Структурно-функциональные особенности растительной клетки. Основные органеллы, их функции, принципиальные отличия от клеток животных, грибов и бактерий.

Клетка является основной структурно-функциональной единицей организма. Если рассмотреть клетки под микроскопом, то можно увидеть, что они имеют сложное строение.

Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая пленка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме более или менее равномерно распределены очень мелкие тельца — пластиды.

Клеточная стенка придает клетке определенную форму и защищает ее содержимое. Она бесцветная, прозрачная и очень прочная. Мембрана, покрывающая клетку, называется клеточной (или плазматической) мембраной. Она пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества. Эта способность клеточной мембраны называется проницаемостью.

Цитоплазма состоит из густого тягучего вещества, в котором располагаются все другие части клетки. Она имеет особый химический состав. В ней протекают различные биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. В живой клетке цитоплазма постоянно движется, перетекает по всему объему клетки; она может увеличиваться в объеме.

Ядро является очень важной частью клетки. В нем находятся хромосомы, обеспечивающие передачу наследственных свойств клетки дочерним клеткам при делении. Ядро с ядрышком играет важную роль в жизнедеятельности клетки.

Ядро содержит гены, оно покрыто ядерной оболочкой, состоящей из двух бислойных мембран.

Поры регулируют вход и выход молекул из ядра.

Форма ядра поддерживается ядерной ламиной, состоящей из белка.

В ядре ДНК и белки (гистоны) формируют материал, называемый ХРОМАТИНОМ, который может конденсироваться при делении, образуя дискретные «единицы» – хромосомы.

Ядрышко – место образования рибосомальной РНК.

Вакуоль в клетках растительных организмов выполняет очень важную роль. Вакуоли — это резервуары, отделенные от цитоплазмы мембраной. В них содержится клеточный сок, накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности, ненужные клетке. Клеточный сок — водянистая жидкость с растворенными в ней сахарами, органическими кислотами, минеральными солями. Вакуоли наполняются клеточным соком в процессе всей жизни клетки. По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль, с увеличением размеров вакуоли увеличивается и размер клетки. Вакуоль играет ключевую роль в поддержании клеточного тургора, контролирует перемещение молекул из цитозоля в выделения клетки, хранит полезные вещетсва и расщепляет отслужившие старые белки и органеллы.

Пластиды бывают бесцветными, но чаще они окрашены в зеленый или красно-оранжевый цвет. От окраски пластид зависит окраска клетки и органов растения. Зеленый цвет растений обусловлен присутствием в их клетках зеленых пластид. Их называют хлоропластами (от греч. хлорос - "зеленый", пластос - "образующий", "вылепленный"). В пластидах осуществляется фотосинтез, в ходе которого клетка синтезирует органические вещества из неорганических.

Зеленый цвет хлоропласты получают благодаря особому зеленому веществу — хлорофиллу(от греч. хлорос - "зеленый", филлон - "лист"). С помощью хлорофилла клетки растений улавливают энергию солнечных лучей и образуют органические вещества (в виде сахаров).

Бесцветные пластиды называют лейкопластами (в них откладываются запасные питательные вещества: крахмал, масла и белок), а красно-оранжевые пластиды (в цветках, плодах) —хромопластами.

Наличие хлоропластов, крупной вакуоли и клеточной стенки — отличительная особенность клеток растений. Разные клетки растительного организма различаются по размерам, форме и функциям. Многообразие типов клеток появилось в растительном мире в ходе исторического процесса развития — эволюции (от лат. эволютио - "развертывание"). Эволюцией называют постепенные изменения свойств организмов с течением длительного времени. Своеобразие растительных клеток заключается в следую-

щем:

• наличие у каждой клетки собственного наружного скелета – прочной полисахаридной клеточной оболочки, которая окружает клетку и составляет её жесткий каркас;

• наличие постоянной вакуолярной системы (вакуома);

• наличие в протопласте системы пластид – специфических органелл, связанных с высокой синтезирующей способностью

растений;

• накопление эргастических включений – т.е. запасных питательных веществ и вредных продуктов обмена; запасные пи-

тательные вещества накапливаются почти во всех частях клетки, а вредные продукты обмена – в вакуолях;

• отсутствие необратимой специализации клеток, способность их к вторичному переходу в эмбриональное состояние

(тотипотентность);

• отсутствие центриолей (центросом) в центре организации микротрубочек (ЦОМТ);

• возникновение фрагмопласта при цитокинезе (делении клетки);

• рост путем растяжения – характерная особенность растительных клеток, связанная с наличием у них вакуоли и прочной

оболочки; при таком росте увеличение размера клетки происходит в основном за счет увеличения объема вакуоли.

7. Классификация структурных элементов растительной клетки, размеры растительных клеток, их уникальные особенности. Концентрации К⁺ и Са²⁺ внутри клетки, величина пор клеточных стенок.

Существуют растения, построенные из одной единственной клетки. К ним относятся одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы. Обычно это микроскопические организмы, но есть и довольно крупные одноклеточные (длина одноклеточной морской водоросли ацетабулярии достигает 7 см). Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни,— это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток. Например, в одном листе древесного растения их около 20 000 000. Если дерево имеет 200 000 листьев (а это вполне реальная цифра), то число клеток во всех них составляет 4000 000 000 000. Дерево в целом содержит еще раз в 15 больше клеток.

Размеры различных клеток варьируют чрезвычайно сильно— диаметр ряда бактерий не достигает и одного микрометра (мкм), длина же некоторых вытянутых клеток измеряется миллиметрами (мм). Даже в сравнительно небольшой бактериальной клетке содержится около 1012 молекул. Эта чудовищная сложность основной биологической единицы позволяет понять, почему биологические исследования и по методам, и по точности результатов столь существенно отличаются обычно от экспериментов физических и химических, где исследователи часто» имеют дело с такими элементарными единицами, как отдельный протон или квант.

Если растительная клетка выращивается изолированно, та форма ее обычно приближается к сферической, на если она растет в окружении других клеток, то они сдавливают ее, и тогда она принимает форму многогранника. Клетка из зоны растяжения стебля или корня по форме напоминает коробочку длиной около 50 мкм, шириной 20 мкм и высотой 10 мкм. Объем ее равен приблизительно 10 000 мкм3. В одном кубическом сантиметре (1 см3) при плотной упаковке помещается да 100-106 таких клеток. Структура растительной клетки сложна и высокодифференцированна, но в первом приближении мы можем вычленить в ней три главные зоны: 1) клеточную стенку — сравнительно жесткое образование, по всей вероятности неживое, представляющее собой высокоструктурированную и в химическом отношении сложную смесь веществ, выделяемых протопластом; 2) протопласт — живую часть клетки, в которой заключены все клеточные органеллы, суспендированные здесь в сложном растворе, и 3) вакуоли — неживые образования, как бы мембранные мешки, служащие резервуарами или хранилищами клетки; они заполнены водным раствором поглощенных клеткой неорганических солей и органических веществ, представляющих собой продукты метаболической активности клетки. Клеточные стенки у растения играют роль скелета, т. е. обеспечивают должную жесткость и способствуют сохранению формы организма. Вакуоли также участвуют в выполненииэтой функции — за счет давления, оказываемого их содержимым на цитоплазму и стенку клетки.Кроме того, вакуоли служат своеобразной секреторной системой, так как попадающий в них мате-териал тем самым эффективно выводится из сферы активных химических превращений, совершающихся в клетке. Остается, таким образом, протопласт, и именно в нем следует вам видеть арену той непрерывной активности, которая характеризует высокоорганизованное и динамическое состояние, именуемое жизнью.

(др.вариант)

Размеры клеток

Размеры растительных клеток сильно варьируют. Однако они находятся в определенных пределах, характерных для данного рода растения и типа клетки. Размеры клеток не зависят от размеров самого растения. Отношение поверхности клетки к её объёму уменьшается с увеличением объёма. Чем крупнее клетка, тем более затруднены её связи с внешней средой. Поэтому величина клетки не может быть особенно большой. Так, наиболее метаболически активные клетки (например, в меристемах) имеют очень мелкие клетки, а неактивные, например, запасающие – крупные. Самые мелкие клетки, как известно, имеют бактерии. Так, диаметр клеток ряда бактерий не превышает 1 мкм (одной тысячной миллиметра). Длина же некоторых прозенхимных клеток высших растений может измеряться сантиметрами. Однако у большинства высших растений диаметр клеток обычно находится в пределах 10-100 мкм. Паренхимные клетки имеют большие размеры в том случае, если они выполняют запасающую функцию. Например, клетки клубней картофеля, клетки сочных плодов. Так, мякоть плодов цитрусовых, арбуза состоит из клеток диаметром в несколько миллиметров; эти клетки видны невооруженным глазом. Размеры длинных прозенхимных клеток гораздо больше. В частности, волосок хлопчатника (Gossypium herbaceum) – 1-5 см, волокно льна (Linum usitatissimum) – до 4 см, волокно крапивы (Urtica) – до 8 см. Однако в поперечном сечении они микроскопически малы – б. ч. в пределах 50-100 мкм. К самым длинным клеткам относят сосуды молочая (Euphorbia). У некоторых древесных видов семейства Euphorbiaceae млечные сосуды достигают нескольких метров.