6.Происхождение, строение и функции клеточной оболочки.
История открытия клетки, клеточная теория. Клетка - основная структурная единица живого. Открытие ее (Гук,1665; Мальпиги; Грю, 1671) связано с изобретением светового микроскопа. Дальнейшие исследования Р. Вирхова, К. Бэра показали, что организмы начинают свое развитие из одной клетки, каждая клетка образуется путем деления материнской. Это нашло свое выражение в клеточной теории, основные положения которой сформулированы французским ботаником Дютроше (1824), русским ботаником Горяниновым П.Ф.(1834) и немецкими исследователями Шлейденом и Шванном (1838-1839).
Современная клеточная теория включает следующие основные положения:
1 .Клетка - основная единица строения, развития и жизнедеятельности живых организмов.
2. Клетки растений и животных сходны по строению.
3. Клетки образуются в результате деления материнских клеток.
4. Клетки специализированы по функциям и образуют ткани.
5. Ткани формируют органы.
Более глубокие представления о строении клетки связаны с появлением фазово-контрастного, электронного, трансмиссионного и сканирующего микроскопов, которые обеспечивают увеличение в сотни тысяч раз.
Строение клетки. Основными структурными частями клетки являются: оболочка, цитоплазма, ядро, вакуоль. Живая часть клетки (цитоплазма, ядро) называется протопластом.
Клеточная оболочка . Клетки растений окружены плотной оболочкой. Наличием ее они отличаются от клеток животных, хотя установлено, что и клетки животных покрыты оболочкой гликопротеидного вещества муцина (сахар и белок) - яйца морских ежей, амфибий, клетки, выстилающие желудочно-кишечный тракт, эпителий и др.
Клеточная оболочка защищает протопласт от неблагоприятных внешних воздействий и придает клетке определенную форму и прочность.
Клеточная оболочка состоит главным образом из полисахаридов - целлюлозы 50%, гемицеллюлозы 30% и пектиновых веществ 20%.
Целлюлоза имеет фибриллярное строение. Глюкозные остатки в молекуле целлюлозы образуют цепи - мицеллы, которые объединяются в пучки. Мелкие пучки в крупные и т.д.
Чистая целлюлоза бесцветна, прочна и стойка против различного рода механических и физических воздействий. Промежутки между пучками мицелл заполнены пектиновыми веществами, способными при намачивании набухать. Пектиновые вещества заполняют и межклеточные пространства, склеивая клетки между собой. Часто на стенках клеток откладывается не целлюлоза, а гемицеллюлоза, вещество, стоящее ближе к крахмалу.
Утолщение клеточных оболочек происходит в основном за счет пропитывания их особыми веществами, обеспечивающими дополнительную прочность и стойкость. Это лигнин, суберин, кутин. Лигнин - вещество, близкое к целлюлозе, но углерода в нем относительно больше. Такое видоизменение - одревеснение.
Суберин и кутин по своей природе близки к жирам. Клеточные оболочки, пропитанные ими, не смачиваются водой и почти непроницаемы для воды и газов. Это уменьшает испарение с поверхности клеток. Кутикулой покрывается только наружная поверхность клеточных оболочек (поверхность листа), поэтому клетки сохраняют свою жизнеспособность. Сквозное пропитывание этими веществами клеточной оболочки приводит к опробковению, что вызывает отмирание протопласта клетки.
Минерализация оболочек отмечена в небольшой степени у всех клеток. Обычно это бывают соли кальция или кремниевой кислоты. Кальций встречается в виде углекислой или щавелевокислой извести. Углекислая известь может откладываться не только в оболочках, но на поверхности эпидермы, осаждаясь из выделений водных устьиц (в жгучих волосках крапивы вместе с кремнеземом).
Формирование и рост клеточной оболочки. Образовавшаяся в процессе деления клеток общая для них перегородка представляет собой тончайшую пленку из целлюлозы. В нее даже проникают частицы цитоплазмы протопластов соседних клеток. Эта тонкая целлюлозная пленка называется первичной оболочкой , содержит около 5% целлюлозы. Вначале первичная оболочка общая для двух соседних клеток. Затем она утолщается и разделяется, и каждая клетка получает свою первичную оболочку. Между ними возникает тончайший слой аморфного вещества - межклеточная или срединная пластинка . По физическим и химическим свойствам она имеет пектиновую природу. Она может разрушаться, и соседние клетки разъединяются. По мере роста молодых клеток увеличивается и первичная оболочка, становится толще.
Вначале, у очень молодых клеток мицеллярные тяжи образуют трехмерную сетку. Она легко растягивается. По мере роста клетки, оболочка растягивается, к уже имеющимся пучкам мицелл присоединяются новые. Сетка становится более плотной и тесной. Общая толщина ее растет. Пластичность оболочки снижается, и закрепляется определенный размер и форма клетки. Последующее утолщение клеточной оболочки называется вторичным, а наслаивающаяся оболочка называется вторичной оболочкой . Такова схематично сложная морфологическая структура клеточной оболочки. Сложность эта усугубляется еще тем, что вторичное утолщение никогда не бывает сплошным, равномерным, а бывает самым разнообразным: кольчатым, спиральным, лесничным, сетчатым, точечным.
Кольчатые и спиральные утолщения представляют собой кольца или спирали круглого сечения, расположенные внутри клетки, имеющей форму цилиндрической трубки. Они соединены с внутренней поверхностью первичной оболочки лишь узкой спайкой, не препятствуют удлинению клеток, росту их в длину.
Утолщения могут быть в виде сетки на внутренней поверхности клеточной оболочки, и в виде ступенек, вдающихся внутрь клетки, и почти сплошное. В последнем случае остаются не утолщенными лишь узкие пространства округлой или щелевидной формы.
В первичной оболочке имеются не утолщенные места - поры. В связи с различным характером утолщений, форма и конструкция пор может быть самой разнообразной:
Простые поры - у них стенки канала, образуемого вторичной оболочкой, опускаются к первичной оболочке ровно, отвесно.
Полуокаймленные - вторичная оболочка с одной стороны.
Окаймленные поры - вторичная оболочка как бы нависает над не утолщенным местом так, что канал во вторичной оболочке приобретает форму воронки, приставленной раструбом к первичной оболочке. Пленка первичной оболочки, разгораживающая в поре два встречных канала, может иметь утолщение в виде диска или линзы, которое называется торусом.
Очертания как простой, так и окаймленной поры не всегда округлое, оно может быть вытянутым, эллиптическим. Первичная оболочка в области пор пронизана тончайшими отверстиями-перфорациями, через которые проходят тяжи цитоплазмы-плазмодесмы, соединяющие клетки и обеспечивающие жизнедеятельность растения как целостного организма.
Видоизменения клеточной оболочки :
одревеснение – инкрустация лигнином;
опробковение – инкрустация суберином;
кутинизация – образование слоя кутина на внешней поверхности оболочки;
минерализация – пропитывание солями кальция или кремния.
Ослизнение клеточных оболочек . Может быть нормальное (биологическое), полезное для растений и патологическое (болезненное), вызываемое бактериями.
Нормальное ослизнение целлюлозных оболочек поверхностного слоя клеток семян льна, айвы, тыквы, некоторых видов ромашки способствует закреплению семян в почве, создается лучший контакт с ней и лучшие условия произрастания.
В патологических случаях могут ослизняться стенки не только поверхностных, но и глубинных клеток. Этот процесс вызывается специальными бактериями, является болезнью растений и называется гуммозом. Часто поражает плодовые деревья, особенно вишни, сливы. Из коры дерева вытекает слизь, вишневый клей. Гуммоз развивается медленно и в конечном счете приводит к гибели дерева.
Клеточная стенка (оболочка) придает клеткам механическую прочность, защищает их содержимое от повреждений и избыточной потери воды, поддерживает форму клеток и их размер, а также препятствует разрыву клеток в гипотонической среде. Клеточная стенка участвует в поглощении и обмене различных ионов, т. е. является ионообменником. Через клеточную оболочку осуществляется транспорт веществ.
В состав клеточной стенки входят структурные компоненты (целлюлоза у растений и хитин у грибов), компоненты матрикса (гемицеллюлоза, пектин, белки), инкрустирующие компоненты (лигнин, суберин) и вещества, откладывающиеся на поверхности оболочки (кутин и воск).
Гемицеллюлозы - это группа полисахаридов (полимеры пентоз и гексоз - ксилозы, галактозы, маннозы, глюкозы и др.)
Пектиновые вещества - это полимеры, построенные из моносахаридов (арабинозы и галактозы), галактуроновой кислоты (сахарной кислоты) и метилового спирта.
33.Клеточное ядро: строение, функции, хим. состав.
Ядро – основной компонент клетки, несущей генетическую информации Ядро – располагается в центре. Форма различная, но всегда круглая или овальная. Размеры различны. Содержимое ядра – жидкая консистенция.Ядерная оболочка состоит из 2 мембран, разделённых перенуклеарным пространством. Оболочка снабжена порами, через которые происходит обмен крупными молекулами различных веществ. Оно может находиться в 2 состояниях: покоя – интерфазы и деления – митоза или мейоза.
В ядре клетки различают основные структуры: 1) ядерную оболочку (ядерную мембрану), через поры которой осуществляется обмен между ядром клетки и цитоплазмой.
2) ядерный сок, или кариоплазму,- полужидкую, слабо окрашиваемую плазматическую массу, заполняющую все ядра клетки и содержащую в себе остальные компоненты ядра;
3)хромосомыкоторые в неделящемся ядре видны только с помощью специальных методов микроскопии (на окрашенном срезе неделящейся клетки хромосомы обычно имеют вид неправильной сети из темных тяжей и зернышек, в совокупности называемых хроматином);
4) одно или несколько сферических телец - ядрышек, являющихся специализированной частью ядра клетки и связанных с синтезом рибонуклеиновой кислоты и белков.
Главные функции клеточного ядра:
1.хранение информации;
2.передача информации в цитоплазму с помощью транскрипции, т. е. синтеза переносящей информацию и-РНК;
3.передача информации дочерним клеткам при репликации - делении клеток и ядер.
Химический состав различных клеток может заметно отличаться, однако ряд веществ обязательно содержится в каждой клетке. Из неорганических веществ - это вода и минеральные соли (хлориды калия, натрия, кальция, магния и др.), из органических - белки, жиры и углеводы. Белки и белковые соединения являются важнейшими компонентами, именно их свойства лежат в основе процессов, происходящих в клетке как живой системе.
Клеточные мембраны
Клеточная мембрана-
отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулирует обмен между клеткой и средой;
Состоит клеточная мембрана из бинарного ряда липидов и белков.
Функции:
1. барьерная - обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой.
2. Транспортная(активный,пассивный) - через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки.
3. матричная - обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
4. механическая - обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях).
5. энергетическая - при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;
6. рецепторная - некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
7. ферментативная - мембранные белки нередко являются ферментами (белки, выполняющие роль катализаторов в живых организмах.)
35.Крахмал:физиологическая роль, биосинтез и распад в растении
Крахмал(С6Н10О5)n представляет собой природный полимер. Причем крахмал не индивидуальное вещество, а смесь двух полимеров состава – амилозы (10–20 %) и амилопектина (80–90 %), состоящих из остатков a-D-глюкозы.
Амилоза - длинные не разветвленные цепи, сост из глюкопиранозы, соед между 1 и 4 углеродным атомом. Легко растворяется в теплой воде, растворы не устойчивы и могут образовывать остатки. С йодом окрашивается в синий цвет.
Амилопектин- состоит из a-D глюкопиранозы. Связи которые имеются между 1,4 и 1,6 атомами углерода. Точки ветвления образуются через 25-30 остатков глюкозы.
Крахмал, являясь одним из продуктов фотосинтеза, широко распространен в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %).
В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной - для обработки тканей, в бумажной - в качестве наполнителя.
БИОСИНТЕЗ:1.Для образования амилазы необходимо:
а)уридиндифосфатглюкоза(УДФГ)
б)затравка(3,4 остатка глюкозы)
2.Для образования амилопектина необходимо:
а)затравка
б)Со-глюкан ветвящийся(расщепляет связи 1,4 образуя их в 1,6)
Распад крахмала происходит при участии двух процессов - гидролиза и фосфоролиза.
Гидролитический распад крахмала осуществляется под действием четырех ферментов класса гидролиз α-амилаза, катализирует расщепление α(1-4)-связи, причем связи разрываются беспорядочно. Конечный продукт такого распада - мальтоза, глюкоза, декстрины. Под действием β-амилазы происходит расщепление α (1-4)-связей с образованием остатков мальтозы. Фермент глюкоамилазы катализирует последовательное отщепление остатков глюкозы от молекулы крахмала. Амилопектин-1,6-глюкозидаза или R-фермент катализирует расщепление α(1-6)-связей в молекуле амилопектина, т. е. действует на точки ветвления.
Фосфоролиз - это присоединение фосфорной кислоты по месту разрыва глюкозидной связи между остатками моносахаридов в цепи полисахарида, при этом происходит образование глюкозо-1-фосфата. Эта реакция катализируется ферментомаглюконфосфорилазой, относящимся к классу трансфераз. Крахмал в растении может подвергаться очень быстрому распаду, так как ферменты распада находятся во всех органах растения.
36.Лиазы,лигазы и их роль в растении.
ЛИАЗЫ, класс ферментов, катализирующих реакции, в результате которых происходит разрыв связи(С-С, С-О, С-N и др)сопровождающийся образованием двойных связей, а также обратные реакции присоединения по двойным связям.
В названии фермента присутствуют слова "декарбоксилаза" и "альдолаза" или "лиаза" а для ферментов, катализирующих реакции отщепления воды от субстрата - "дегидратаза" (карбонат-дегидратаза, цитрат-дегидратаза, серин-дегидратаза и др.). В тех случаях, когда обнаружена только обратная реакция, или это направление в реакциях более существенно, в названии ферментов присутствует слово "синтаза" (малат-синтаза, 2-изопропилмалат-синтаза, цитрат-синтаза и др).
лиазы - катализирующие присоединения какой-либо атомной группировки к органическим соединениям или отщепляющие от субстратов определенную группу без участия воды;
ЛИГАЗЫ
(латин. ligāre
- сшивать, соединять) - фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование
). При этом обычно происходит отщепление (гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул.
лигазы, илисинтетазы, - катализирующие синтез органических соединений, происходящий при участии АТФ (с использованием энергии этого соединения).
37.Лист как основной фотосинтезирующий орган.
Лист растения - это основной орган растения, где проходит процесс фотосинтеза. Поскольку в основном лист покрыт малопроницаемой для газов кутикулой, то поступление СО 2 в ткани идет через устьица, а в тканях - через сильно разветвленную сеть межклеточных воздухоносных каналов.
К верхней стороне листа прилегает палисадная паренхима, клетки которой расположены перпендикулярно, плотно соприкасаются друг с другом и содержат много хлоропластов. Эта палисадная паренхима и является основной ассимиляционной тканью. К нижнему эпидермису прилегает губчатая паренхима с рыхло расположенными клетками и межклетниками. Кроме того, весь лист пронизан жилками, по которым идет перенос веды, минеральных ионов и ассимилятов.
В палисадной паренхиме нет ни одной клетки, которая отстояла бы от ближайшей к ней жилки дальше, чем на несколько клеточных диаметров.
Пройдя сквозь устьичный барьер, атмосферный СО 2 растворяется в воде, гидратируется и превращается в угольную кислоту, а затем диссоциирует до бикарбонат-ионов (НСО 3 +), запас которых и служит резервом потенциального СО 2 для использования в фотосинтезе.
Поскольку основной тканью, поглощающей энергию солнца, является палисадная паренхима, содержащая максимальное количество хлоропластов, то, зная соотношение между площадью листа и площадью поверхности хлоропластов, можно приблизительно определить и поглощающую способность посевов. Так, на 1 га посева в среднем приходится 5 га листовой поверхности, то есть 1000 га поверхности хлоропластов, так как 1 см 2 листовой поверхности соответствует 200 см 2 поверхности хлоропластов. При этом площадь поверхности межклетников, испаряющих воду составляет 50 га. В этом проявляется общебиологический закон - создание внутренних рабочих поверхностей при сравнительно малых наружных испаряющих площадях за счет затрат небольших количеств материала.
В зависимости от условий обитания растений (засушливый или избыточно влажный климат, тропический климат с чрезмерной интенсивностью солнечного излучения) в строении листьев могут наблюдаться те или иные морфологические или биохимические особенности, однако общие принципы строения листа сохраняются.
38.Макроэргические соединения растительной клетки и их роль в жизни растений.
К макроэргическим соединениям относится определенный тип веществ, в ходе превращения которых происходит большее изменение свободной энергии, составляющее в стандартных условиях 30-60кДж/моль.
В состав любого макроэргического соединения входит группировка атомов, присоединенная сильно полярной связью, которую обозначают специальном символом ” ~” и называют макроэргической связью. В зависимости от макроэргической связи различают 3 группировки макроэргических соединений:
1.Фосфаты –содержат остатки ортофосфорной кислоты,соединенные макроэргической связью с остатками нуклеотидов (нуклеозидполифосфаты), карбоновых кислот(ацилфосфаты), аминными (амидинфосфаты) и енольными (енолфосфаты) производными.
К важнейшим нуклеозидполифосфатам относятся
· АТФ(аденозинтрифосфат),ГТФ(гуанозинтрифосфат),УТФ(уридинтрифосфат),ЦТФ(цитидинтрифосфат).
· Ацилфосфатом является 1,3-дифосфоглицериновая кислота
· Енолфосфатом является фосфоенолпировиноградная кислота
· Амидинфосфатом является аргининфосфат
2.Тиоэфиры-ацильные производные CoА.Важнейшим является ацетил CoA.
Другие макроэргические тиоэфиры отличаются от ацетила CoA длинной цепи углеводородного радикала, характерной для конкретной карбоновой кислоты(пропионилкофермент А, малонилкофермент А и др.)
3.Имидазолы.
Представитель имидазолов является ацетилимидазол
АТФ является главным акцептором энергии, освобождающейся при расщеплении органических соединений в клетках, и основным переносчиком, поставщиком энергии, необходимой для осуществления синтетических процессов.
39 Митохондрии:строение и функции
Митохондрия – двумембранный полуавтономный органоид, осуществляющий синтез АТФ.Форма митохондрий разнообразна, они могут быть палочковидными, нитевидными или шаровидными. Стенки митохондрий образованы двумя мембранами: внешней и внутренней. Внешняя мембрана - гладкая, а внутренняя образует многочисленные складки - кристы. Во внутренней мембране встроены многочисленные ферментные комплексы, которые осуществляют синтез АТФ.
Митохондрии называют полуавтономными органоидами. Это означает, что они зависят от клетки, но в то же время сохраняют некоторую самостоятельность. Так, например, митохондрии сами синтезируют собственные белки, в том числе и ферменты своих ферментных комплексов. Кроме того, митохондрии могут размножаться путем деления независимо от деления клетки.
Внутреннее пространство митохондрий заполнено бесструктурным однородным веществом (матриксом). В матриксе располагаются кольцевые молекулы ДНК, РНК и мелкие рибосомы (как у прокариот). В ДНК митохондрий записана информация о строении митохондриальных белков. РНК и рибосомы осуществляют их синтез. Рибосомы митохондрий мелкие, по строению они очень похожи на рибосомы бактерий..
Складчатость внутренней мембраны имеет большое значение. На складчатой поверхности может расположиться больше ферментных комплексов, чем на гладкой поверхности. Количество складок в митохондрии может изменяться в зависимости от потребности клеток в энергии.Если клетка нуждается в энергии, то число крист увеличивается. Соответственно увеличивается и число ферментных комплексов, расположенных на кристах. В результате будет образовано большее количество АТФ. Кроме того, в клетке может возрастать общее количество митохондрий. Если клетка не нуждается в большом количестве энергии, то количество митохондрий в клетке снижается и уменьшается количество крист внутри митохондрий.
Основная функция - окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтеземолекул АТФ, который происходит за счёт движения электрона по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны.
40.Моносахориды,их фосфорные эфиры, биосинтез и превращение в растениях. Значение моносахоридов.
Моносахариды(триозы,тетрозы,пентозы,гексозы,гектозы) - бесцветные кристаллические вещества, хорошо рстворимые в воде, плохо - в спирте, нерастворимые в эфире. Моносахариды - основной источник энергии в организме человека. Моносахариды представляют собой соединения со смешанными функциями из-за наличия в их структуре различных реакционноспособных групп. Моносахариды нелетучи, легко растворяются в воде и других полярных растворителях, что связано с наличием в их структуре большого количества полярных гидроксильных групп. Большинство из них легко кристаллизируются, устойчивы при воздействии разведенных кислот.
Подобно многоатомным спиртам, моносахариды взаимодействуют с гидроксидами, а также с оксидами металлов, при этой водород гидроксильных групп замещается на металл и образуются соединения типа алкоголятов, называемые сахаратами.
Самый важный моносахарид - глюкоза. Название произошло от греческого - glykys - сладкий. Химическая формула - C 6 H 12 O 6 . Молекулы глюкозы выполняют роль биологического топлива в одном из важнейших энергегетических процессов в организме - в процессе гликолиза. В пентозном цикле глюкоза окисляется до СО 2 и воды, генерируя энергию для некоторых реакций. В природе встречается D - глюкоза.
Глюкоза очень легко окисляется оксидами и гидроксидами тяжелых металлов. Полное окисление глюкозы идет по уравнению:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6 H 2 O + 686 ккал.
Глюкоза 6 фосфат является фосфорным эфиром
Значение:
1.Играет большую роль в обмене веществ
2. Являются промежуточным продуктом в фотосинтезе и дыхании и учавствуют в биосинтезе липидов
3.Учавствуют в синтезе углеводов и образовании фитогармонов
Производными моносахаридов являются
:
Урановые кислоты – глюкуроновая, галактуроновая, аскорбиновая кислоты. Очень часто они входят в состав протеогликанов;
Аминосахара – глюкозамин, галактозамин. Ряд антибиотиков (эритромицин, карбомицин) содержат в своём составе аминосахара;
Сиаловые кислоты. Входят в состав протеогликанов и гликолипидов;
Гликозиды – примером служат сердечные гликозиды, антибиотик стрептомицин.
Биосинтез моносахаридов из углекислого газа и воды происходит в растениях с участием активированных производных моносахаридов - нуклеозиддифосфатсахаров - происходит, как правило, биосинтез сложных углеводов. Распад моносахаридов в организме (например, спиртовое брожение, гликолиз) сопровождается выделением энергии.
Морозоустойчивость растений
Морозоустойчивость растений, способность растений переносить температуру ниже 0˚С и низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны предотвращать или уменьшать действие низких отрицательных температур.
Растения переносят условия зимы в различные периоды онтогенеза. У однолетних культур зимуют семена (яровые растения), раскустившиеся растения (озимые), у двулетних и многолетних - клубни, корнеплоды, луковицы, корневища, взрослые растения. Способность озимых, многолетних травянистых и древесных плодовых культур перезимовывать обусловливается их достаточно высокой морозоустойчивостью. Ткани этих растений могут замерзать, однако растения не погибают.
Фазы закаливания:
Первая фаза закаливания проходит на свету и при низких положительных температурах в ночное время (днем около 10 °С, ночью около 2 °С), останавливающих рост, и умеренной влажности почвы. Озимые злаки проходят первую фазу на свету при среднесуточной температуре 0,5-2 °С за 6-9 дней, древесные - за 30 дней. В эту фазу продолжается дальнейшее замедление и даже происходит полная остановка ростовых процессов.
Вторая фаза закаливания не требует света и начинается сразу же после первой фазы при температуре немного ниже 0 °С. Для травянистых растений она может протекать и под снегом. Длится она около двух недель при постепенном снижении температуры до -10…-20 °С и ниже со скоростью 2-3 °С в сутки, что приводит к частичной потере воды клетками, освобождению клеток тканей от избыточного содержания воды или витрификации (переходу воды в стеклообразное состояние). Явление витрификации воды в растительных клетках наступает при резком охлаждении (ниже -20 °С). Стеклообразная растительная ткань долго сохраняет свою жизнеспособность.
42.Настии и их роль в растении
Настии – движения органов растения, вызываемые раздражителями, действующими равномерно на все растения, например изменениями температуры, влажности, освещенности и т. п.
Классификация настий:
1.Термонастии - движения, которые вызваны изменениями температуры.
2.Фотонастии - движения, которые вызваны сменой освещенности.
3.Никтинастии - движения растений, связанные с комбинированным изменением, как освещенности, так и температуры. Такое комбинированное воздействие наступает при сменах дня и ночи. Примером служат движения листьев у ряда бобовых.
4.Тургорные движения - являются связанными с изменением тургора. К ним относятся никтинастические движения листьев. Так, для листьев многих растений также характерны ритмические движения, связанные с изменением тургора в клетках листовых подушечек.
5.Сейсмонастии - движения, вызванные прикосновением, сотрясением и т.п
6.Автонастии - самопроизвольные ритмические движения листьев, не связанные с изменениями внешних условий.
Настии играют большую роль в жизни растений, это один из признаков приспособленности растений к среде обитания, к активной реакции на воздействие различных ее факторов.
Клеточная оболочка.
Снаружи клетка окружена оболочкой, основу которой составляет плазматическая мембрана, или плазмалемма (см. рис. 2), имеющая типичное строение и толщину7,5 нм.Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции:определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механическихвоздействий проникновения повреждающих биологических агентов; осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничиваетвнутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой иокружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава;участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячивании цитоплазмы (микроворсинок, ресничек, жгутиков).Углеродный компонент в мембране животных клеток называется гликокаликсом.Обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянно.Механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются клеткойнепосредственно через мембрану в форме активного и пассивного транспорта.В зависимости от вида и направления различают эндоцитоз и экзоцитоз.Поглощение и выделение твердых и крупных частиц получило соответственно названия фагоцитоз и обратный фагоцитоз, жидких или растворенных частичек – пиноцитоз и обратный пиноцитоз. Функции клеточной оболочки:
- Оболочка клетки поддерживает форму клетки и придает механическую прочность как клетке, так и организму в целом
- Защищает клетку от механических повреждений и попадания в нее вредных соединений
- Осуществляет узнавание молекулярных сигналов
- Регулирует обмен веществ между клеткой и средой
- Осуществляет межклеточное взаимодействие в многоклеточном организме.
6) Цитоплазма клетки. Ее общая морфо-функциональная характеристика. Классификация органелл. Стукрура и функции гранулярной эндоплазматической сети.
Структура и функии грЭПС:
Гранулярная ЭПС образована мембранными трубочками и уплощенными цистернами, на наружной (обращенной в сторону гиалоплазмы) поверхности которых расположены рибосомы и полисомы. Основная функция грЭПС: сегрегация (отделение) вновь синтезированных белковых молекул от гиалоплазмы. Таким образом, грЭПС обеспечивает: 1)биосинтез белков, предназначенных для экспорта из клетки; 2) биосинтез мембранных белков.
7) Органеллы цитоплазмы клетки. Определение, их функции. Мембранные и немембранные органеллы. Внутренний сетчатый аппарат, структура и функция .
Органеллы – постоянные структурные элементы цитоплазмы клетки, имеющие специфическое строение и выполняющие определенные функции.Классификация органелл:
1) общие органеллы, присущие всем клеткам и обеспечивающие различные стороны жизнедеятельности клетки;
2) специальные органеллы, имеющиеся в цитоплазме только определенных клеток и выполняющие специфические функции этих клеток.
В свою очередь, общие органеллы подразделяются на мембранные и немембранные.
Специальные органеллы подразделяются на:1) цитоплазматические (миофибриллы, нейрофибриллы, тонофибриллы);
2) органеллы клеточной поверхности (реснички, жгутики).
К мембранным органеллам относятся:(митохондрии; эндоплазматическая сеть;пластинчатый комплекс; лизосомы;пероксисомы).
К немембранным органеллам относятся:(рибосомы; клеточный центр; микротрубочки; микрофибриллы; микрофиламенты).
Митохондрии – наиболее обособленные структурные элементы цитоплазмы клетки, обладающие в значительной степени самостоятельной жизнедеятельностью.Наличие у митохондрий генетического аппарата (митохондриальной ДНК) и синтетического аппарата (митохондриальных рибосом).Форма митохондрий овально-вытянутая. Стенка митохондрий образована двумя билипидными мембранами, разделенными пространством в 10 – 20 нм. При этом внешняя мембрана охватывает по периферии всю митохондрию в виде мешка и отграничивает ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана образует внутри митохондрии складки – кристы. Внутренняя среда митохондрии (митохондриальный матрикс) имеет тонкозернистое строение и содержит гранулы (митохондриальные ДНК и рибосомы).Функция митохондрий – образование энергии в виде АТФ.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) в разных клетках может быть представлена в форме уплощенных цистерн, канальцев или отдельных везикул. Стенка состоит из билипидной мембраны.
Различают две разновидности ЭПС: зернистую (гранулярную, или шероховатую);и незернистую (или гладкую). На наружной поверхности мембран зернистой ЭПС содержатся прикрепленные рибосомы.
Функции зернистой ЭПС : синтез белков, предназначенных для выведения из клетки (на экспорт); отделение (сегрегация) синтезированного продукта от гиалоплазмы; конденсация и модификация синтезированного белка;транспорт синтезированных продуктов в цистерны пластинчатого комплекса; Функции гладкой ЭПС : участие в синтезе гликогена; синтез липидов; дезинтоксикационная функция (нейтрализация токсических веществ посредством соединения их с другими веществами).
Пластинчатый комплекс Гольджи (называют транспортным аппаратом клетки) (сетчатый аппарат) представлен скоплением уплощенных цистерн и небольших везикул, ограниченных билипидной мембраной. Пластинчатый комплекс подразделяется на субъединицы – диктиосомыЧасть мелких пузырьков, заполненных белками-ферментами, остается в цитоплазме и носит название лизосом.Функция: транспортная; конденсация и модификация веществ, синтезированных в зернистой ЭПС; образование лизосом;
участие в обмене углеводов; синтез молекул, образующих гликокаликс цитолеммы;синтез, накопление, выведение муцинов (слизи); модификация мембран, синтезированных в ЭПС и превращение их в мембраны плазмолеммы.
Лизосомы – наиболее мелкие органеллы цитоплазмы, представляют собой тельца, ограниченные билипидной мембраной и содержащие электронноплотный матрикс.Функция лизосом – обеспечение внутриклеточного пищеварения, т. е. расщепление как экзогенных, так и эндогенных биополимерных веществ.Пероксисомы – микротельца цитоплазмы (0,1 – 1,5 мкм), сходные по строению с лизосомами, однако отличаются от них тем, что в их матриксе содержатся кристаллоподобные структуры, а среди белков-ферментов содержится каталаза, разрушающая перекись водорода, образующуюся при окислении аминокислот.
Рибосомы – аппараты синтеза белка и полипептидных молекул.По локализации подразделяются на:1) свободные, (находятся в гиалоплазме);2) несвободные (или прикрепленные), – которые связаны с мембранами ЭПС.Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединиц. Каждая субъединица рибосомы состоит из рибосомальной РНК и белка – рибонуклеопротеида. Образуются субъединицы в ядрышке, а сборка в единую рибосому осуществляется в цитоплазме. Для синтеза белка отдельные рибосомы с помощью матричной (информационной) РНК объединяются в цепочки рибосом – полисомы. Свободные и прикрепленные рибосомы, помимо отличия в их локализация, характеризуются определенной функциональной специфичностью: свободные рибосомы синтезируют белки.Клеточный центр – цитоцентр, центросома. В неделящейся клетке клеточный центр состоит из двух основных структурных компонентов:1) диплосомы;2) центросферы.
Диплосома состоит из двух центриолей (материнской и дочерней), расположенных под прямым углом друг к другу. Каждая центриоль состоит из микротрубочек, образующих полый цилиндр, диаметром 0,2 мкм, длиной 0,3 – 0,5 мкм. Микротрубочки объединяются в триплеты (по три трубочки), образуя всего девять триплетов. Центросфера – бесструктурный участок гиалоплазмы вокруг диплосомы, от которого радиарно отходят микротрубочки (по типу лучистой сферы).
Функции цитоцентра :1) образование веретена деления в профазе митоза;2) участие в формировании микротрубочек клеточного каркаса;3) выполнение роли базисных телец ресничек в реснитчатых эпителиальных клетках центриоли.
Микротрубочки – полые цилиндры (внешний диаметр – 24 мм, внутренний – 15 им), являются самостоятельными органеллами, образуя цитоскелет. Они также могут входить в состав других органелл – центриолей, ресничек, жгутиков. Стенка микротрубочек состоит из глобулярного белка тубулина, который образован отдельными округлыми образованиями глобулы диаметром 5 нм.
Микрофибриллы (промежуточные филаменты) представляют собой тонкие неветвящиеся нити.
В основном микрофибриллы локализуются в кортикальном, (подмембранном) слое цитоплазмы. Функция–в формировании клеточного каркаса, выполняя опорную функцию.
Микрофиламенты – еще более тонкие нитчатые структуры (5 – 7 нм), состоящие из сократительных белков (актина, миозина, тропомиозина). Локализуются в основном в кортикальном слое цитоплазмы.Составляют сократительный аппарат клетки, перемещение органелл, ток гиалоплазмы, изменение клеточной поверхности, образование псевдоподии и перемещение клетки.
Скопление микрофиламентов в мышечных волокнах образует специальные органеллы мышечной ткани – миофибриллы.
Включения – непостоянные структурные компоненты цитоплазмы. Классификация включений:1) трофические;2) секреторные;
3) экскреторные;4) пигментные.
8) Вакуолярная система клетки. Лизосомы и пероксисомы, их структура и фукции.
Вакуолярная система - совокупность одномембранных органелл цитоплазмы. По строению выделяют следующие компоненты вакуолярной системы, различающиеся и по своим функциям: гранулярный эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, гладкий эндоплазматический ретикулум, пероксисомы. Одномембранные органеллы клетки, составляющие вакуолярную систему, обеспечивают синтез и транспорт внутриклеточных биополимеров и продуктов секреции, выводимых из клетки; поглощение путем фагоцитоза, в том числе в реакциях иммунного ответа; биосинтез липидов, в том числе компонентов мембран, стероидных гормонов и др.; дезактивацию ядов путем окисления до безвредных продуктов; разрушение активных форм кислорода и другое.
Общая схема функционирования вакуолярной системы
1. Гранулярный эндоплазматический ретикулум: котрансляционный синтез растворимых внутривакуолярных белков (секреторные белки, гидролазы лизосом и др.); котрансляционный синтез нерастворимых белков, входящих в состав всех мембран вакуолярной системы; первичная модификация растворимых и нерастворимых (мембранных) белков, их соединение с олигосахаридами - первичное гликозилирование синтезированных белков, образование гликопротеидов; синтез мембранных липидов и их встраивание в мембрану -
«сборка мембран».
2. Отделение вакуолей, содержащих новообразованные продукты, и их переход вцис- зону аппарата Гольджи (ЭПР-АГ-комплекс).
3. Цис -зона аппарата Гольджи: вторичная модификация гликопротеидов; синтез полисахаридов (гемицеллюлоза растений) и гексозаминогликанов.
4. Промежуточная зона аппарата Гольджи: дополнительные модификации гликопротеидов, трансгликозилирование.
5. Транс- Гольджи сеть: сортировка секреторных и лизосомных белков; отделение вакуолей.
6. Экзоцитоз (секреция).
7. Экзоцитоз постоянный.
8. Отделение первичных лизосом с гидролазами.
9. Эндоцитоз.
10. Вторичная лизосома.
11. Рециклизация рецепторов гидролаз.
12. Рециклизация рецепторов плазматической мембраны.
13. Гладкий эндоплазматический ретикулум: синтез и конденсация липидов, депонирование ионов Са 2+ , синтез и ресорбция гликогена и др.
14. Транспорт в зону аппарата Гольджи.
15. Транспорт от аппарата Гольджи в эндоплазматический ретикулум.
Лизосомы (lysosomae) - это разнообразный класс шаровидных структур размером 0,2-0,4 мкм, ограниченных одиночной мембраной. Характерным признаком лизосом является наличие в них гидролитических ферментов - гидролаз, расщепляющих различные биополимеры. Примеры лизосомных гидролаз: фосфатазы, протеиназы, липазы, etc. Лизосомы были открыты в 1949 г. де Дювом.
Среди лизосом можно выделить по крайней мере 3 типа: первичные лизосомы, вторичные лизосомы (фаголизосомы и аутофагосомы) и остаточные тельца (рис. 11). Разнообразие морфологии лизосом объясняется тем, что эти частицы участвуют в процессах внутриклеточного переваривания, образуя сложные пищеварительные вакуоли как экзогенного (внеклеточного), так и эндогенного (внутриклеточного) происхождения.
Пероксисомы (peroxysoma) - это небольшие (размером 0,3- 1,5 мкм) овальной формы тельца, ограниченные мембраной, содержащие гранулярный матрикс, в центре которого часто видны кристаллоподобные структуры, состоящие из фибрилл и трубок (сердцевина). Пероксисомы, вероятно, образуются на расширенных сторонах цистерн эндоплазматической сети. Они особенно характерны для клеток печени и почек. Во фракции пероксисом обнаруживаются ферменты окисления аминокислот, при работе которых образуется перекись водорода, а также выявляется фермент каталаза, разрушающая ее. Каталаза пероксисом играет важную защитную роль, так как Н2O2 является токсическим веществом для самой клетки.
9) Общие и специальные органеллы клетки. Митохондрии-строение, основной ферментный состав, функции. Особенности строения митохондрий в клетках с различным уровнем биоэнергетики .
Общие органеллы, присущие всем клеткам и обеспечивающие различные стороны жизнедеятельности клетки. Они в свою очередь делятся на:
мембранные органеллы:
- митохондрии,
- эндоплазматическая сеть,
- пластинчатый комплекс,
- лизосомы,
- пероксисомы;
немембранные органеллы:
- рибосомы,
- клеточный центр,
- микротрубочки,
- микрофибриллы,
- микрофиламенты.
Специальные органеллы, имеющиеся в цитоплазме только определенных клеток и выполняющие специфические функции этих клеток, делятся на:
цитоплазматические:
- миофибриллы,
- нейрофибриллы,
- тонофибриллы;
органеллы клеточной поверхности:
- реснички,
- жгутики.
Митохондрии - это постоянные мембранные органеллы округлой или палочковидной) формы. Толщин - 0,5 мкм, длина - 5-7 мкм. Количество митохондрий в большинстве животных клеток - 150-1500; в женских яйцеклетках - до нескольких сотен тысяч, в сперматозоидах - одна спиральная митохонондрия, закрученная вокруг осевой части жгутика.
Основные функции митохондрий:
1)играют роль энергетических станций клеткок. В иих протекают процессы окислительного фосфорилирования (ферментативного окисления различных веществ с последующим накоплением энергии в виде молекул аденозинтрифосфата -АТФ);
2)хранят наследственный материал в виде митохондриальной ДНК. Митохондрии для своей работы нуждаются в белкаx, закодированных в генах ядерной ДНК, так как собственная митохондриальная ДНК может обеспечить митохондрии
лишь несколькими белками.
Побочные функции - участие в синтезе стероидных гормонов, некоторых аминокислот (например, глютаминовой).
Строение митохондрий
Митохондрия имеет две мембраны: наружную (гладкую) и внутреннюю (образующую выросты - листовидные (кристы) и трубчатые (тубулы)). Мембраны различаются по химическому составу, набору ферментов и функциям.
У митохондрий внутренним содержимым является матрике - коллоидное вещество, в котором с помощью электронного микроскопа были обнаружены зерна диаметром 20-30 нм (они накапливают ионы кальция и магния,запасы питательных веществ,например,гликогена).
В матриксе размещается аппарат биосинтеза белка органеллы:
2-6 копий кольцевой ДНК, лишенной гистоновых белков (как
у прокариот), рибосомы, набор т-РНК, ферменты редупликации,
транскрипции, трансляции наследственной информации. Этот аппарат
в целом очень похож на таковой у прокариот (по количеству,
структуре и размерам рибосом, организации собственного наследственного аппарата и др.), что служит подтверждением симбиотической концепции происхождения эукариотической клетки.
В осуществлении энергетической функции митохондрий активно участвуют как матрикс, так и поверхность внутренней мембраны, на которой расположена цепь переноса электронов (цитохромы) и АТФ-синтаза, катализирующая сопряженное с окислением фосфорилирование АДФ, что превращает его в АТФ.
Митохондрии размножаются путем перешнуровки, поэтому при делении клеток они более или менее равномерно распределяются между дочерними клетками. Так, между митохондриями клеток последовательных генераций осуществляется преемственность.
Таким образом, митохондриям свойственна относительная автономность внутри клетки (в отличие от других органоидов). Они возникают при делении материнских митохондрий, обладают собственной ДНК, которая отличается от ядерной системой синтеза белка и аккумулирования энергии.
Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах).
Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.
Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.
Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана (лат. «мембрана» – кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью электронного микроскопа.
В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину.
Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.
Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ – одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другие соединения.
На поверхности многих клеток животных, например, различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, – микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находится на поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.
Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например белков и полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита (греч. «фагео» – пожирать). В фагоците непосредственное участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образует углубление и окружает частицу, которая в «мембранной упаковке» погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль и в ней перевариваются поступившие в клетку органические вещества.
Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения – продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.
Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа – гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец – рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети – участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.
На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются н каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.
Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15–20 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.
В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом – это синтез белка. Синтез белка – сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляютя. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.
Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2–7 мкм) – митохондрии (греч. «митос» – нить, «хондрион» – зерно, гранула).
Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран – наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» – гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.
Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция – синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.
Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.
Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые – хлоропласты; красные, оранжевые и желтые – хромопласты; бесцветные – лейкопласты.
Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4–6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Xлоропласт – основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т.е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО 2 и Н 2 О) при использовании энергии солнечного света.
По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами – наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры – граны. Они сложены наподобие стопки монет.
В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК. и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.
Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних листьев.
Лейкопласты находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна.
Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны клетка взаимному переходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.
Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.
В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5–10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс.
Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки – белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.
Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль, внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.
Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.
Клеточный центр. В клетках животных вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца – центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.
Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и зерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.
Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размера клеток. В большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называют одноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькими десятками и даже сотнями ядер. Это – многоядерные клетки.
Ядерный сок – полужидкое вещество, которое находится под ядерной оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра.