Особенности строения растительной клетки

1. Клеточная оболочка. Химический состав, значение. 2. Цитоплазма. Химический состав, физические свойства. Гиалоплазма. 3. Мембраны клетки. Химический состав, структура, значение. 4. Мембранные органоиды клетки. Вакуолярная система клетки. Двумембранные органоиды. Ядро. Химический состав, значение. 5. Двумембранные органоиды – митохондрии и хлоропласты. Строение, химический состав, значение. Особенности нуклеинового и белкового обмена. 6. Одномембранные органоиды (вакуоли, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, микротельца (пероксисомы, глиоксисомы, олеосомы)). 7. Немембранные структуры клетки – рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки.

Рис. 1. Современная (обобщенная) схема строения растительной клетки, составленная по данным электронно-микроскопического исследования разных растительных клеток: 1 аппарат Гольджи; 2 свободно расположенные рибосомы; 3 -хлоропласты; 4 -межклеточные пространства; 5 -полирибосомы (несколько связанных между собой рибосом); 6 -митохондрии; 7 -лизосомы; 8 -гранулированная эндоплазматическая сеть; 9 -гладкая эндоплазматическая сеть; 10 -микротрубочки; 11 пластиды; 12 плазмодесмы, проходящие сквозь оболочку; 13 клеточная оболочка; 14 ядрышко; 15, 18 ядерная оболочка; 16 поры в ядерной оболочке; 17 плазмалемма; 19 гиалоплазма; 20 тонопласт; 21 вакуоли; 22 ядро. 1. Клеточная оболочка. Химический состав, значение

Основной структурный компонент растительной клетки. (Первичная, вторичная) Химический состав: целлюлоза 20%, гемицеллюлоза 40%, пектиновые вещества 20%, белок экстенсин, лектин. 1. Клеточная оболочка или стенка Структура клеточной стенки (по Nach Lucas und Wolf, 1993) 1 - микрофибриллы целлюлозы; 2 - гемицеллюлоза; 3 - рамногалактуронан; 4 - белок экстенсин; 5 - пектиновые вещества (ксилоглюкан)

Целлюлоза (С 6 Н 10 О 5 ) n полимер углеводного типа, представляет собой длинные неразветвлённые цепочки, состоящие 3-10 тыс. глюкозных остатков. Объединяются в макромолекулы мицеллы микро- и макрофибриллы соединяются водородными связями. Целлюлоза образует волокна, которые придают растению жесткость и прочность. Целлюлоза: А - структура молекулы целлюлозы; Б - ассоциации молекул целлюлозы: 1 - мицелла; 2 - микрофибрилла; 3 - макрофибрилла

Химический состав клеточной оболочки: Целлюлозные волокна - погружены в матрикс клеточной оболочки, который представлен ниже следующими химическими веществами: Гемицеллюлоза – перевариваемая клетчатка, она вовлекается в клеточный метаболизм, в отличие от целлюлозы, которая никогда не вовлекается. Является полимером углеводного типа, состоит из пентоз и гексоз. Степень полимеризации меньше, чем у целлюлозы – остатков. Распространены ксилоглюканы (глюкоза, ксилоза, галактоза). Пектиновые вещества – полимер углеводного типа. Составляют межклеточное вещество клеточных оболочек именно присутствием пектиновых веществ и обусловлено получение желе из многих фруктов и плодов. Экстенсин – гликопротеид (сахар+арабиноза). Придаёт эластичность клеточным оболочкам. Лектин – белок, участвует в процессах узнавания и взаимодействия клеток друг с другом.

Клеточная стенка способна к утолщению и видоизменению. По мере старения клеток матрикс заполняется различными веществами – лигнином (полимер с неразветвлённой молекулой, состоящий из ароматических спиртов) и суберином (мономерами суберина являются насыщенные и ненасыщенные оксожирные кислоты). На поверхности клеточной стенки откладывается кутин (состоит из оксожирных кислот и их солей, выделяется через клеточную стенку на поверхность клетки и участвует в образовании кутикулы) и воск.

Клеточная стенка растительной клетки пронизана плазмодесмами (канал шириной до 1 мкм). Единая система цитоплазмы клеток и органов – симпласт. Взаимосвязанная система клеточных стенок и межклеточных промежутков называется апопласт (свободное пространство). Симпласт и апопласт являются важнейшими путями передвижения воды и минеральных веществ между клетками. Схема строения плазмодесмы (по Nach Lucas und Wolf, 1993) 1 – десмотрубка 2 – клеточная стенка 3 – плазмалемма 4 – белки Клеточная оболочка способна к эластическому - обратимому (давление воды в клетке) и пластическому - необратимому растяжению (собственно рост клеточной оболочки).

Значение клеточной оболочки Придает клеткам и тканям механическую прочность. Защищает мембрану клетки от разрушения, создаваемого гидростатическим давлением в клетке. Является противоинфекционным барьером. Обладает эластическим и пластическим растяжением. Эластическое растяжение обратимое под влиянием воды, пластическое, необратимое, лежит в основе роста клеток. Обеспечивает связь между клетками, через поровые поля в оболочке посредствам плазмодесмы. Выступает как ионообменник при поглощении питательных веществ из почвы (что характерно для клеточных оболочек корневых волосков).

2. Цитоплазма сложная многокомпонентная, пластичная, дифференцированная система, включающая ряд мембранных и не мембранных структур. Химический состав: вода 80 – 85%, сухое вещество: белки 75%, липиды 15 – 20%. Физические свойства: удельная масса; вязкость – величина трения между коллоидными частицами, скользящими одна вдоль другой (измеряется в пуазах, центипуазах. Определяется содержанием воды и химическими связями S-S, влияет на интенсивность обмена веществ, определяет жаростойкость растений); эластичность – способность цитоплазмы возвращаться в исходное положение после деформации (обеспечивает устойчивость цитоплазмы к обезвоживанию во время засухи); движение (циркуляционное (круговое) и струйчатое (скользящее)); проницаемость (хорошо выражено у тонопласта, слабее у плазмалеммы).

Слева. Водные растения пресных водоемов находятся в гипотонической среде. Поступающая вода оказывает давление на протопласт и клеточные стенки, вызывая напряженное состояние клетки - тургор. Справа. Клетка в гипертонической среде, вода проникает в клеточный сок, вакуоли увеличиваются в размере, давят на цитоплазму, она на оболочку, возникает напряжённое состояние. Плазмолиз – отставания цитоплазмы от оболочки. Тургор и плазмолиз

12 Гиалоплазма среда в которую погружены все органеллы (надосадочная жидкость представляющая основное вещество цитоплазмы). Химический состав: водный коллоидный раствор белков; раствор органических и неорганических веществ; Структура: зернистая, основу составляют переплетённые нити РНК, цепочки белков. Значение: локализация ферментов; связь со всеми погружёнными органеллами; способна к движению.

3. Мембраны клетки ультратонкие структуры, расположенные на поверхности клетки и субклеточных частиц (толщина 6-10 нм). Значение общее: отделяет внутреннюю среду от внешней; обладает избирательной проницаемостью; в ней сосредоточены ферменты; компартментация клеток (на отсеки), и связи в единый ферментативный конвейер; при помощи мембран клетки узнают друг друга (плазмалемма); Специфическое значение: обеспечивает трансформацию энергии хлоропласты, митохондрии. Химический состав мембран: белки 50%, липиды 40%, углеводы 10%

Липиды мембран: Фосфолипиды (аминоспирты: этаноламин или холин) - полярные липиды являются сложными эфирами трёхатомного спирта глицерина). Сульфо- и гликолипиды (вместо остатка фосфорной кислоты содержат производные сахаров). Структура фосфолипида (фосфатидилхолин): А – два гидрофобных углеводородных не полярных хвоста Б – полярная гидрофильная головка

В 1935 г. Дж. Даниэлли и Г. Давсон – (трёхслойная модель мембраны) «Бутербродная» Мембраны клетки

двойной слой полярных липидов представляющий структурную основу мембраны, не является непрерывным. Белки: интегральные (пронизывающие всю толщину мембран); полуинтегральные (на половину погружённые в мембрану) периферические (на поверхности мембран) 1972 г. С. Сингер и Дж. Николсон модель жидкостно-мозаичной структуры Типы подвижности липидов: а - сегментальная б - вращательная в - латеральная г - флип-флоп

4. Мембранные органоиды клетки. Двумембранные органоиды. Вакуолярная система клетки К мембранным органоидам клетки относятся все, кроме рибосом, микрофиламентов, микротрубочек, хромосом. К двумембранным органоидам относятся: ядро, митохондрии, хлоропласты. К вакуолярной системе: вакуоли, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы.

Строение ядра. Химический состав, значение Открыто в 1831 г. Р. Брауном. Химический состав: 70% белки, (нуклеопротеида) ДНК 14%; РНК 12%, липиды 10-20%. Размер ядра: от 5 до 20 мкм; Выделяют: оболочку, ядрышко, нити хроматина, ядерный сок (нуклеоплазма, кариоплазма). Форма: сферическая, удлиненная, дисковидная.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран - 8 нм, разделенных между собой перинуклеарным пространством нм. Внешняя мембрана - сложную складчатую структуру, местами соединённую с эндоплазматической сетью и покрыта рибосомами. Ядерная оболочка имеет поры. Поры ядра - динамичные образования. При помощи которых осуществляется регуляция обмена между ядром и цитоплазмой. Ф.: информация (через синтез белка).

Значение ядра: участие в обмене веществ в клетке; хранение и передача наследственной информации; регуляция синтеза белка. Ядрышко состоит из стромы в виде скрученной нити, погруженной в бесструктурное вещество. Химический состав: белок 80%, РНК 10-15%, ДНК. Функция ядрышка: синтез ядерных и рибосомальных белков, а также р-РНК, вся эта информация сосредоточена в ядрышковой ДНК.

Различают два периода жизни ядра: метаболический (между делениями) и период деления. Строение ядра в интерфазный период В период между делениями интерфазное ядро заполнено ядерным соком – нуклеоплазмой, хроматиновыми нитями и глыбками хроматина. Хроматиновые нити состоят: ДНК, РНК, белков и липидов. Модель организации ДНК в хроматине: 1 - нуклеосома; 2-ДНК; 3- белки-гистоны

Строение хромосомы: 1- первичная перетяжка с центромерой, 2 - два плеча, 3 - две хроматиды, 4 - вторичная перетяжка, 5 - спутник хромосомы, 6 - белок (нуклеопротеид), 7 - хромонемы (содержащие ДНК) Хромосомы - немембранные образования, имеющие строго индивидуальную структуру, способные к ауторепродукции, отвечающие за переработку и хранение наследственной информации. Каждый организм характеризуется своим строго индивидуальным набором хромосом. Хромосомы- всегда парные (диплоидные, 2n), например: для риса равен 14, фасоли - 22, кукурузы – 20.

Процесс собственно митотического деления клетки состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Митотическое деление клетки Митоз (кариокинез или непрямое деление) – деление ядра эукариотической клетки с сохранением числа хромосом.

Диплоидные наборы хромосом в клетках растений семейства сложноцветных. Ранняя анафаза митоза в клетке: микротрубочки - зелёные, хромосомы - голубые.

Вакуолярная система клетки (вакуоли, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы) Развитие вакуолей в растительной клетке. Функции: обуславливает тургорное состояние клетки в вакуолях содержатся гидролитические ферменты (это гигантские лизосомы); накапливаются продукты метаболизма (кристаллы оксалата Ca, танины, латекс - млечный сок у молочайных); временное депо целого ряда веществ (сахароза, минеральные соли); содержится пигмент - антоциан- красный, синий, пурпурный, жёлтый, кремовый. Вакуоли - ограниченные одинарной мембраной участки клетки, заполненные клеточным соком.

Митохондрии - энергетические подстанции клеток Митохондрии обнаружены и описаны в 1894 году Альтманом. Форма: округлые, овальные, нитевидные, палочковидные длиной 4-7 мкм, диаметр 0,5-2 мкм. Химические состав: состоят на % из белка, на 25-30% из липидов. РНК 0,5%, ДНК, витамины A, B 6, С, B 12.

Схема строения митохондрии Оболочка двухслойная. На внутренней мембране – кристы и равномерно распределены грибовидные частицы. Внутреннее пространство заполнено белково-липоидным матриксом, где сосредоточены ферменты цикла Кребса. Функции происходит процесс дыхания на клеточном уровне: в матриксе осуществляется аэробный процесс дыхания цикл Кребса на внутренней мембране происходит трансформация химической энергии окисления в энергию фосфатных связей АТФ. в грибовидных образованиях находится фермент АТФ-аза катализирующей выше указанную функцию. (онтогенез)

Пластиды Изменение пластид (разрушение хромопластов при увядании, превращение хлоропластов в хромопласты). Фотография получена при помощи светового микроскопа. внутриклеточные органеллы цитоплазмы автотрофных растений, содержащие пигменты и осуществляющие синтез органических веществ. хлоропластыхромопластылейкопласты осуществляют фотосинтез, зелёный пигмент хлорофилл. окрашивающие отдельные части растений в красные, оранжевые и жёлтые тона приспособленные для хранения питательных веществ: белков (протеинопласты), жиров (липидопласты) и крахмала (амилопласты) Пластиды свойственные только растительным клеткам. Пигмент – это вещество имеющее окраску. Видимая часть спектра представлена длинами волн от 400 до 800нм.

Хлоропласты Онтогенез: начальной стадией роста является инициальная частица, глобулярные образования с двойной мембраной. Химический состав: белки, витамины группы В, К, Е, D, входит Fe, Zn, Cu, углеводы, ДНК, РНК. Функции хлоропластов: происходят все реакции фотосинтеза обеспечивающие уникальный процесс автотрофного питания на планете (уникальная).

Размер хлоропластов 4-10 мкм. Окружены двойной оболочкой (мембраной). Внутреннее пространство пронизано длинными мембранами (ламеллами). В местах соединения мембран образуются пузырьки – тилакоиды - короткие мембраны. Собранные в пачки тилакоиды образуют граны. Митохондрии и хлоропласты являются полуавтономными, т.е. не полностью зависящие от ядра. Имеют: собственную ДНК; собственную белок синтезирующую систему. С этим связана цитоплазматическая наследственность.

хлоропласты в клетке обкладки листа кукурузы (увел ). хлоропласты из паренхимной клетки листа кукурузы (увел ) к.з.- крахмальное зерно о - оболочка хлоропласта л - межгранные ламеллы с - строма oг - осмиофильные гранулы г - граны

Онтогенез хлоропласта

Онтогенез: из пропластид образуются лейкопласты (бесцветные пластиды). Локализованы в клетках запасающих тканей. Слабо развита ламеллярная система. В строме хлоропластов располагаются крахмальные зёрна. Лейкопласты, накапливающие крахмал (амилопласты) Лейкопласты

Хромопласты Онтогенез: результат деградации хлоропластов, образовавшиеся за счёт разрушения ламеллярной структуры. грейпфрут настурция лютик

6. Одномембранные органоиды Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) внутриклеточный органоид, представленный системой плоских цистерн, канальцев и пузырьков, ограниченных мембранами; обеспечивает передвижение веществ из окружающей среды в цитоплазму и между внутриклеточными структурами. в 1945 г. американским ученым К. Портером методом электронной микроскопии.

ЭПС бывает: гладкая – агранулярная и шероховатая – гранулярная. Шероховатая состоит из цистерн, на её поверхности находятся рибосомы (основная функция-синтез белка). Гладкая состоит из канальцев (основная функция-синтез липидов и углеводов). Функции: транспортная - синтезированные липиды, углеводы, белки транспортируются к аппарату Гольджи; разделение клетки на отсеки и объединение в единое целое; здесь сосредоточено большое количество ферментов; каналы ЭПС - плазмодесмы, проходят от клетки в клетку и соединяются в единое целое.

Аппарат (комплекс) Гольджи обнаружен итальянским исследователем Камилло Гольджи в 1898 году в нервных клетках. изображение диктиосомы из растительной клетки. Слева: показана часть пяти смежных цистерн. Справа: образование секретируемого аппаратом Гольджи пузырька, еще прикрепленного к каналам - разветвлениям цистерн. 1 - пузырьки; 2 - цистерны; 3 - каналы; 4 - развивающиеся пузырьки. У растений представляет одну большую стопку называется диктиосомой.

Функции: аппарата Гольджи накопление и секреция веществ, прежде всего углеводов; удаление веществ выработанных клеткой. Тельца сферической формы, окруженные одинарной мембраной и заполненные гидролитическими ферментами: протеазы, нуклеазы, липазы. По размеру: органеллы до 2 мкм. Лизосомы открыты в 1949 г. бельгийским цитологом и биохимиком Кристиан Рене де Дюв.

Функции лизосом: переваривание пищи, поглощенной при фото - и пиноцитозе (характерны для животных клеток); уничтожение ненужных структур в клетке; автолиз – саморазрушение клетки при некоторых процессах дифференцировки (образование пробки у растений, сосудов древесины). Микротельца пузырьки сферической формы, окружённые одинарной мембраной. (пероксисомы, глиоксисомы, олеосомы). По размеру: 0,5-1,5 мкм. Функция основная: накопление и изоляция ферментов.

Пероксисомы Пузырьки, окруженные одинарной мембраной, заполненные окислительно - восстановительными ферментами и осуществляют окисление различных соединений с образованием Н 2 О 2. Функция: процессы фотодыхания. Глиоксисомы Функция: участвуют в расщеплении запасных жиров до сахаров (поставщик энергии для роста). Олеосомы (липидные тельца) Окружены однослойной мембраной, состоящей из фосфолипидов, которые гидрофобной частью повёрнуты внутрь к полости органеллы. В мембране имеются белки олеосины. Липиды олеосом при прорастании семян разрушаются и с помощью ферментов глиоксосом подвергаются изменениям.

7. Немембранные структуры клетки рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки Открыты Паладом в 1955 г. Органеллы сферической формы, содержатся в цитоплазме (ЭПС), ядре, митохондриях, хлоропластах. Состоят из большой и малой субъединиц. 70S и 80S. В цитоплазме 80S и 70S в органеллах. Рибосомы синтезируются в ядрышке, находятся на каналах шероховатой ЭПС в виде цепочки рибосом – полисом. Ф.: синтез белка. Рибосомы Полирибосомы

Микрофиламенты очень тонкие, длинные нитевидные структуры. Химический состав: белок – актин, миозин, актинин и др. Под плазматической мембраной микрофиламенты образуют сплошное сплетение, формируя цитоскелет. Так как микрофиламенты являются сократимыми элементами цитоскелета, то участвуют в изменении формы клетки, во внутриклеточных перемещениях органелл, расхождении хромосом при делении клетки. Функции: образуют цитоскелет; перемещение клетки и органелл.

Микротрубочки Полые цилиндрические органеллы диаметром около 25 нм. Форма: тонкой трубочки. Стенки микротрубочек сложены из белка тубулина. Располагаются в цитоплазме под плазмолеммой. Функции: формируют цитоскелет; перемещение клетки и органелл; транспорт питательных веществ; синтез клеточных стенок.

44 Цитоскелет эукариот: актиновые микрофиламенты окрашены в красный, микротрубочки - в зеленый, ядра клеток - в голубой цвет.

заключение Основными особенностями растительной клетки является наличие пектоцеллюлозной оболочки; Наличие пластид в частности хлоропластов, вакуолей с клеточным соком; Автотрофный способ питания (фотосинтез, корневое питание).

Список литературы 1. Полевой В.В. Физиология растений: учеб. для биол. спец. вузов. – М.: Якушкина Н.И. Физиология растений: учеб. для студентов вузов / Н.И. Якушкина, Е.Ю. Бахтенко. – М.: