Растительная клетка

Клетка – наименьшая структурная и биологическая единица живой материи. Ей присущи все жизненноважные процессы: питание, дыхание, рост, раздражимость, размножение, наследственность. Она появилась на определенном этапе эволюции как результат совершенствования живого вещества. Количество клеток в организмах варьирует от одной до нескольких миллиардов. Если клетка одна, то она выступает в роли целостного организма и выполняет все его функции.

Впервые термин «клетка» предложил Роберт Гук в 1665 году. Значительный вклад в изучение растительной клетки внесли ученые М. Мальпиги (итал.), Н. Грю (англ.), М. Шлейден и Т. Шванн (немец.). Именно Шлейден и Шванн, опираясь на собственные исследования и исследования других ученых, показали, что клеточное строение присуще всем живым организмам (клеточная теория, 1839 г.).

Рассмотрим обобщенное строение растительной клетки.

Снаружи растительная клетка покрыта клеточной оболочкой (стенкой). Она образуется из веществ, вырабатываемых цитоплазмой, которые откладываются снаружи от нее, создавая оболочку (пектин, гемицеллюлоза и целлюлоза). Так образуется первичная оболочка. Она эластична, росту клетки не препятствует, создает прочность и придает определенную форму, защищает содержимое от механических повреждений. У многих клеток образуется и вторичная оболочка. Она формируется под первичной оболочкой и состоит из целлюлозы. Клетки со вторичной оболочкой более прочные и могут выполнять механическую функцию. В оболочке имеются неутолщенные места – поры. Через них проходят тонкие тяжи цитоплазмы, по которым осуществляется обмен веществ между соседними клетками.

Видоизменения клеточной стенки:

- одревеснение – оболочка пропитывается лигнином, который выполняет роль цемента, придает твердость и прочность (характерно для клеток механической ткани и древесины);

- опробковение – оболочка пропитывается суберином (жироподобным веществом), прекращается доступ воды и газов. Содержимое клетки отмирает, она заполняется воздухом и выполняет функцию термоизоляции (покровная ткань пробкового дуба);

- кутинизация – клетки эпидермиса пропитываются кутином и воском. Функции: уменьшение транспирации, отражение света, защита от УФ лучей и инфицирования микроорганизмами;

- минерализация – пропитывание оболочки минеральными солями (например, кальция). Это придает клеткам жесткость, твердость, растения не поедаются животными (хвощи, осоки);

- ослизнение – набухание пектиновых веществ в оболочке (клетки кожицы семян при прорастании, оболочки клеток при ранении).

Все содержимое клетки делят на 2 части:

- протопласт (живое содержимое);

- производные протопласта (неживое содержимое).

Протопласт представляет собой цитоплазму с заключенными в нее органоидами (ядро, пластиды, митохондрии, аппарат Гольджи, сферосомы, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, лизосомы). Количество органоидов и их состав зависят от функции, специфики жизнедеятельности клетки и от ее возраста.

Под клеточной стенкой находится цитоплазма. Ее наружный слой – плазмалемма – представляет собой мембрану, которая обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку и из нее. Она имеет типичное для мембран трехслойное строение. Внешний и внутренний слой состоит из одного ряда белковых молекул и между ними два ряда липидов. Мембрана имеет тончайшие сквозные отверстия через которые могут проходить одни вещества и задерживаться другие (обладает полупроницаемостью).

Продолжением мембраны плазмалеммы является эндоплазматическая сеть (ретикулум), которая представляет собой сеть каналов и полостей. ЭПС является конвейером для синтеза и перемещения веществ по клетке. Начинаясь от плазмалеммы, она подходит к различным органоидам и наружной оболочке ядра. С каналами ЭПС соединен аппарат Гольджи. Он выполняет функцию накопления и постепенного выведения из клетки синтезированных веществ.

Энергетическими станциями клеток являются митохондрии. Они состоят из двух мембран. В них осуществляется дыхание клетки, в результате чего выделяется энергия. Она связывается, переходя в энергию фосфатной связи АТФ. Количество митохондрий зависит от активности клетки, ее возраста и физиологического состояния.

Лизосомы – мелкие округлые тельца, имеющие очень прочную мембрану. В матриксе лизосомы находятся сильные по активности ферменты, переваривающие пищевые вещества и разрушающие отмершие части клетки.

Сферосомы – по форме, размерам сходны с лизосомами, внутри находится белковый матрикс. Основная функция – накопление масел.

В цитоплазме клеток присутствуют микротрубочки, участвующие в образовании клеточной оболочки делящихся клеток.

Рибосомы – небольшие тельца шаровидной или слегка уплощенной формы, в строении отсутствует мембранная система. Основная функция – синтез белка.

Пластиды – органоиды, присущие только растительным клеткам. Это крупные двух-мембранные органоиды, хорошо видимые в световой микроскоп. По цвету и выполняемым функциям различают три типа:

1). Хлоропласты: имеют форму двояковыпуклой линзы. Снаружи они покрыты оболочкой, состоящей из двух мембран. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты в виде пластинок. Эти пластинки называются ламеллы. Они лежат друг на друге правильными стопками, напоминающими столбики монет, и называются гранами. Во внутренних мембранах локализованы фотосинтетические пигменты (у высших растений – хлорофилл а и b, у водорослей возможно появление хлорофилла c, d, e). Хлорофилл придает зеленую окраску хлоропластам. В хлоропластах есть и другие пигменты: красно-оранжевый – каротин и желтый – ксантофилл, но они не видны под преобладающей массой хлорофилла.

2). Хромопласты: крупнее хлоропластов. Это пластиды красно-оранжевого и желтого цветов. Красящие пигменты группы каротиноидов (их более 50, но наиболее распространены каротин и ксантофилл). Они придают окраску лепесткам цветов, плодам, корнеплодам.

3). Лейкопласты: не имеют пигмента, бесцветны. Образуются в органах, скрытых от солнечного света. Их функция – синтез и накопление запасных питательных веществ.

Важнейшим органоидом любой эукариотической клетки является ядро. Оно содержит генетическую информацию клетки, контролирует ее жизнедеятельность, влияя на синтез белков. Ядро отделено от цитоплазмы двумембранной оболочкой. Оболочка пронизана порами, через которые осуществляется связь с каналами ЭПС и, тем самым, обеспечивается контакт ядра с цитоплазмой. Ядро состоит из ядерного сока, представляющего смесь белков-ферментов, нуклеотидов и аминокислот, хромосом, построенных из молекул ДНК и содержащих генный материал, и ядрышка, осуществляющего синтез РНК и сборку рибосом.

Для растительной клетки характерно наличие вакуолей. Часто они занимают почти весь объем клетки. У молодых клеток их несколько. По мере развития клетки они разрастаются и сливаются в одну. Содержимое – клеточный сок – водный раствор многих веществ: сахаров, аминокислот, пигментов, витаминов и др. Все эти вещества продукты жизнедеятельности клетки.

Мембрана, отделяющая цитоплазму от вакуолей, называется внутренней или тонопласт. Ее функция – транспортная.

Таким образом, растительной клетке свойственны все признаки обычной эукариотической клетки.

Различия в строении растительной и животной клеток:

- в растительной клетке хорошо развита клеточная оболочка;

- растительная клетка содержит пластиды (на этом основании большинство растений относят к автотрофам);

- в растительной клетке всегда присутствуют вакуоли: несколько маленьких у молодых клеток, или одна большая - у взрослых.