Телата на живите организми могат да бъдат една клетка, група от тях или огромно натрупване, наброяващо милиарди такива елементарни структури. Последните включват повечето от висшите растения. Изучаването на клетката - основният елемент от структурата и функциите на живите организми - се занимава с цитология. Този клон на биологията започва да се развива бързо след откриването на електронния микроскоп, усъвършенстването на хроматографията и други методи на биохимията. Разгледайте основните характеристики, както и характеристиките, по които растителната клетка се различава от най-малките структурни единици в структурата на бактерии, гъби и животни.
Отваряне на клетката от Р. Хук
Теорията за малките елементи от структурата на всички живи същества е изминала пътя на развитие, измерен в стотици години. Структурата на мембраната на растителните клетки за първи път е видяна в неговия микроскоп от британския учен Р. Хук. Общите положения на хипотезата за клетката са формулирани от Шлайден и Шван, преди това други изследователи правят подобни заключения.
Англичанинът Р. Хук изследва парче дъбов корк под микроскоп и представи резултатите на среща на Кралското общество в Лондон на 13 април 1663 г. (спореддруги източници, събитието се е случило през 1665 г.). Оказа се, че кората на дървото се състои от малки клетки, наречени от Хук "клетки". Стените на тези камери, образуващи модел под формата на пчелна пита, ученият счита за живо вещество, а кухината е призната за безжизнена, спомагателна структура. По-късно беше доказано, че вътре в клетките на растенията и животните те съдържат вещество, без което съществуването им е невъзможно, и дейността на целия организъм.
Клетъчна теория
Важното откритие на Р. Хук е развито в трудовете на други учени, изучаващи структурата на животинските и растителните клетки. Подобни структурни елементи са наблюдавани от учени върху микроскопични участъци от многоклетъчни гъби. Установено е, че структурните единици на живите организми имат способността да се делят. Въз основа на изследванията представители на биологичните науки на Германия М. Шлайден и Т. Шван формулират хипотеза, която по-късно се превръща в клетъчната теория.
Сравнението на растителни и животински клетки с бактерии, водорасли и гъби позволи на германските изследователи да стигнат до следното заключение: „камерите“, открити от Р. Хук, са елементарни структурни единици и процесите, протичащи в тях, са в основата на живота на повечето организми на Земята. Важно допълнение прави Р. Вирхов през 1855 г., отбелязвайки, че деленето на клетките е единственият начин за тяхното размножаване. Теорията на Шлайден-Шван с уточнения е станала общоприета в биологията.
Клетката е най-малкият елемент в структурата и живота на растенията
Според теоретичните позиции на Шлайден и Шван,органичният свят е един, което доказва сходната микроскопична структура на животните и растенията. В допълнение към тези две царства, клетъчното съществуване е характерно за гъбичките, бактериите и вирусите отсъстват. Растежът и развитието на живите организми се осигуряват от появата на нови клетки в процеса на делене на съществуващите.
Многоклетъчният организъм не е просто натрупване на структурни елементи. Малките структурни единици взаимодействат помежду си, образувайки тъкани и органи. Едноклетъчните организми живеят изолирано, което не им пречи да създават колонии. Основните характеристики на клетката:
- способност за независимо съществуване;
- собствен метаболизъм;
- самовъзпроизвеждане;
- развитие.
В еволюцията на живота един от най-важните етапи е отделянето на ядрото от цитоплазмата с помощта на защитна мембрана. Връзката е запазена, защото тези структури не могат да съществуват поотделно. В момента съществуват две суперцарства - неядрени и ядрени организми. Втората група се формира от растения, гъби и животни, които се изучават от съответните клонове на науката и биологията като цяло. Растителната клетка има ядро, цитоплазма и органели, които ще бъдат обсъдени по-долу.
Разнообразие от растителни клетки
На счупването на зряла диня, ябълка или картоф можете да видите структурни "клетки", пълни с течност с невъоръжено око. Това са фетални паренхимни клетки с диаметър до 1 mm. Личните влакна са удължени структури, чиято дължина значително надвишава ширината. Например,клетката на растение, наречено памук, достига дължина от 65 мм. Личните влакна от лен и коноп имат линейни размери 40–60 mm. Типичните клетки са много по-малки -20–50 µm. Такива малки структурни елементи могат да се видят само под микроскоп. Характеристиките на най-малките структурни единици на растителния организъм се проявяват не само в разликите във формата и размера, но и във функциите, изпълнявани в състава на тъканите.
Растителна клетка: основни структурни характеристики
Ядрото и цитоплазмата са тясно свързани помежду си и взаимодействат помежду си, което се потвърждава от изследванията на учените. Това са основните части на еукариотната клетка, всички други структурни елементи зависят от тях. Ядрото служи за съхраняване и предаване на генетичната информация, необходима за протеиновия синтез.
Британският учен Р. Браун през 1831 г. за първи път забелязал специално тяло (ядро) в клетката на растение от семейство орхидеи. Това беше ядро, заобиколено от полутечна цитоплазма. Името на това вещество означава в буквален превод от гръцки "първична маса на клетката". Може да е по-течен или вискозен, но задължително е покрит с мембрана. Външната обвивка на клетката се състои главно от целулоза, лигнин и восък. Една характеристика, която отличава растителните и животинските клетки, е наличието на тази силна целулозна стена.
Структурата на цитоплазмата
Вътрешната част на растителната клетка е изпълнена с хиалоплазма с малки гранули, суспендирани в нея. По-близо до черупката, така наречената ендоплазма преминава в по-вискозна екзоплазма. Точнотези вещества, с които е изпълнена растителната клетка, служат като място за протичане на биохимични реакции и транспортиране на съединения, поставяне на органели и включвания.
Приблизително 70-85% от цитоплазмата е вода, 10-20% е протеин, други химични компоненти - въглехидрати, липиди, минерални съединения. Растителните клетки имат цитоплазма, в която сред крайните продукти на синтеза има биорегулатори на функциите и резервни вещества (витамини, ензими, масла, нишесте).
Core
Сравнението на растителни и животински клетки показва, че те имат сходна структура на ядрото, разположено в цитоплазмата и заемащо до 20% от нейния обем. Англичанинът Р. Браун, който пръв изследва този най-важен и постоянен компонент на всички еукариоти под микроскоп, му дава име от латинската дума nucleus. Външният вид на ядрата обикновено корелира с формата и размера на клетките, но понякога се различава от тях. Задължителни елементи на структурата са мембраната, кариолимфата, ядрото и хроматинът.
В мембраната има пори, които разделят ядрото от цитоплазмата. Те транспортират вещества от ядрото до цитоплазмата и обратно. Кариолимфата е течно или вискозно ядрено съдържание с области от хроматин. Ядрото съдържа рибонуклеинова киселина (РНК), която влиза в рибозомите на цитоплазмата, за да участва в протеиновия синтез. Друга нуклеинова киселина, дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), също присъства в големи количества. ДНК и РНК са открити за първи път в животински клетки през 1869 г. и впоследствие са открити в растенията. Ядрото е центърътуправление” на вътреклетъчните процеси, място за съхранение на информация за наследствените характеристики на целия организъм.
Ендоплазмен ретикулум (ER)
Структурата на животинските и растителните клетки има значително сходство. В цитоплазмата задължително присъстват вътрешни тубули, пълни с вещества от различен произход и състав. Гранулираният тип EPS се различава от агранулирания тип по наличието на рибозоми на повърхността на мембраната. Първият участва в синтеза на протеини, вторият играе роля в образуването на въглехидрати и липиди. Както са установили изследователите, каналите не само проникват в цитоплазмата, те са свързани с всеки органел на жива клетка. Следователно стойността на EPS е високо ценена като участник в метаболизма, система за комуникация с околната среда.
Ribosome
Структурата на растителна или животинска клетка е трудно да си представим без тези малки частици. Рибозомите са много малки и могат да се видят само с електронен микроскоп. В състава на телата преобладават протеини и молекули на рибонуклеиновите киселини, има малко количество калциеви и магнезиеви йони. Почти цялата РНК на клетката е концентрирана в рибозомите; те осигуряват протеинов синтез чрез "сглобяване" на протеини от аминокиселини. След това протеините влизат в ER каналите и се пренасят от мрежата в цялата клетка, проникват в ядрото.
Митохондрии
Тези органели на клетката се считат за нейни енергийни станции, те се виждат при увеличение в конвенционален светлинен микроскоп. Броят на митохондриите варира в много широк диапазон, може да има единици или хиляди. Структурата на органоида не е много сложна, има двемембрани и матрица вътре. Митохондриите са съставени от протеинови липиди, ДНК и РНК, отговарят за биосинтеза на АТФ - аденозинтрифосфорна киселина. Това вещество на растителна или животинска клетка се характеризира с наличието на три фосфата. Разцепването на всеки от тях осигурява енергията, необходима за всички жизнени процеси в самата клетка и в цялото тяло. Напротив, добавянето на остатъци от фосфорна киселина прави възможно съхраняването на енергия и пренасянето й в тази форма в цялата клетка.
Разгледайте клетъчните органели на фигурата по-долу и назовете тези, които вече знаете. Обърнете внимание на големите везикули (вакуола) и зелените пластиди (хлоропласти). Ще говорим за тях по-късно.
Комплекс Голджи
Сложен клетъчен органоид се състои от гранули, мембрани и вакуоли. Комплексът е открит през 1898 г. и носи името на италианския биолог. Характеристиките на растителните клетки са равномерното разпределение на частиците на Голджи в цялата цитоплазма. Учените смятат, че комплексът е необходим за регулиране на съдържанието на вода и отпадни продукти, премахване на излишните вещества.
Plastids
Само клетките на растителната тъкан съдържат зелени органели. Освен това има безцветни, жълти и оранжеви пластиди. Тяхната структура и функции отразяват вида на храненето на растенията и са в състояние да променят цвета си поради химични реакции. Основни видове пластиди:
- оранжеви и жълти хромопласти, образувани от каротин и ксантофил;
- хлоропласти, съдържащи хлорофилни зърна -зелен пигмент;
- левкопластите са безцветни пластиди.
Структурата на растителната клетка е свързана с химичните реакции на синтеза на органична материя от въглероден диоксид и вода с помощта на светлинна енергия. Името на този удивителен и много сложен процес е фотосинтеза. Реакциите се осъществяват благодарение на хлорофила, именно това вещество е в състояние да улови енергията на лъч светлина. Наличието на зелен пигмент обяснява характерния цвят на листата, тревистите стъбла, неузрелите плодове. Хлорофилът е подобен по структура на хемоглобина в кръвта на животни и хора.
Червеният, жълт и оранжев цвят на различни растителни органи се дължи на наличието на хромопласти в клетките. Те се основават на голяма група каротеноиди, които играят важна роля в метаболизма. Левкопластите са отговорни за синтеза и натрупването на нишесте. Пластидите растат и се размножават в цитоплазмата, като се движат заедно с нея по вътрешната мембрана на растителната клетка. Те са богати на ензими, йони и други биологично активни съединения.
Разлики в микроскопичната структура на основните групи живи организми
Повечето клетки приличат на мъничка торбичка, пълна със слуз, тела, гранули и везикули. Често има различни включвания под формата на твърди кристали от минерали, капки масла, нишестени зърна. Клетките са в тесен контакт в състава на растителните тъкани, животът като цяло зависи от дейността на тези най-малки структурни единици, които образуват едно цяло.
С многоклетъчна структура имаспециализация, която се изразява в различни физиологични задачи и функции на микроскопични структурни елементи. Те се определят главно от разположението на тъканите в листата, корена, стъблото или генеративните органи на растението.
Нека подчертаем основните елементи на сравнението на растителната клетка с елементарните структурни единици на други живи организми:
- Плътната обвивка, характерна само за растенията, е образувана от фибри (целулоза). При гъбичките мембраната се състои от устойчив хитин (специален протеин).
- Клетките на растенията и гъбите се различават по цвят поради наличието или отсъствието на пластиди. Тела като хлоропласти, хромопласти и левкопласти присъстват само в растителната цитоплазма.
- Има органоид, който отличава животните - това е центриола (клетъчен център).
- Само в растителната клетка има голяма централна вакуола, пълна с течно съдържание. Обикновено този клетъчен сок е оцветен с пигменти в различни цветове.
- Основното резервно съединение на растителния организъм е нишестето. Гъбите и животните натрупват гликоген в клетките си.
Сред водораслите са известни много единични, свободно живеещи клетки. Например, такъв независим организъм е хламидомонада. Въпреки че растенията се различават от животните по наличието на целулозна клетъчна стена, но зародишните клетки нямат такава плътна обвивка - това е още едно доказателство за единството на органичния свят.
