Строение и функции растительной клетки

Клетка

На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в первичном океане, через поверхность тела.

Со временем некоторые  бактерии приспособились производить  органические вещества из неорганических. Для этого они использовали энергию солнечного света. Возникла первая экологическая система, в которой эти организмы были производителями. В результате этого в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый этими организмами. С его помощью можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии, а добавочную энергию использовать на усложнение строения тела: разделение тела на части.

Одно из важных достижений жизни – разделение ядра и цитоплазмы. В ядре находится наследственная информация. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить от случайных  повреждений. По мере необходимости  цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и  развитие клетки.

Организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, образовали надцарство ядерных (к ним относятся – растения, грибы, животные).

Таким образом, клетка –  основа организации растений и животных – возникла и развилась в ходе биологической эволюции.

Даже не вооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно  видеть, что мякоть зрелого арбуза состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки – мельчайшие «кирпичики», из которых состоят  тела всех живых организмов, в том  числе и растительных.

Жизнь растения осуществляется соединённой деятельностью его  клеток, создающих единое целое. При  многоклеточности частей растения существует физиологическое разграничение их функций, специализация различных клеток в зависимости от местоположения их в теле растения.

Растительная клетка отличается от животной тем, что имеет плотную оболочку, покрывающую внутреннее содержимое со всех сторон. Клетка не является плоской (как её принято изображать), она скорей всего похожа на очень маленький пузырёк, наполненный слизистым содержимым.

Строение и  функции растительной клетки

Рассмотрим клетку как  структурно-функциональную единицу  организма. Снаружи клетка покрыта  плотной клеточной стенкой, в  которой имеются более тонкие участки – поры. Под ней находится  очень тонкая плёнка – 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 распределены мелкие тельца – пластиды.

Строение и  функции органоидов растительной клетки

Органоид	Рисунок	Описание	Функция	Особенности
Клеточная стенка или плазматическая мембрана		Бесцветная, прозрачная и  очень прочная	Пропускает в клетку и  выпускает из клетки вещества.	Клеточная мембрана полупроницаемая
Цитоплазма		Густое тягучее вещество	В ней располагаются все  другие части клетки	Находится в постоянном движении
Ядро (важная часть клетки)		Округлое или овальное	Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при  делении	Центральная часть клетки
Ядрышко		Сферической или неправильной формы	Принимает участие в синтезе  белка
Вакуоль		Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок	Накапливаются запасные питательные  вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке.	По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль
Пластиды		Хлоропласты	Используют световую энергию  солнца и создают органические из неорганических	Форма дисков, отграниченных  от цитоплазмы двойной мембраной
		Хромопласты	Образуются в результате накопления каротиноидов	Жёлтые, оранжевые или  бурые
		Лейкопласты	Бесцветные пластиды	Содержатся в корнях, клубнях, луковицах
Ядерная оболочка		Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами	Отграничивает ядро от цитоплазмы	Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой

Живая часть клетки –  это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение  всей системы в целом.

Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные  мембраны всегда ограничивают полости  или участки, закрывая их со всех сторон.

Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) – ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) – нерастворимого в воде полисахарида.

Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации.

Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры.

Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.

Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, - сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма.

Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества.

Биополимеры образуют с водой  коллоидную среду, которая в зависимости  от условий может быть плотной (в  форме геля) или более жидкой (в  форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом.

Цитоплазматические  образования – органеллы

Органеллы (органоиды) –  структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму  и размеры, являются обязательными  цитоплазматическими структурами  клетки. При их отсутствии или повреждении  клетка обычно теряет способность к  дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению  и самовоспроизведению. Размеры  их настолько малы, что их можно  видеть только в электронный микроскоп.

Ядро

Ядро – самая заметная и обычно самая крупная органелла  клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие  метаболические и генетические функции  клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой  удалили ядро, не выделяет более  оболочку, перестаёт расти и синтезировать  вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование  нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между  структурами ядра. В нём находится  одно или несколько ядрышек, а  также значительное количество молекул  ДНК, соединённых со специфическими белками – гистонами.

Ядрышко

Ядрышко – как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и  специфические белки. Важнейшая  его функция заключается в  том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи – органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Лизосомы

Лизосомы представляют собой  мелкие пузырьки, ограниченные мембраной  основная функция которых – осуществление  внутриклеточного пищеварения. Использование  лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).

Микротрубочки

Микротрубочки – мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие  из белковых глобул, расположенных  спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют  преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность  и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают  клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено  в плазмалемме, вблизи клеточной  оболочки, где они участвуют в  формировании и ориентации целлюлозных  микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Вакуоль

Вакуоль – важнейшая составная  часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную  водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной – тонопластом.

Цитоплазма заполняет  всю внутреннюю полость только у  самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале  сплошной массы цитоплазмы: у неё  появляются заполненные клеточным  соком небольшие вакуоли, и вся  масса становится ноздреватой. При  дальнейшем росте клетки отдельные  вакуоли сливаются, оттесняя к периферии  прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится  обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются  около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие  осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом  для регулируемого проникновения  в клетку и выделения из неё  воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль  образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Пластиды

Пластиды – самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему  внутренних мембран. Все пластиды едины  по происхождению.