Растущая растительная клетка. Строение растительной клетки

Изучая строение растительной клетки, рисунок с подписями станет полезным визуальным конспектом для усвоения этой темы. Но сначала немного истории.

Историю открытия и изучения клетки связывают с именем английского изобретателя Роберта Гука. В 17 веке, на срезе растительной пробки, рассматриваемой под микроскопом, Р. Гук обнаружил ячейки, которые и были в дальнейшем названы клетками.

Основные сведения о клетке были представлены позже немецким ученым Т. Шванном в клеточной теории, сформулированной в 1838 году. Основные положения этого трактата гласят:

• все живое на земле состоит из структурных единиц - клеток;
• по строению и функциям все клетки имеют общие черты. Эти элементарные частицы способны к размножению, которое возможно благодаря делению материнской клетки;
• в многоклеточных организмах клетки способны объединяться на основании общих функций и структурно-химической организации в ткани.

Клетка растения

Растительная клетка, наряду с общими признаками и схожестью в строении с животной, имеет и свои отличительные особенности, присущие только ей:

• наличие клеточной стенки (оболочки);
• наличие пластид;
• наличие вакуоли.

Строение растительной клетки

На рисунке схематично показана модель растительной клетки, из чего она состоит, как называются основные её части.

Ниже будет подробно рассказано о каждой из них.

Органоиды клетки и их функции — описательная таблица

В таблице собрана важная информация об органоидах клетки. Она поможет школьнику составить план рассказа по рисунку.

Цитоплазматические образования — органеллы клетки

Поговорим подробнее о составляющих растительной клетки.

Ядро

Ядро осуществляет хранение генетической информации и реализацию наследуемой информации. Местом хранения являются молекулы ДНК. При этом в ядре присутствуют репарационные ферменты, которые способны контролировать и ликвидировать самопроизвольное повреждение молекул ДНК.

Кроме этого, сами молекулы ДНК в ядре подвержены редупликации (удвоению). В этом случае клетки, образованные при делении исходной, получают одинаковый и в качественном и количественном соотношении объем генетической информации.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Выделяют два типа: шероховатый и гладкий. Первый тип синтезирует белки на экспорт и клеточные мембраны . Второй тип способен осуществлять детоксикацию вредных продуктов обмена.

Аппарат Гольджи

Открыт исследователем из Италии К. Гольджи в 1898 году. В клетках располагается вблизи ядра. Эти органоиды представляют собой мембранные структуры, укомплектованные вместе. Такую зону скопления называют диктиосомой.

Они принимают участие в накоплении продуктов, которые синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и являются источником клеточных лизосом.

Лизосомы

Не являются самостоятельными структурами. Они представляют собой результат деятельности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Их главное предназначение — участвовать в процессах расщепления внутри клетки.

В лизосомах насчитывается около четырех десятков ферментов, которые разрушают большинство органических соединений. При этом сама мембрана лизосом устойчива к действию таких ферментов.

Митохондрии

Двумембранные органеллы. В каждой клетке их число и размеры могут варьироваться. Они окружены двумя высокоспециализированными мембранами. Между ними расположено межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана способна образовывать складки — кристы. Благодаря наличию крист, внутренняя мембрана превосходит в 5 раз площадь внешней мембраны.

Повышенная функциональная активность клетки обусловлена увеличенным числом митохондрий и большим количеством крист в них, тогда как в условиях гиподинамиии количество крист в митохондрии и число митохондрий резко и быстро изменяется.

Обе мембраны митохондрий отличаются по своим физиологическим свойствам. При повышенном или пониженном осмотическом давлении внутренняя мембрана способна сморщиваться или растягиваться. Для наружной мембраны характерно только необратимое растяжение, которое может привести к разрыву. Весь комплекс митохондрий, наполняющих клетку, называют хондрионом.

Пластиды

По своим размерам эти органоиды уступают только ядру. Существует три вида пластид:

• отвечающие за зелёную окраску растений — хлоропласты;
• ответственные за осенние цвета - оранжевый, красный, жёлтый, охра — хромопласты;
• не влияющие на окрашивание, бесцветные лейкопласты.

Стоит отметить: установлено, что в клетках одновременно может быть только какой-то один из видов пластид.

Строение и функции хлоропластов

В них осуществляются процессы фотосинтеза . Присутствует хлорофилл (придает зеленую окраску). Форма – двояковыпуклая линза. Количество в клетке – 40-50. Имеет двойную мембрану. Внутренняя мембрана формирует плоские пузырьки – тилакоиды, которые упакованы в стопки – граны.

Хромопласты

За счет ярких пигментов придают органам растений яркие цвета: разноцветным лепесткам цветов, созревшим плодам, осенним листьям и некоторым корнеплодам (морковь).

Хромопласты не имеют внутренней мембранной системы. Пигменты могут накапливаться в кристаллическом виде, что придает пластидам разнообразные формы (пластина, ромб, треугольник).

Функции данного вида пластид пока до конца не изучены. Но по имеющейся информации, это устаревшие хлоропласты с разрушенным хлорофиллом.

Лейкопласты

Присущи тем частям растений, на которые солнечные лучи не попадают. Например, клубни, семена, луковицы, корни. Внутренняя система мембран развита слабее, чем у хлоропластов.

Ответственны за питание, накапливают питательные вещества, принимают участие в синтезе. При наличии света лейкопласты способны переродиться в хлоропласты.

Рибосомы

Мелкие гранулы, состоящие из РНК и белков. Единственные безмембранные структуры. Могут располагаться одиночно или в составе группы (полисомы).

Рибосому формируют большая и малая субъединица, соединенные ионами магния. Функция – синтез белка.

Микротрубочки

Это длинные цилиндры, в стенках которых расположен белок тубулин. Этот органоид – динамическая структура (может происходить его наращивание и распад). Принимают активное участие в процессе деления клеток.

Вакуоль - строение и функции

На рисунке обозначена голубым цветом. Состоит из мембраны (тонопласта) и внутренней среды (клеточного сока).

Занимает большую часть клетки, центральную её часть.

Запасает воду и питательные вещества, а также продукты распада.

Несмотря на единую структурную организацию в строении основных органоидов, в мире растений наблюдается огромное видовое разнообразие.

Любому школьнику, а тем более взрослому, нужно понимать и знать, какие обязательные части имеет растительная клетка и как выглядит её модель, какую роль они выполняют, и как называются органоиды, отвечающие за окраску частей растений.

Тела живых организмов могут представлять собой одну-единственную клетку, их группу или огромное скопление, насчитывающее миллиарды таких элементарных структур. К последним относится большинство Изучением клетки — основного элемента строения и функций живых организмов - занимается цитология. Этот раздел биологии начал бурно развиваться после открытия электронного микроскопа, совершенствования хроматографии и других методов биохимии. Рассмотрим главные признаки, а также особенности, по которым клетка растения отличается от мельчайших структурных единиц строения бактерий, грибов и животных.

Открытие клетки Р. Гуком

Теория о крошечных элементах строения всего живого прошла путь развития, измеряемый сотнями лет. Строение оболочки клетки растений впервые увидел в свой микроскоп британский ученый Р. Гук. Общие положения клеточной гипотезы сформулировали Шлейден и Шванн, до этого похожие выводы делали и другие исследователи.

Англичанин Р. Гук рассмотрел в микроскоп срез пробки дуба и представил результаты на заседании Королевского общества в Лондоне 13 апреля 1663 года (по другим данным, событие произошло в 1665 году). Оказалось, что кора дерева состоит из крохотных ячеек, названных Гуком «клетками». Стенки этих камер, образующих узор в виде пчелиных сот, ученый считал живым веществом, а полость признал безжизненной, вспомогательной структурой. В дальнейшем было доказано, что внутри клетки растений и животных содержат субстанцию, без которой невозможно их существование, да и деятельность всего организма.

Клеточная теория

Важное открытие Р. Гука получило развитие в работах других ученых, изучавших и растений. Схожие элементы строения наблюдали ученые на микроскопических срезах многоклеточных грибов. Было установлено, что структурные единицы живых организмов обладают способностью к делению. На основании исследований представители биологической науки Германии М. Шлейден и Т. Шванн сформулировали гипотезу, ставшую впоследствии клеточной теорией.

С бактериями, водорослями и грибами позволило немецким исследователям прийти к следующему выводу: обнаруженные Р. Гуком «камеры» — это элементарные структурные единицы, а идущие в них процессы лежат в основе жизнедеятельности большинства организмов на Земле. Важное дополнение внес Р. Вирхов в 1855 году, отметив, что деление клеток — единственный путь их размножения. Теория Шлейдена-Шванна с уточнениями стала общепризнанной в биологии.

Клетка — мельчайший элемент строения и жизнедеятельности растений

Согласно теоретическим положениям органический мир един, что доказывает схожее микроскопическое строение животных и растений. Кроме этих двух царств, клеточное существование характерно для грибов, бактерий, а у вирусов отсутствует. Рост и развитие живых организмов обеспечивается благодаря возникновению новых клеток в процессе деления уже существующих.

Многоклеточный организм — не просто скопление структурных элементов. Маленькие единицы строения взаимодействуют между собой, образуя ткани и органы. Одноклеточные организмы живут изолированно, что не мешает им создавать колонии. Главные признаки клетки:

• способность к самостоятельному существованию;
• собственный обмен веществ;
• самовоспроизведение;
• развитие.

В эволюции жизни одним из важнейших этапов стало отделение ядра от цитоплазмы при помощи защитной мембраны. Связь сохранилась, ведь отдельно эти структуры не могут существовать. В настоящее время выделяют два надцарства — безъядерных и ядерных организмов. Вторую группу образуют растения, грибы и животные, изучением которых занимаются соответствующие разделы науки и в целом биология. Клетка растения обладает ядром, цитоплазмой и органоидами, речь о которых пойдет ниже.

Разнообразие клеток растений

На изломе спелого арбуза, яблока или картофеля можно заметить невооруженным глазом структурные «ячейки», заполненные жидкостью. Это клетки паренхимы плодов, имеющие диаметр до 1 мм. Лубяные волокна — вытянутые структуры, длина которых значительно превышает ширину. Например, клетка растения, которое называется хлопчатник, достигает в длину 65 мм. Волокна луба льна и конопли имеют линейные размеры, составляющие 40-60 мм. Типичные клетки намного меньше —20-50 мкм. Рассмотреть такие крохотные структурные элементы можно только под микроскопом. Особенности мельчайших единиц строения растительного организма проявляются не только в различиях по форме и размерам, но и в выполняемых функциях в составе тканей.

Клетка растения: основные черты строения

Ядро и цитоплазма тесно взаимосвязаны и взаимодействуют между собой, что подтверждают исследования ученых. Это главные части от них зависят все остальные элементы строения. Ядро служит для накопления и передачи генетической информации, необходимой для синтеза белка.

Британский ученый Р. Броун в 1831 году впервые заметил в клетке растения семейства орхидных особое тельце (нуклеус). Это было ядро, окруженное полужидкой цитоплазмой. Название этой субстанции означает в дословном переводе с греческого «первичная масса клетки». Она может быть более жидкой или вязкой, но обязательно покрыта мембраной. Наружная оболочка клетки состоит в основном из целлюлозы, лигнина, воска. Один из признаков, отличающих клетки растений и животных, — наличие этой прочной целлюлозной стенки.

Строение цитоплазмы

Внутренняя часть заполнена гиалоплазмой с взвешенными в ней мельчайшими гранулами. Ближе к оболочке так называемая эндоплазма переходит в более вязкую экзоплазму. Именно эти субстанции, которыми заполнена клетка растения, служат местом протекания биохимических реакций и транспорта соединений, размещения органоидов и включений.

Примерно 70-85 % цитоплазмы составляет вода, 10-20 % приходится на белки, другие химические компоненты — углеводы, липиды, минеральные соединения. Клетки растений имеют цитоплазму, в которой среди конечных продуктов синтеза присутствуют биорегуляторы функций и запасные вещества (витамины, ферменты, масла, крахмал).

Ядро

Сравнение клеток растений и животных показывает, что они имеют сходное строение ядра, находящегося в цитоплазме и занимающего до 20 % ее объема. Англичанин Р. Броун, впервые рассмотревший под микроскопом этот важнейший и постоянный компонент всех эукариотов, дал ему название от латинского слова nucleus. Внешний вид ядер обычно коррелирует с формой и размерами клеток, но иногда отличается от них. Обязательные элементы строения — мембрана, кариолимфа, ядрышко и хроматин.

В мембране, отделяющей ядро от цитоплазмы, имеются поры. Через них вещества поступают из ядра в цитоплазму и обратно. Кариолимфа представляет собой жидкое или вязкое ядерное содержимое с участками хроматина. Ядрышко содержит рибонуклеиновую кислоту (РНК), проникающую в рибосомы цитоплазмы для участия в синтезе белка. Другая нуклеиновая кислота — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) — также присутствует в больших количествах. ДНК и РНК впервые были обнаружены в животных клетках в 1869 году, впоследствии найдены в растениях. Ядро — это «центр управления» внутриклеточными процессами, место хранения информации о наследственных признаках всего организма.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Строение клеток животных и растений имеет значительное сходство. Обязательно присутствуют в цитоплазме внутренние канальцы, заполненные разными по происхождению и составу веществами. Гранулярная разновидность ЭПС отличается от агранулярного типа наличием рибосом на поверхности мембран. Первая участвует в синтезе белков, вторая играет роль в образовании углеводов и липидов. Как установили исследователи, каналы не только пронизывают цитоплазму, они связаны с каждым органоидом живой клетки. Поэтому значение ЭПС оценивают очень высоко как участника метаболизма, системы связи с окружающей средой.

Рибосомы

Строение клетки растений или животных трудно представить без этих мелких частиц. Рибосомы очень малы, увидеть их можно только в электронный микроскоп. В составе телец преобладают белки и молекулы рибонуклеиновых кислот, есть незначительное количество ионов кальция и магния. Практически все количество РНК клетки сосредоточено в рибосомах, они обеспечивают белковый синтез, «собирая» протеины из аминокислот. Затем белки поступают в каналы ЭПС и разносятся сетью по всей клетке, проникают в ядро.

Митохондрии

Эти органоиды клетки считают ее энергетическими станциями, они видны при увеличении в обычный световой микроскоп. Количество митохондрий варьируется в очень широких пределах, их может насчитываться единицы или тысячи. Строение органоида не отличается большой сложностью, есть две мембраны и матрикс внутри. Митохондрии состоят из белка липидов, ДНК и РНК, отвечают за биосинтез АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты. Для этого вещества клетки растений или животного характерно присутствие трех фосфатов. Отщепление каждого из них дает энергию, необходимую для всех процессов жизнедеятельности в самой клетке и во всем организме. Наоборот, присоединение остатков дает возможность запасать энергию и переносить в таком виде по всей клетке.

Рассмотрите на представленном ниже рисунке органоиды клетки и назовите те, что вам уже известны. Обратите внимание на крупный пузырек (вакуоль) и зеленые пластиды (хлоропласты). Речь о них пойдет дельше.

Комплекс Гольджи

Сложный клеточный органоид состоит из гранул, мембран и вакуолей. Комплекс был открыт в 1898 году и получил название в честь итальянского биолога. Особенности клеток растений заключаются в равномерном распространении частиц Гольджи по всей цитоплазме. Ученые считают, что комплекс необходим для регулирования содержания воды и продуктов жизнедеятельности, удаления избытков веществ.

Пластиды

Только клетки тканей растений содержат органоиды зеленого цвета. Кроме того, есть бесцветные, желтые и оранжевые пластиды. На их строении и функциях отражается вид питания растения, причем они способны менять цвет за счет химических реакций. Основные типы пластид:

• оранжевые и желтые хромопласты, образованные каротином и ксантофиллом;
• хлоропласты, содержащие зерна хлорофилла, — пигмента зеленого цвета;
• лейкопласты — бесцветные пластиды.

Строение клетки растений связано с идущими в ней химическими реакциями синтеза органического вещества из углекислого газа и воды с использованием световой энергии. Название этого удивительного и очень сложного процесса — фотосинтез. Осуществляются реакции благодаря хлорофиллу, именно это вещество способно улавливать энергию луча света. Наличием зеленого пигмента объясняется характерный цвет листьев, травянистых стеблей, незрелых плодов. Хлорофилл по строению похож на гемоглобин крови животных и человека.

Красная, желтая и оранжевая окраска различных органов растений обусловлена присутствием в клетках хромопластов. Их основой является большая группа каротиноидов, выполняющих важную роль в метаболизме. Лейкопласты отвечают за синтез и накопление крахмала. Пластиды растут и размножаются в цитоплазме, вместе с ней передвигаются вдоль внутренней оболочки клетки растения. Они богаты ферментами, ионами, другими биологически активными соединениями.

Отличия в микроскопическом строении основных групп живых организмов

Большинство клеток напоминают крошечный мешочек, наполненный слизью, тельцами, гранулами и пузырьками. Часто присутствуют разные включения в виде твердых кристаллов минеральных веществ, капель масел, крахмальных зерен. Клетки тесно соприкасаются в составе тканей растений, жизнь в целом зависит от деятельности этих мельчайших единиц строения, образующих целое.

При многоклеточном строении существует специализация, которая выражается в разных физиологических задачах и функциях микроскопических структурных элементов. Они определяются в основном местоположением тканей в листьях, корне, стебле или генеративных органах растения.

Выделим основные элементы проведенного сравнения клетки растения с элементарными единицами строения других живых организмов:

1. Плотная оболочка, характерная только для растений, образована клетчаткой (целлюлозой). У грибов мембрана состоит из прочного хитина (особого белка).
2. Клетки растений и грибов отличаются по цвету благодаря наличию или отсутствию пластид. Такие тельца, как хлоропласты, хромопласты и лейкопласты, присутствуют только в растительной цитоплазме.
3. Есть органоид, который отличает животных, — это центриоль (клеточный центр).
4. Только в составе клетки растения присутствует крупная центральная вакуоль, заполненная жидким содержимым. Обычно этот клеточный сок окрашен пигментами в разные цвета.
5. Главное запасное соединение растительного организма — крахмал. Грибы и животные накапливают в своих клетках гликоген.

Среди водорослей известно много одиночных, свободно живущих клеток. К примеру, таким самостоятельным организмом является хламидомонада. Хотя растения отличаются от животных присутствием целлюлозной клеточной стенки, но половые клетки лишены такой плотной оболочки — это еще одно доказательство единства органического мира.

Клетка-это элементарная живая система, тот кирпичик, из которого состоят все живые организмы, только у многоклеточных клетки различаются по строению и функциям, а у одноклеточных клетка сама-целый организм.

Клеткам присущи все свойства живого организма — обмен веществ, а значит и дыхание, питание и выделение; выработка необходимой для жизни энергии, размножение с передачей наследственной информации и др.

Вся живая материя на Земле делится на два надцарства — прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии. Все остальные организмы являются эукариотами, т.е. имеют ядро.

Рассмотрим подробно строение растительной клетки.

Клетки растений, так же как и клетки животных, состоят из наружной мембраны, цитоплазмы (протоплазмы) и ядра. Цитоплазма в свою очередь состоит из гиалоплазмы — желеобразного белкового вещества, и различных органелл, расположенных в ней.

У растений, грибов и бактерий, в отличие от животных и простейших, снаружи от цитоплазматической мембраны имеется еще одна оболочка — так называемая клеточная стенка . Она жесткая, прочная, и выполняет защитную, механическую и транспортную функции. У растений она состоит из целлюлозы (клетчатки) и пектинов. (у грибов -из хитина, а у бактерий из полисахаридов). Со временем происходит одревеснение клеточной стенки и отмирание клетки.

У злаков и некоторых других растений в клеточной стенке откладываются минеральные вещества, благодаря чему растение становится жестче — это защита от поедания животными.

В клеточной стенке имеются отверстия, через которые соседние клетки сообщаются друг с другом с помощью выростов — плазмодесм.

Гиалоплазма представляет собой густой раствор различных неорганических и органических молекул в воде. Она движется внутри клетки, увлекая за собой органеллы. Также она может пропускать через себя одни вещества и не пропускать другие, участвуя в обмене веществ как внутри клетки, так и между клетками.

Кроме того в растительной клетке находятся полости, ограниченные мембраной, и заполненные вязким клеточным соком — вакуоли. Клеточный сок — это вода с растворенными в ней минеральными солями и органическими веществами -глюкозой, фруктозой, пектинами и др., а также продуктами обмена. Иногда клеточный сок окрашен, и придает окраску растению, Например, у краснокочанной капусты. В старых клетках вакуоль может занимать почти весь объем клетки. Вакуоли служат хранилищем запасов воды в клетке, и придают тургор (плотность) тканям растения.

Цитоскелет. Цитоплазма клеток эукариотов пронизана трехмерной сетью белковых нитей, образующих так называемый цитоскелет. Цитоскелет выполняет три основные функции:

• Служит механическим каркасом, придающим клетке форму, а также связывает мембрану с органеллами
• Работает как мотор при движении или работе клетки (у животных — работа мышц, у растений — движение листьев, раскрывание лепестков и т.д)
• Служит «рельсами» для передвижения органелл, например, митохондрий или пластидов, внутри клетки

Митохондрии

Митохондрии — энергетические станции клетки. В них происходит образование энергии, необходимой для всех жизненных процессов в клетке. Поглощая из цитоплазмы органические вещества, митохондрии расщепляют их при участии кислорода (иначе говоря, «сжигают»), и синтезируют из них молекулы АТФ — основной источник энергии в клетке. При этом также образуется вода и углекислый газ. Таким образом митохондрии-основные потребители кислорода в клетке, и первыми страдают при его недостатке. Митохондрии состоят из двух мембран, гладкой наружной и складчатой внутренней. Складки внутренней мембраны образуют перегородки — кристы.

Пластиды

Пластиды — органеллы, состоящие из мембран, и содержащие особые пигменты. Пластиды имеются только у растений.

Выделяют три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты — содержат зеленый пигмент хлорофилл, они присутствуют в листьях и других зеленых частях растения. Хлоропласты участвуют в фотосинтезе — образовании органических веществ из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света.

Хромопласты — пластиды, содержащие другой пигмент — красного или желтого цвета. Хромопласты придают окраску цветам, осенним листьям. Они создают все разнообразие и красоту растительного мира.

И, наконец, лейкопласты — бесцветные пластиды, они содержатся в клетках луковиц, корней, стеблей и других неокрашенных частей растений. Зато в них накапливаются некоторые органические вещества.

При определенных условиях различные виды пластид могут превращаться друг в друга.

Ядро

Ядро — это хранилище наследственной информации — ДНК, а также главный регулятор синтеза белка. В ядре можно увидеть ядрышки, они исчезают, когда клетка начинает делиться. В ядрышках образуются рибосомы, органеллы, ответственные за синтез белка. ДНК в ядре находится в виде хромосом.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — это система мембран и цистерн, которые сообщаются с ядром, переходя в его мембрану. Это вызвано общими функциями этих органелл — синтезом белка и других веществ. Выделяют гладкую и шероховатую эндоплазматическую сеть. На мембранах шероховатой эндоплазматической сети находятся рибосомы. Ее функция — синтез белка. Гладкая эндоплазматическая сеть занимается синтезом липидов, участвует в углеводном обмене и др.

Аппарат Гольджи — Это еще одна мембранная органелла клетки. Выглядит Аппарат Гольджи как стопка цистерн, от которых отрываются пузырьки — секреторные гранулы. Аппарат Гольджи связан с эндоплазматической сетью, и занимается секрецией и транспортом белков, ферментов и всего того, что синтезировалось в ней. Образующиеся пузырьки с секретом — лизосомы — могут как перемещаться по клетке, так и выводить секрет наружу, в межклеточное пространство.

Рибосомы — маленькие, но очень важные органеллы, отвечающие за синтез белка. Они находятся в клетке как в свободном состоянии, так и прикрепленными к мембранам шероховатой эндоплазматической сети.

Клеточный центр (или центросома) — имеется не у всех растений. Это немембранная органелла, которая участвует в клеточном цикле — делении клетки, а также в формировании жгутиков и ресничек у некоторых растений.

Итак, мы разобрали основные органеллы растительной клетки, и теперь подведем итоги, за что же они отвечают:

Наименьшей частью организма является клетка, она способна существовать самостоятельно и имеет все признаки живого организма. В данной статье мы узнаем, какое строение имеет растительная клетка, кратко расскажем об её функциях и особенностях.

Строение клетки растения

В природе существуют как одноклеточные растения, так и многоклеточные. Например, в подводном мире можно встретить одноклеточные водоросли, которые имеют все функции присущие живому организму.

Многоклеточная особь - это не просто набор клеток, а единый организм, способный образовывать различные ткани, органы, которые взаимодействуют друг с другом.

Строение растительной клетки у всех растений одинаковое и состоит из одних и тех же компонентов. Её состав следующий:

• оболочка (пластинка, межклетник, плазмодесмы и плазмолеммы, тонопласт);
• вакуоли;
• цитоплазма (митохондрии; хлоропласты и другие органоиды);
• ядро (ядерная оболочка, ядрышко, хроматин).

Рис. 1. Строение клетки растения.

В отличие от животной, растительная клетка имеет особую целлюлозную оболочку, вакуоль и пластиды.

Изучение строения и функций растительной клетки показало, что:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

• самой значительной частью в организме является ядро , которое отвечает за все происходящие процессы. Оно содержит наследственную информацию, которая передаётся из поколения в поколение. От других органоидов отделяет ядро ядерная оболочка;
• бесцветное вязкое вещество, которое наполняет клетку, называется цитоплазмой . Именно в ней находятся все органоиды;
• под клеточной стенкой находится мембрана (тонопласт) , которая отвечает за обмен веществ. Это тоненькая плёнка, отделяющая оболочку от цитоплазмы;
• клеточная стенка достаточно прочная, так как в её состав входит целлюлоза. Поэтому функциями стенки является защита и придача формы;
• маленькими составными компонентами являются пластиды . Они могут быть цветными или бесцветными. Так, например, хлоропласты имеют зелёный цвет, именно в них происходит процесс фотосинтеза;
• внутренняя полость, заполненная соком, называется вакуолью . Размер её зависит от возраста организма: чем он старше, тем больше вакуоль. В состав сока входит водный раствор минеральных солей и органических веществ. Он содержит различные сахара, ферменты, минеральные кислоты и соли, белки и пигменты;

Рис. 2. Изменения размера вакуоли при росте растения.

• митохондрии способны передвигаться вместе с цитоплазмой, их основная роль - обмен веществ. Именно здесь происходит процесс дыхания и образования АТФ;
• аппарат Гольджи может иметь различные формы (диски, палочки, зёрнышки). Его роль - накопление и выведение ненужных веществ;
• рибосомы синтезируют белок. Находятся они в цитоплазме, ядре, митохондриях, пластидах.

Клеточное строение растений учёные открыли ещё в XVII веке. Клетки апельсиновой мякоти видны невооружённым глазом, но чаще всего рассмотреть растительный организм можно под микроскопом.

Рис. 3. Строение аппарата Гольджи.

Особенности растительного организма

Исследование разнообразия царства растений выявило такие особенности:

• в отличие от других живых организмов, растения имеют вакуоль, которая хранит все питательные и полезные вещества, расщепляет отжившие старые органеллы и белки;
• клеточная стенка по своему составу отличается от грибного хитина и стенок бактерий. В её состав входит целлюлоза, пектин и лигнин;
• связь между клетками осуществляется при помощи плазмодесм – так называемые поры в клеточной стенке;
• пластиды имеются только в растительном организме. Помимо хлоропластов это могут быть лейкопласты, которые делятся на два вида: одни из них запасают жиры, другие - крахмал. А также хромопласты, которые синтезируют и хранят пигменты;
• в отличие от животного организма, у растительной клетки нет центриолей.

План лекции

1. Общая характеристика растительной клетки.

3. Вакуоль и ее функции.

5. Цитоплазматические включения в растительной клетке.

6. Строение и функции ядра.

7. Типы деления клетки.

1. Общая характеристика растительной клетки

Клетка представляет собой основную структурную и функциональную единицу всех живых существ и обладает всеми признаками живого: ростом, обменом веществ и энергией с окружающей средой, делением, раздражимостью, наследственностью и др. Среди растений есть виды, представленные одной клеткой (некоторые виды водорослей), однако большинство является многоклеточными организмами. Строение клеток разнообразно и зависит от выполняемых ими функций.

По степени сложности внутренней организации клетки можно разделить на 2 типа: прокариотические и эукариотические. У прокариотов, в отличие от эукариотов, нет оформленного ядра, хромосом, пластид, митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, отсутствуют митоз и типичный половой процесс. Некоторые бактерии являются анаэробами.

К эукариотическим организмам, наряду с животными и грибами, относятся и растения. Они обладают сходным строением клеток, что связано с единым происхождением. К важнейшим отличительным признакам растительной клетки, возникшим в результате приспособления к автотрофному питанию, относятся следующие: жесткая углеводная оболочка; пластиды; центральная вакуоль; плазмодесмы; основное вещество запаса – крахмал.

В типичном случае растительная клетка состоит из протопласта (живого содержимого) и окружающей его оболочки – клеточной стенки. Общий план строения растительной клетки приведен на рис. 1.

Общий план строения растительной клетки

Растительная клетка

Клеточная Протопласт Включения

Ядро Цитоплазма

Гиалоплазма Органеллы

(цит.матрикс)

Немембранные Одномембранные Двумембранные

(рибосомы, (ЭПР, аппарат Гольджи, (митохондрии,пластиды)

микротрубочки, плазмалемма, вакуоль,

микрофиламенты) лизосомы, пероксисомы)

Протопласт можно подразделить на цитоплазму и ядро . Цитоплазма состоит из гиалоплазмы и органелл . Гиалоплазма представляет собой непрерывную водную коллоидную фазу клетки и обладает определенной вязкостью. Она способна к активному движению за счет трансформации химической энергии в механическую. Гиалоплазма связывает все находящиеся в ней органеллы, обеспечивая их постоянное взаимодействие. Через нее идет транспорт аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров, неорганических ионов, перенос АТФ.

Органеллы – это структурно-функциональные единицы цитоплазмы. В клетке выделяют три типа органелл: немембранные, одномембранные и двумембранные. Рассмотрим строение органелл, присущих растительным клеткам.

Рис.1. Общий план строения растительной клетки

2. Пластиды и их характеристика.

Пластиды встречаются только в растительных клетках. Выделяют три типа пластид (хлоро–, лейко– и хромопласты), которые отличаются друг от друга составом пигментов (цветом), строением и выполняемыми

функциями.

Хлоропласты имеют зеленый цвет и встречаются во всех зеленых органах растения (листьях, стеблях, незрелых плодах). Они содержат зеленый пигмент хлорофилл, который находится в хлоропластах в нескольких формах. Кроме хлорофилла в них содержатся пигменты, относящиеся к группе каротиноидов, в частности желтый (ксантофилл) и оранжевый (каротин), но обычно они маскируются хлорофиллом.

Хлоропласты, как правило, имеют линзовидную форму и сложное строение. Снаружи они ограничены оболочкой, состоящей из двух мембран.

У хлоропластов, особенно высших растений, значительно развиты внутренние мембранные поверхности, имеющие форму плоских мешочков, называемых тилакоидами (ламеллами). На их мембранах находится хлорофилл. Тилакоиды могут располагаться одиночно, но чаще собраны в стопочки – граны . Внутренняя среда пластид называется стромой . В строме хлоропластов всегда встречаются пластоглобулы – включения жирных масел, в которых растворены каротиноиды, а также рибосомы, светлые зоны с нитями ДНК, а в некоторых случаях – крахмальные зерна, белковые кристаллы. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Кроме того, в них, как и в митохондриях, происходит процесс образования АТФ из АДФ, который называется фотофосфорилированием. Хлоропласты способны также к синтезу и разрушению полисахаридов (крахмала), некоторых липидов, аминокислот, собственного белка.

Лейкопласты – бесцветные мелкие пластиды, встречающиеся в запасающих органах растений (клубнях, корневищах, семенах и т. д.). Для лейкопластов характерно слабое развитие внутренней системы мембран, представленной одиночными тилакоидами, иногда трубочками и пузырьками. Остальные компоненты лейкопластов (оболочка, строма, рибосомы, ДНК, пластоглобулы) сходны с описанными для хлоропластов. Основная функция лейкопластов – синтез и накопление запасных питательных веществ, в пер-

вую очередь крахмала, иногда белков. Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами, белок – протеопластами, жирные масла – олеопластами.

Пластиды, окрашенные в желтый, оранжевый, красный цвета, носят название хромопластов . Их можно встретить в лепестках (лютик, одуванчик, тюльпан), корнеплодах (морковь), зрелых плодах (томат, роза, рябина, хурма) и осенних листьях. Яркий цвет хромопластов обусловлен наличием каротиноидов, растворенных в пластоглобулах. Внутренняя система мембран в данном типе пластид, как правило, отсутствует. Хромопласты имеют косвенное биологическое значение: яркая окраска лепестков и плодов привлекает опылителей и распространителей плодов.

В молодых, меристематических клетках имеются пропластиды – органеллы, окруженные двумя мембранами и способные передвигаться подобно амебам. В онтогенезе, в зависимости от типа ткани и условий среды пропластиды могут развиваться в хлоропласты (на свету) или лейкопласты (чаще – без света, за исключением лейкопластов в эпидермисе), см. рис.2.

3. Вакуоль и ее функции

Вакуоли содержатся почти во всех растительных клетках. Они представляют собой полости, заполненные клеточным соком и ограниченные от цитоплазмы мембраной – тонопластом . Для большинства зрелых клеток растений характерна центральная вакуоль. Клеточный сок, содержащийся в вакуоли, представляет собой водный раствор различных веществ, являющихся продуктами жизнедеятельности протопласта. В его состав могут входить углеводы (сахара и полисахариды), белки, органические кислоты и их соли, минеральные ионы, алкалоиды, гликозиды, танины и другие растворимые в воде соединения.

Вакуоли в растительных клетках выполняют две основные функции: накопление запасных веществ, отходов и поддержание тургора. На второй функции остановимся подробнее. Концентрация ионов и сахаров в клеточном соке вакуоли, как правило, выше, чем в оболочке клетки. Поэтому при достаточном насыщении оболочки водой последняя будет поступать в вакуоль путем диффузии. Такой однонаправленный транспорт воды через полупроницаемую мембрану носит название «осмос». Поступающая в клеточный

сок вода оказывает давление на постенный протопласт, а через него – на оболочку, вызывая напряженное, упругое ее состояние, или тургор . Он дает сочным органам растения форму и положение в пространстве и является одним из факторов роста клетки.

Если клетку поместить в гипертонический раствор осмотически активного вещества (NaCl, KNO 3 , сахарозы), т. е. в раствор с большей концентрацией, чем концентрация клеточного сока, то начнется осмотический выход воды из вакуоли. В результате этого объем ее сократится, протопласт отойдет от оболочки по направлению к центру клетки, тургор исчезнет. Это явление обратимо и носит название «плазмолиз».

4. Строение клеточной оболочки.

Клеточная оболочка – структурное образование на периферии клетки, придающее ей прочность, сохраняющее ее форму и защищающее протопласт. Оболочка, как правило, бесцветна и прозрачна, легко пропускает солнечный свет. По ней могут передвигаться вода и растворенные низкомолекулярные вещества. Оболочки соседних клеток соединены пектиновыми веществами, образующими срединную пластинку.

Скелетным веществом оболочки клеток высших растений является целлюлоза. Молекулы целлюлозы, представляющие собой очень длинные цепи, собраны по нескольку десятков в группы – микрофибриллы . В них молекулы располагаются параллельно друг другу и связаны многочисленными водородными связями. Они обладают эластичностью, высокой прочностью и создают структурный каркас оболочки, а также погружены в ее аморфный матрикс, состоящий в основном из гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Молекулы матричных полисахаридов значительно короче молекул целлюлозы. Их цепи располагаются в оболочке достаточно упорядоченно и образуют многочисленные поперечные (ковалентные и водородные) связи как друг с другом, так и с целлюлозными микрофибриллами. Эти связи значительно повышают прочность клеточной оболочки. В зависимости от типа ткани, в состав которой входит клетка, в матриксе оболочки могут быть и другие органические (лигнин, кутин, суберин, воск) и неорганические (кремнезем, оксалат кальция) вещества.

В образовании структурных элементов клеточной оболочки принимают участие плазмалемма, аппарат Гольджи и микротрубочки. На плазмалемме происходит синтез микрофибрилл целлюлозы, а микротрубочки способствуют их ориентации. Аппарат Гольджи выполняет функцию образования

веществ матрикса оболочки, в частности гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Различают первичную и вторичную клеточные оболочки. Меристематические и молодые растущие клетки, реже клетки постоянных тканей, имеют первичную оболочку, тонкую, богатую пектином и гемицеллюлозой.

Вторичная клеточная оболочка образуется по достижении клеткой окончательного размера и накладывается слоями на первичную со стороны протопласта. Она обычно трехслойная, с большим содержанием целлюлозы.

Плазмодесмы присущи только растительным клеткам. Они представляют собой тонкие цитоплазматические тяжи, соединяющие соседние клетки. В одной клетке может содержаться от нескольких сотен до десятков тысяч плазмодесм. Стенки канала плазмодесмы выстланы плазмалеммой . По центру канала проходит мембранный цилиндр – центральный стержень плазмодесмы, соединенный с мембраной ЭПР. Между центральным стержнем и плазмалеммой в канале находится гиалоплазма . Плазмодесмы выполняют функцию межклеточного транспорта веществ.

Порами называют неутолщенные места оболочки (углубления), на которых отсутствует вторичная оболочка. Они содержат тончайшие отверстия, через которые проходят плазмодесмы. По форме порового канала различают простые и окаймленные поры. У простых диаметр канала приблизительно одинаков на всем протяжении от полости клетки до первичной оболочки и канал имеет форму узкого цилиндра. У окаймленных канал суживается в процессе отложения вторичной оболочки; поэтому внутреннее отверстие поры, выходящее в полость клетки, значительно уже, чем наружное, упирающееся в первичную оболочку. В смежных клетках поры располагаются напротив друг друга. Это облегчает транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. Общие поры имеют вид канала, разделенного перегородкой из срединной пластинки и первичными оболочками.

5.Цитоплазматические включения в растительной клетке.

Включения – это локальная концентрация некоторых продуктов обмена в определенных местах клетки.

Крахмальные зерна образуются только в строме пластид живых клеток. В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала. Значительно большего объема достигают зерна запасного (вторичного) крахмала, откладывающиеся в лейкопластах (амилопластах).

Различают простые, полусложные и сложные зерна.

Липидные капли накапливаются в гиалоплазме. Наиболее богаты ими семена и плоды, где они могут быть преобладающим по объему компонентом протопласта.

Запасные белки чаще всего откладываются в вакуолях в виде зерен округлой или овальной формы, бывают простыми и сложными (кристаллиты, глобоиды).

Кристаллы оксалата кальция – конечные продукты обмена; откладываются обычно в вакуолях. По форме различают одиночные кристаллы, друзы (шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов), рафиды (мелкие игольчатые кристаллы, собранные в пучки), кристаллический песок.

6. Строение и функции ядра

Ядро представляет собой обязательный органоид живой клетки. Оно всегда располагается в цитоплазме. В молодой клетке ядро обычно занимает центральное положение. Иногда оно остается в центре клетки, и окружено цитоплазмой (т. н. ядерный кармашек), которая связана с постенным слоем тонкими тяжами.

Ядро отделено от цитоплазмы двумембранной ядерной оболочкой, пронизанной многочисленными порами. Содержимое интерфазного (неделящегося) ядра составляют нуклеоплазма и погруженные в нее оформленные элементы – ядрышки и хроматин.

Ядрышки – сферические, довольно плотные тельца, состоящие из рибосомальной РНК, белков и небольшого количества ДНК. Их основная функция – синтез р-РНК и образование рибонуклеопротеидов (рРНК+белок), т. е. предшественников рибосом. Предрибосомы из ядрышка попадают в нуклеоплазму и через поры в ядерной оболочке переходят в цитоплазму, где и заканчивается их формирование.

Хроматин содержит почти всю ДНК ядра. В интерфазном ядре он имеет вид длинных тонких нитей, представляющих собой двойную спираль ДНК, закрученную в виде рыхлых спиралей более высокого порядка (суперспиралей). ДНК связана с белками-гистонами, располагающимися подобно бусинкам на ее нити. Хроматин, будучи местом синтеза различных РНК (транскрипции), представляет собой особое состояние хромосом, выявляющихся при делении ядра. Можно сказать, что хроматин – это функциони-

рующая, активная форма хромосом. Дело в том, что в интерфазном ядре хромосомы сильно разрыхлены и имеют большую активную поверхность.

Такое диффузное распределение генетического материала наилучшим образом соответствует контролирующей роли хромосом в обмене веществ клетки. Следовательно, хромосомы присутствуют в ядре всегда, но в интерфазной клетке не видны, потому что находятся в деконденсированном (разрых- ленном) состоянии.

6. Типы деления клетки.

Митотическое деление ядра. Митоз – основной способ деления ядра эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении генетического материала между дочерними клетками, что обеспечивает образование абсолютно идентичных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений. В процессе митоза условно выделяют 5 стадий: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Важнейшие признаки профазы – конденсация хромосом, распад ядрышка и ядерной оболочки и начало формирования веретена деления. На прометафазе наблюдается интенсивное движение хромосом, микротрубочки веретена вступают в контакт с хромосомами, а митотический аппарат приобретает форму веретена. На метафазе завершается образование веретена деления, хромосомы перестают двигаться и выстраиваются по экватору веретена, образуя однослойную метафазную пластинку.

Анафаза характеризуется разделением каждой хромосомы на две дочерние хроматиды и их расхождением к противоположным полюсам клетки. Телофаза длится с момента прекращения движения хромосом до окончания процессов, связанных с реконструкцией дочерних ядер и с разрушением веретена деления. Обычно за телофазой следует цитокинез, в течение которого происходит окончательное обособление двух дочерних клеток.

Процесс образования клеточной оболочки начинается на телофазе. В то время как в делящейся клетке происходит распад митотического веретена, по экватору клетки возникают многочисленные новые, относительно короткие микротрубочки, ориентированные перпендикулярно плоскости экватора.

Такая система трубочек носит название «фрагмопласт». В его центральной части появляются многочисленные пузырьки Гольджи, содержащие пектиновые вещества. Считается, что микротрубочки контролируют направление движения пузырьков Гольджи. В результате постепенного слияния пузырь-

ков в направлении от центра к периферии возникают длинные плоские мешочки (мембранные цистерны), которые, сливаясь с плазматической мембраной, делят материнскую клетку на две дочерние. Так возникает межклеточная серединная пластинка. Сливающиеся мембраны пузырьков Гольджи становятся частью плазмалеммы дочерних клеток. Далее каждая клетка начинает откладывать свою клеточную оболочку.

Таким образом, живая клетка проходит ряд последовательных событий, составляющих клеточный цикл. Продолжительность клеточного цикла варьируется в зависимости от типа клетки и внешних условий. Обычно клеточный цикл делят на интерфазу и пять фаз митоза.

Интерфаза – это период между двумя последовательными митотическими делениями. Ее можно разделить на три периода:

G1 – период общего роста и деления органелл;

S – период удвоения ДНК;

G2 – период подготовки к делению (формирование веретена деления и других структур).

Мейотическое деление ядра. Мейоз – редукционное деление ядра. Мейоз включает два следующих друг за другом деления, в каждом из которых выделяют те же фазы, что и в обычном митозе.

На профазе первого деления гомологичные хромосомы располагаются попарно: они соединяются, скручиваются, контактируя друг с другом по всей длине, т. е. конъюгируют, и могут обмениваться участками (кроссинговер). Хроматин конденсируется: выявляются хромосомы, исчезает ядрышко,

начинает формироваться веретено деления. На прометафазе № 1 окончательно фрагментируется ядерная оболочка и образуется веретено деления.

На метафазе № 1 гомологичные хромосомы образуют двухслойную метафазную пластинку, располагаясь по двум сторонам от экваториальной плоскости. Однако основное отличие от митоза наблюдается на анафазе № 1, когда гомологичные хромосомы каждой пары расходятся по полюсам деления без продольного разъединения на хроматиды.

В результате на телофазе № 1 у полюсов оказывается вдвое меньше хромосом, состоящих не из одной, а из двух хроматид. Распределение гомологичных хромосом по дочерним ядрам носит случайный характер.

Сразу без удвоения в образовавшихся дочерних ядрах начинается второе деление мейоза, которое полностью повторяет митоз с разделением хромосом на хроматиды. В результате этих двух делений образуются четыре гаплоидные клетки, связанные друг с другом (тетрада). При этом процесс удвоения ДНК между двумя делениями отсутствует; поэтому образуются гаплоидные клетки, несущие различную генетическую информацию. Двойной набор хромосом восстанавливается при оплодотворении. Биологическое значение мейоза состоит не только в обеспечении постоянства числа хромосом у организмов из поколения в поколение. Благодаря кроссинговеру и случайному расхождению гомологичных хромосом на анафазе № 1 деления, возникающие гаплоидные клетки содержат различные

сочетания хромосом. Это обеспечивает разнообразие хромосомных наборов и признаков у последующих поколений и, таким образом, дает материал для эволюции организмов.

Следует отметить, что мейоз может происходить на различных фазах жизненного цикла растений. Так, для большинства растений характерен спорический мейоз, приводящий к образованию гаплоидных спор. Для некоторых водорослей свойственны гаметический и зиготический (происходит в зиготе после оплодотворения) типы мейоза.

Отклонения от нормальных делений.

Амитоз – прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования структуры хромосом. Он может сопровождаться делением клетки либо ограничиваться делением ядра, что ведет к образованию многоядерных клеток. При этом типе деления наследственный материал не всегда равномерно распределяется между дочерними ядрами. Амитоз чаще встречается в клетках патологических или стареющих тканей.

Эндомитоз – это процесс многократного удвоения хромосомного материала в одном и том же ядре. Это происходит из-за нарушения митоза, когда в профазе ядерная оболочка не фрагментируется и количество хромосомного материала в одном ядре многократно удваивается. В результате плоидность клеток увеличивается в десятки и сотни раз. Эндомитоз характерен для клеток железистых волосков, члеников сосудов, склереид и др.

Полиплоидия. В некоторых случаях образованию половых клеток не предшествует процесс мейоза и они остаются диплоидными. При оплодотворении клетки нового растения будут содержать 3n или 4n набор хромосом. Степень плоидности может быть больше четырех (8-, реже 16-, 32- кратной и т.д.). Такие клетки называют полиплоидными.

Растения-полиплоиды обычно имеют крупные размеры. Многие высокопродуктивные сорта растений являются полиплоидами (томаты, пшеница, кукуруза).