Тема 1 Растительная клетка

изучения клетки
Марчелло Мальпиги
(1628-1694)
Неемия Грю
(1641-1712)

Роберт Броун

Ян Пуркинье
(1632-1723) (1173-1858) (1787-1869)

Теодор Шванн Рудольф Вирхов

(1804-1881) (1810-1882) (1821-1902)

Эдуард Страсбургер Владимир Беляев
(1792-1876)

(1843-1877) (1844-1912) (1855-1911)

единица живого;
Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению,

химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности;
Каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
Клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Основные положения современной клеточной теории

у архей
Эукариотические клетки
характерны для протоктистов,
грибов, растений и

животных

По форме

Прозенхимные клетки

Клетки листа мха:
1 – паренхимные клетки,
2 – прозенхимные клетки

Размеры клеток большинства растений колеблятся от 10 до 100 мкм

клеточная стенка
– вакуоль с содержимым
– включения
Примечание:
ЭР, ядро

– тоже органоиды

материи и участвующие
в обмене веществ (белки, нуклеиновые кислоты, липиды,

углеводы и др.)

Эргастические – временно
или постоянно выключенные
из обмена веществ (ПЖП)

Запасные вещества (белки, липиды, углеводы: крахмал, инулин, сахар и др.)

Конечные, отбросные продукты метаболизма клетки (соли кальция
и др.)

В растворенном виде

В форме включений

элементы

от вакуоли

с встроенными белками; в их состав также могут входить полисахариды

и пигменты.

липиды, содержащие в своем составе углеводы
Гликопротеины – двухкомпонентные белки, содержащие

в своем составе углеводы

Биологические мембраны

Белки:
Периферические
Погруженные
Пронизывающие

различных участках могут протекать
противоположные по направлению
биохимические процессы –
синтез

и разложение

Важное свойство биологических мембран - полупроницаемость (избирательная проницаемость)

Функции мембран

Барьерная регулирует проведение веществ в клетку

Механическая, защитная обеспечивает самостоятельность клетки
и ее структур

Транспортная
обеспечивают проведение веществ из клетки в клетку, связь между ними

Регуляторная
обеспечивают обмен веществ, их катализ; в изолированных отсеках протекают различные биохимические процессы

мелкозернистым веществом
в виде золя (частицы с молекулами воды) или

геля, связывает части клетки

1 клетка может содержать
220 пластид,
700 митохондрий,
400 диктиосом,
500 тыс. рибосом

Способность к движению
для транспортировки веществ и регулирования их обмена

ее деятельности
2 типа движения
цитоплазмы
струйчатое (в молодых клетках)
вращательное, или

круговое (в более старых клетках с большой вакуолью в центре)

Цитоскелет

+ промежуточные волокна

и выполняющие определенные функции в клетке.
По наличию мембран выделяют

органеллы:
- не имеющие мембранного строения (рибосомы, у низших – клеточный центр),
- двумембранные (ядро, митохондрии, пластиды)
- одномембранные (остальные)

Модель рибосомы

Строение и функции - самостоятельно!

Рибосомы

Биосинтез белка на основе м-РНК

В гиалоплазме, на мембранах ЭР, внутри митохондрий и пластид

клеток, имеется у некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников.
Это

центр организации микротрубочек веретена деления, образования полюсов деления для растягивания дочерних хромосом в анафазе мейоза и митоза. Состоит из 2-х центриолей, от которых радиально расходятся микротрубочки.

Играет важную роль в формировании жгутиков и ресничек. У организмов, лишенных центриолей, жгутики не развиваются.

Сателлиты – придатки материнской центриоли

веществ, протекающих в клетке
Повторяем:
Трансляция
Транскрипция
Триплет
Ген
Хромосома
Виды РНК

7 – спутник; 8 – хроматиды; 9 – теломеры.
1 –

метацентрическая; 2 – субметацентрическая; 3, 4 – акроцентрические.

Вторичная перетяжка (ядрышковый организатор) - участок хромосомы, соединяющий спутник с телом хромосомы.
В области вторичной перетяжки расположены гены рибосомных РНК, происходит:
- синтез рРНК
формирование и сборка
ядрышка.

Первичная перетяжка (центромера) принимает участие в соединении сестринсаких хроматид

– и белка
Синтез липидов, обмен веществами
Транспортировка веществ
Организация веретена деления
Разветвлённая система

из окружённых мембраной уплощённых полостей - цистерн, пузырьков и канальцев, заполненных бесструктурной энхилемой.

Образование вакуолей

жиров, полисахаридов и других веществ
Образование лизосом и сборка сложных комплексов

органических веществ

Подготовка к использованию или выведению из клетки веществ, синтезированных в ЭР

Диктиосомы
(стопки цистерн)

Пузырьки
обновляют
мембраны

Сеть у ядра из пузырьков и диктиосом, состоящих из плоских округлых цистерн с матриксом, окруженных мембранами.
Соединен с каналами ЭР.

Синтез поли- сахаридов для клеточной стенки

веществ
Органеллы. Лизосомы

в клетках запасающих тканей они обеспечивают превращение жирных масел в

сахара;
- в клетках фотосинтезирующих тканей в них проходят реакции светового дыхания – поглощение O2, выделение CO2, синтез аминокислот

в виде трубочек. Внутри – бесструктурный матрикс.
Основная функция – образование

энергии (аэробное окисление метаболитов с выделением энергии)

В матриксе – кольцевые молекулы ДНК, специфические и-РНК,
т-РНК и рибосомы.

Автономный синтез белков внутренних мембран

б, также присутствуют каротиноиды, в хроматофорах водорослей – еще бурые,

красные и синие пигменты).
Лейкопласты - бесцветные пластиды, находящиеся в неосвещённых частях растения( картофель, лук).
Хромопласты – цветные пластиды, располагаются в различных частях растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях.

делением с помощью перетяжек.
Темновая фаза фотосинтеза – в строме, световая

– на мембранах тилакоидов.

содержащая ферменты, которые участвуют в синтезе сахаров. Вокруг пиреноида запасается

крахмал.

Стигма функционирует как фоторецептор.

(3), эксцентрические

и полусложные), 3 — молочая (простые), в клетках черешка герани,

5 — фасоли (простые), 6 — кукурузы (простые), 7 — пшеницы (простые мелкие и крупные)

3 - вторичная стенка;
4 - первичная стенка
Клеточная оболочка (ПЖП)
Обычно

клеточные стенки бесцветны и легко пропускают солнечный свет.
По клеточным стенкам могут передвигаться вода и растворенные в ней низкомолекулярные вещества.
Стенки соседних клеток скреплены межклеточным веществом - срединной пластинкой, состоящей из пектина.

- Придает клетке определенную форму

- Защищает протопласт

- Противостоит внутриклеточному тургорному давлению и препятствует разрыву клетки

- Являясь внутренним скелетом растения, обеспечивает его механическую прочность

- апопласта.
По апопласту осуществляется транспорт воды и ионов в

растении.
Разрушение срединной пластинки, растворение межклеточного вещества, приводящее к разъединению клеток, называется мацерацией.

Вторичная
клеточная стенка (ВКС)

Первичная
клеточная стенка (ПКС)

В конце телофазы между двумя новыми клетками формируется клеточная пластинка, между ней и плазмолеммой - ПКС.
ПКС состоит из полисахаридов:
- у 2-дольных растений из целлюлозы и пектиновых веществ,
- у 1-дольных растений преобладают гемицеллюлозы.

Формируется после окончания роста в некоторых растительных клетках между первичной стенкой клетки и плазматической мембраной.

матриксе

других веществ – накапливаются и частично синтезируются в цистернах аппарата

Гольджи, доставляются к плазмолемме пузырьками Гольджи.
Способ роста клеточной стенки путем внедрения строительного материала между имеющимися структурами называется интуссусцепцией.
Вторичная клеточная стенка откладывается на внутренней поверхности первичной клеточной стенки. Ее рост происходит путем аппозиции – в результате наложения новых мицелл целлюлоюзы на уже имеющуюся стенку.

Для некоторых типов клеток (многие волокна, трахеиды, членики сосудов) образование вторичной клеточной стенки — основная функция протопласта; после завершения вторичного утолщения он отмирает. Вторичная стенка выполняет главным образом механические, опорные функции.

1 - замыкающая пленка; 2 - входное отверстие;
3 -

поровый канал; 4 – торус

Клеточная оболочка. Поры

Пора - это два поровых канала в местах расположения первичных поровых полей и замыкающая пленка между ними.
В простых порах диаметр порового канала по всей длине одинаковый, полость канала цилиндрическая и в поперечном сечении поры округлые. Они характерны для паренхимных клеток.

Окаймленные поры встречаются в стенках клеток, проводящих воду и минераль-ные вещества – трахеидах и сосудах. Их поровый канал имеет форму воронки, которая своей широкой стороной при-легает к замыкающей пленке.
В клетках хвойных растений замыкающая пленка окаймленных пор несет в центре дискообразное утолщение — торус, который одревесневает и становится непроницаемым для воды.

оболочки смежных клеток, пронизывают замыкающие пленки пор (сотни-десятки тыс. шт.

в каждой клетке).
Объединенные плазмодесмами протопласты клеток в растении образуют единое целое – симпласт. Транспорт веществ через плазмодесмы назвается симпластическим в отличие от апопластического транспорта по клеточным стенкам и межклетникам.

отложение в межмицеллярные промежутки лигнина. Одревесневшие клеточные стенки не теряют

способности пропускать воду и воздух.
Суберинизация – опробковение, отложение в клеточную стенку очень стойкого жироподобного аморфного вещества — суберина. Опробковсвшие клеточные стенки становятся непроницаемыми для воды и газов. К моменту завершения опробковения протопласт отмирает.
Кутинизация – отложение кутина (вещества, близкого к суберину) в поверхностных слоях наружных клеточных стенок и на их поверхности; образующаяся при этом пленка (кутикула) препятствует испарению.
Минерализация – отложение в клеточных стенках солей кальция и кремнезема (Si02). Окремнение защищает растение от улиток и слизней.
Ослизнение – превращение целлюлозы и пектина в слизи и близкие к ним камеди, представляющие собой полимерные углеводы, которые отличаются способностью к сильному набуханию при соприкосновении с водой. Ослизнение наблюдается в клеточных стенках кожуры семян, например у льна.

Клеточная оболочка

пузырьков комплекса Гольджи.
По мере роста и слияния мелких вакуолей

центральная вакуоль занимает от 70 до 90 % объема клетки, а протопласт располагается в виде тонкого постенного слоя.
Вакуоли ограничены мембраной – тонопластом и заполнены клеточным соком. Клеточный сок – слабокислый водный раствор различных органических и неорганических веществ (рН 3-5).

Поддерживают тургорное давление внутриклеточной жидкости в клетке

Накапливают запасные и другие вещества

Изолируют эргастические вещества (отбросы, конечные продукты обмена).

Формируют внутреннюю водную среду клетки, регулируют водно-солевой обмен

низкой концентрацией растворенного вещества в раствор с высокой концентрацией растворенного

вещества.
Тургор – состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку. Это показатель оводненности и состояния водного режима растений.

Вакуоли

Плазмолиз – отделение протопласта клетки от оболочки под действием на клетку гипертонического раствора.

Длительный плазмолиз приводит к гибели клетки!

- флавоны, антоцианы)
Дубильные вещества (танины, катехины)
Органические кислоты (лимонная, яблочная, щавелевая,

янтарная)
Соли органических кислот
Азотосодержащие:
Белки (протеины)
Аминокислоты
Алкалоиды, гликоалкалоиды

Неорганические вещества

Органические вещества

Фосфаты калия, натрия, кальция

Нитраты калия, натрия

Хлориды калия, натрия, сульфат кальция

Карбонад кальция

Бром

См. реактивы, окрашивающие дубильные вещества, антоцианы

участвующие
в обмене веществ (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и

др.)

Эргастические – временно
или постоянно выключенные
из обмена веществ (ПЖП)

Запасные вещества (белки, липиды, углеводы: крахмал, инулин сахар и др.)

Конечные, отбросные продукты метаболизма клетки (соли кальция
и др.)

В растворенном виде

В форме включений

Включения
Запасные питательные вещества

включений.
К образованию включений приводит избыточное накопление некоторых веществ, по

тем или иным причинам выключаемых из обмена и выпадающих в осадок.
К эргастическим веществам относятся крахмальные зерна, кристаллы, зерна белка, липидные капли, смолы и др.

Включения
Запасные питательные вещества

цистолит в клетке эпидермы листа инжира, 2 – рафиды в

клетках листа традесканции, 3 – друзы в клетках палисадной ткани листа инжира, 4 – друзы и одиночные кристаллы в клетках черешка бегонии, 5 – одиночные кристаллы в клетках эпидермы чешуи луковицы лука, 6 – скопление мелких кристаллов («кристаллический песок») в клетках мезофилла листа красавки (белладонны).

всех органах растений.
Различают ассимиляционный (первичный) и запасной (вторичный) крахмал.

Первичный крахмал синтезируется в хлоропластах из молекул глюкозы, запасной — откладывается в лейкопластах (амилопластах – см. крахм. зерна).
Крахмал, гидролизуемый до сахаров и в их виде перемещающийся по растению, называют транзиторным.

Жиры откладываются в цитоплазме, как правило, в виде липидных
капель, которые иногда рассматривают как одномембранные органеллы и называют в этом случае сферосомами. Могут они откладываться
и в лейкопластах (олеопластах).

телец, от 0,2 до 20 мкм). Это многочисленные мелкие высохшие

вакуоли, заполненные белками, находящимися в аморфной и кристал-лической формах.
Алейроновые зерна бывают простыми и сложными.
Простые алейроновые зерна содержат только аморфный белок (типичны для бобовых растений, гречихи, кукурузы, риса).
Сложные алейроновые зерна содержат аморфный белок альбумин, в который погружены кристаллоиды белка глобулина и глобоиды фитина – вещества, содержащего важные для растения ионы F, K. Mg и Ca (в клетках запасающих тканей семян льна, тыквы, подсолнечника).

Запасные вещества

+ Эфирные масла, смолы.

- анафаза I;
8 - телофаза I;
9

- интеркинез; 10 - метафаза II;
11 - анафаза II;
12 - телофаза II

одного деления до другого, включая само деление. Клеточный цикл состоит

из 1) интерфазы, 2) митоза – деления ядра и 3) цитокинеза – деления клетки.
Интерфаза - фаза относительного покоя клетки. Клетка на этом этапе хотя и не делится, однако активно растет, формирует свои структуры, синтезирует энергетически богатые химические вещества и готовится к предстоящему делению. Делится на 3 периода:

G1 (пресинтетический),
S (синтетический),
G2 (постсинтетический)

Репликация хромосом происходит во время синтетической S-фазы.

фаз:
- Инициальную (сохраняется способность к делению),
- фазу роста

(прекращение деления, увеличение объема),
- фазу дифференциации (формируются специфические структуры),
фазу зрелости (клетка имеет хорошо выраженные особенности строения, отражающие ее функции),
- фазу старения, заканчивающуюся отмиранием клетки.

содержащуюся в хромосомах, обеспечивающую их дифференцировку, т.е. способность становиться клеткой

любой ткани организма, а также развитие до целого организма, называется тотипотентностью.
Благодаря тотипотентности из зиготы в ходе онтогенеза развивается многоклеточное растение со многими типами разных по строению и выполняемым функциям клеток.
То­ти­по­тент­ны­ми мож­но счи­тать спо­ры рас­те­ний, гри­бов и во­до­рос­лей.
Тотипотентными могут быть клет­ки рас­те­ний, из которых в ус­ло­ви­ях куль­ту­ры из оди­ноч­ных кле­ток каллуса мо­жет быть по­лу­чен пол­но­стью сфор­ми­ро­ван­ный ор­га­низм.
Способность к дедифференциации — важное свойство раститель-ных клеток, обеспечивающее регенерацию растения (восстановление из какой-либо отделенной части) и его вегетативное размножение.

См. стволовые клетки растений, клетки меристемы (образовательной ткани).