БУДОВА РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ
ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ КЛІТИНИ
Клітина - основна структурно-функціональна одиниця тварин, рослин та грибів. Поняття про клітину та її будову виникло у зв'язку з винаходом мікроскопа у 1590 р. голландськими майстрами братами Янсен. Вперше побачив і описав клітину англійський дослідник природи Роберт Гук в 1665 р. Розглядаючи в мікроскоп тонкий зріз пляшкової пробки, він виявив, що пробка складається з численних камер, і назвав їх клітинами. М. Мальпіги (1671) та Н. Грю (1682) першими описали мікроскопічну будову органів рослин, підтвердивши їхню клітинну будову. У 1676 р. А. Левенгук відкрив світ мікроскопічних рослин та описав пофарбовані включення у клітинах вищих рослин та водоростей. До XIX століття існувало уявлення, що основні функції клітини пов'язані з її стінкою, а вміст клітини відводилася другорядна роль. З удосконаленням мікротехніки розширювалися і знання про внутрішній вміст клітини. Так було в 1831 р. Р. Браун виявив у клітині ядро і описав його як найважливіше освіту. У 1839 р. Я. Пуркіньє запровадив новий термін «протоплазма», тобто. живий вміст клітини. Узагальнивши усі накопичені знання у сфері клітини, ботанік М. Шлейден (1838) і зоолог Т. Шванн (1839) сформулювали клітинну теорію, основним твердженням якої було: клітина є єдина елементарна і функціональна структура всіх живих організмів. У 1858 р. Р. Вірхов додав нове положення до клітинної теорії, обґрунтувавши принцип наступності клітин шляхом поділу (кожна клітина утворюється з клітини).
У 1946 р. із застосуванням електронного мікроскопа була встановлена тонка структура клітини, що отримала назву ультраструктури.
БУДОВА РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ
Усі рослини є еукаріотами, тому що мають оформлене ядро (грец.karyon- ядро). Більш примітивні організми - бактерії та, зокрема, ціанобактерії (синьо-зелені водорості), що є прокаріотами (доядерними організмами), відрізняються за рядом ознак від еукаріотів (табл. 1.1).
Таблиця 1.1. Основні особливості прокаріотів та укаріотів
Закінчення таблиці
Примітка. ДНК – дезоксирибонуклеїнова кислота, ЕПС – ендоплазматична мережа.
ПРОТОПЛАСТ
У дорослій рослинній клітині (рис. 1.1) виділяють:протопласт - живий вміст клітини іпохідні протопласту.Протопласт являє собоюцитоплазмуіядро;до похідних протопласту відносять целюлознуклітинну стінку(оболонку) івакуоль.
До складу цитоплазми входить гіалоплазма - внутрішнє рідке середовище клітини, в яку занурені клітинні органели. Для живих рослинних клітин характерний рух цитоплазми разом з зануреними в неї органелами і ядром, що називається струмом цитоплазми, або циклозом. Гіалоплазма являє собою складний безбарвний колоїдний розчин слизової консистенції. Одним із проявів живого стану гіалоплазми є перехід колоїдної системи з переважанням дисперсійного середовища - води(золя)угель,що знаходиться в більш твердому стані, і назад. Гіалоплазма містить воду (70-90%), в якій розчинені іони мінеральних солей, які відіграють важливу роль у створенні осмотичного тиску в клітині. До складу гіалоплазми входять також розчинні білки, рибонуклеїнова кислота (РНК), полісахариди, ліпіди.
Речовини, що входять до складу живої клітини, об'єднують у поняттяконституційні,тобто. що беруть участь в обміні речовин. Основними класами конституційних органічних речовин є білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди тавуглеводи.
Мал. 1.1. Схема будови рослинної клітини (електронна мікроскопія):
1 – ядро; 2 - ядерна оболонка (дві мембрани - внутрішня та зовнішня та перинуклеарний простір); 3 – ядерна пора; 4 - ядерце; 5 – конденсований хроматин; 6 – дифузний хроматин; 7 – клітинна стінка; 8 – плазмалема; 9 – плазмодесми; 10 – ендоплазматична агранулярна мережа; 11 – гранулярна ендоплазматична мережа; 12 - мітохондрії; 13 - вільні рибосоми; 14 – лізосоми; 15 – хлоропласт; 16 - диктіосома апарату Гольджі; 17-гіалоплазма; 18 - тонопласт; 19 - вакуоля з клітинним соком
Білки- речовини, що визначають будову та властивості живої матерії. На їхню частку припадає переважна більшість органічних речовин клітини. Вони беруть участь у побудові структури та функціях всіх клітинних органел. Білки виконують важливу ферментативну функцію, постійно беручи участь у процесах синтезу та розпаду конституційних речовин. Білки може бути і ергастичними речовинами клітини, тобто. відкладатися в запас, а також виконувати скорочувальну, транспортну функції та можуть бути джерелом енергії.
Білки – це біополімери, що складаються з амінокислот, з'єднаних пептидними зв'язками. З відомих 40 амінокислот до складу білків входять 20. Прості білки -протеїни- складаються тільки з амінокислот і відкладаються в клітині як запасні речовини. Прості білки можуть з'єднуватися з вуглеводами (глікопротеїди), нуклеїновими кислотами (нуклеопротеїди), жирними кислотами (ліпопротеїди), і тоді вони називаються складними білками -протеїдами.Протеїди єконституційнимибілками, оскільки входять до складу цитоплазми та ядра.
Нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК)- важлива група фосфоровмісних біополімерів, що забезпечує зберігання тапередачу спадкової інформації. Мономером нуклеїнових кислот є нуклеотид, що включає азотисту основу, цукор і залишок фосфорної кислоти. Для кожного виду характерний свій нуклеотидний склад нуклеїнових кислот.
Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних антипаралельних ланцюгів, закручених у подвійну спіраль навколо центральної осі. Ланцюги вибудовуються за типом комплементарності між азотистими основами, що утворюють між собою водневі зв'язки. Структура ДНК описана 1953 р. Д. Вотсоном і Ф. Криком. РНК, на відміну від ДНК, є одноланцюжковою молекулою (табл. 1.2). ДНК і РНК можуть перебувати як у ядрі, так і в цитоплазмі, а також у мітохондріях та хлоропластах.
Ліпіди(фосфоліпіди) - жироподібні речовини, які є структурними компонентами клітини, оскільки входять до складу клітинної мембрани (плазмолема, тонопласт). Протопласт рослинної клітини містить: прості ліпіди (жирні олії), полімерні ліпіди (віск, кутин, суберин) та складні ліпіди (ліпоїди, або жироподібні речовини). Прості ліпіди складаються із залишків
Таблиця 1.2. Склад нуклеїнових кислот (ДНК, РНК)
жирних кислот та спиртів (жири, воски). Складні ліпіди – це комплекси ліпідів, їх сполуки з білками (ліпопротеїди), фосфорною кислотою (фосфоліпіди), цукрами (гліколіпіди). Деякі пігменти (каротиноїди) також відносять до складних ліпідів. Ліпіди є одним з основних компонентів біологічних мембран, а також складають їхній енергетичний резерв.
Вуглеводивходять до складу гіалоплазми у вигляді моносахаридів (глюкоза, фруктоза), дисахаридів (сахароза, мальтоза та ін.) та полісахаридів (крохмаль, глікоген).
У рослин моносахариди є первинним продуктом фотосинтезу та використовуютьсядля біосинтезу полісахаридів, амінокислот, жирних кислот та ін. Вуглеводи запасаються у вигляді крохмалю як енергетичний резерв рослин. Деякі вуглеводні полімери є опорним матеріалом жорстких клітинних стінок (целюлоза) або виконують функцію цементуючого матеріалу в міжклітинному просторі (пектин).