороны вакуоли (тонопласт). Внутриклеточные — мембраны различных органелл. Мем­браны состоят из двух слоев липидов, где много фосфолипидов. В билипидный слой в отдельных местах встроены глобулы белков, выполняющие различные функции, которые и определяют функции мембран. Мембраны имеют мелкие поры, через которые пассивно могут проходить низкомолекулярные ве­щества. Вещества с крупными молекулами и ионы проходят через мембраны только путем активного пе­реноса. Функции цитоплазматических мембран: Структурная - создание поверхностей раздела двух ча­стей клетки, что необходимо для раздельного размещения фермен­тов и упорядочения протекания ферментативных реакций обмена веществ. Транспортная - поглощение и выделение веществ (полупроницаемость или избирательная проницаемость) и регуляция пассивного и активного транспорта через мембрану. Осмотическая - поддержание осмотических свойств клетки. Энергетическая - аккумуляция и трансформация энер­гии, прежде всего световой, и создание электрохимических потен­циалов. Рецепторно-регуляторная — восприятие внешних сигналов-раздражителей и передача ответных сигналов клетки как реакции на раздражение.

Ядро — это основная органелла клетки, в которой сосредоточена большая часть наследственной информации. В молодой клетке ядро расположено ближе к центру, в выросшей оно смещается к оболочке вместе с цито­плазмой. Диаметр от 5 до 20 мкм. Ядерная оболочка состоит из двух мембран — наружной и внутренней, которые разделены между собой пространством, заполненным полужидкой стромой. На внеш­ней мембране расположено большое число рибосом. Ядерная обо­лочка имеет поры, с помощью которых происходит обмен между ядром и цитоплазмой. Нуклеоплазма (внутреннее содержимое ядра) включает белки, нуклеиновые кислоты, липиды, угле­воды, минеральные соли и другие вещества. В ядре находятся хромосомы (сост. ДНК, белка, неб. кол-ва РНК и липидов). В ядре имеются одно или несколько ядрышек, в которых содержатся белки, РНК и неб. кол-во ДНК. В ядрышко входят рибосомы, в которых синтезируются ядерные бел­ки. При его разрушении ядро перестает делиться. Функции: передача наследственной информации (ре­пликация), хранение информации (интерфаза).

Митохондрии обычно имеют удлиненную форму длиной 1 — 5 мкм. Число митохондрий в клетке может быть от нескольких десятков до двух тысяч. Они окружены двойной мембра­ной. Внутренняя образует выросты, на­зываемые кристами. Пространство, ограниченное внутренней митохондриальной мембраной, наз-ся матриксом. Сухое вещество митохондрий состоит в основ­ном из белков и липидов. В их состав входят РНК, ДНК и рибосомы, а также вся система синтеза белка. Митохондрии — центры окислительных процессов, в них осу­ществляется большая часть реакций дыхания. Окисление субстрата в процессе дыхания происходит на наружной мембране, которая характеризуется высокой проницаемостью для низкомолекулярных соединений. Процесс фосфорилирования, т. е. накопления осво­бождающейся при дыхании энергии с образованием АТФ, связан с кристами и матриксом. Освобождающаяся при дыхании энергия аккумулируется в молекулах АТФ и служит основным источником для физиологической деятельности клетки.

Пластиды могут быть трех типов — лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. Размеры пластид от 3 до 20 мкм. Пластиды зрелых клеток, сохранившие структуру пропластид, называются лейкопластами. Они окружены двой­ной мембраной, наружная — гладкая, внутренняя имеет небольшие впячивания. Внутри лейкопластов нах. матрикс. В них накапливаются запасные вещества. Хлоропласты имеют овальную форму, окружены двойной мембраной. Внутри хлоро­пласта содержится жидкое вещество — строма, в которой находятся длинные вытянутые мембранные пластинки — ламеллы — или мембранные шаровидные образования — граны. Граны окрашены, так как в них содержатся пигменты — хлорофиллы и каротиноиды. Основная функция — фотосинтез. Хромопласты, имеют желтую, красную или коричневую окраску. Хромопласты встречаются в клетках в надземных и подземных органов, они придают окраску плодам и стареющим листьям.

Пластиды различных типов обладают способностью взаимно пе­реходить друг в друга. Так, лейкопласты на свету превращаются в хлоропласты. Хромопласты могут образовываться из хлоропластов при разрушении в них хлорофилла.

Рибосомы — это субмикроскопические частицы, различимые в электронный микроскоп, представляющие собой компактные рибонуклеопротеидные частицы, лишенные мембран. Они состоят из двух субъединиц — большой (15 нм), и малой (9 нм). Составные части рибосом образуются в ядрышке, а их самосборка осуществляется в цитоплазме. Хим. состав — 50 % рРНК и 50 % белка. Рас­полагаются: свободно в цитоплазме, на мембранах ЭПС, на оболочке ядра, в ядре, митохондриях и в пластидах. Рибосомы могут образовывать цепочки — составлять комплекс полисом, состоящий из нескольких частиц. Основная функция ри­босом — синтез белка.

ЭПС: вся цитоплазма клетки пронизана каналами ЭПС, которые имеют расширения — цистерны. Эти каналы и цистерны образованы мембранами и могут увеличиваться до более крупных полостей. Мембраны ЭПС связаны с мембраной ядра, пронизывают всю клетку и выходят через плазмодесмы в соседние клетки. К мембранам ЭПС прикрепляются рибосомы, поэтому у ЭПС бывают шероховатые участки. Каналы и цистерны заполнены жидкостью, в которой содержатся различные растворимые соединения. Мембраны разделяют клетку на отдель­ные отсеки, поэтому не происходит случайного взаимодей­ствия веществ. По каналам ЭПС осуществляется перемещение веществ и связываются отдельные клетки. В развитой рас­т. клетке в результате слияния полостей ЭПС образуется вакуоль.

Аппарат Гольджи представляет собой группы трубочек (цис­терн, имеющих мембраны) и сферических пузырьков, которые формируются на одном из концов трубочек и отделяются на дру­гом. Его элементы принимают участие в формировании плазмалеммы и клеточной оболочки. В то же время цистерны служат для удаления (секреции) некоторых выработанных клеткой ве­ществ.

Вакуоль за­полнена клеточным соком и окружена мембраной — тоноплас т о м. В клеточном соке растворены органич. кислоты, са­хара, мин. в-ва и другие соед-ия, к-ые явля­ются запасными пит. в-ми. Размеры — от 1 до 1000 мкм. Мелкие ва­куоли трудно отличимы от пузырьков и везикул, крупные (в мя­коти плода лимона, арбуза) видны невооруженным глазом. Вакуоль может образовы­ваться из мембран ап-та Гольджи, ЭПС, везикул цитоплазмы. Функции вакуоли заключаются в отделении воды от цитоплаз­мы, создании осмотического потенциала клетки, поддержании со­стояния тургора. Кроме того, она служит резервуаром запасных пит. в-в и ненужных продуктов обмена.