Лекция № 2
Клетка. Протопласт.
Форма клеток разнообразна: овальная, шаровидная, многогранная, вытянутая, звёздчатая и т. д. Каждая клетка имеет три измерения: длину, ширину, высоту. Все многообразие клеток можно разделить на две группы:
1) паренхимные — все три измерения примерно одинаковые,"
2) прозенхимные — длина в несколько раз превышает ширину.
Несмотря на большое разнообразие клеток, все они имеют общее строение. Рассматривая клетку в микроскоп, можно увидеть 5 основных структурных элементов:
1) клеточная стенка, покрывающая клетку снаружи (клеточная оболочка);
2)одна крупная вакуоль, заполненная клеточным соком или несколько мелких, расположенных в центре клетки;
3) цитоплазма, расположенная между клеточной стенкой и вакуолью;
4) ядро, погруженное в цитоплазму:
5)пластиды.
В составе клетки выделяют:
1 живая часть клетки — протопласт – он включает ядро, цитоплазму и органеллы;
2 производные протопласта:
1) клеточная стенка,
2) вакуоль,
3) клеточные включения.
Ядрo — погружено в цитоплазму, которая окружает его со всех сторон. В растительной клетке имеется одно ядро. Оно прозрачное и бесцветное, по вязкости плотнее цитоплазмы. Ядро состоит из особых белков (нуклеопротеидов), ЛНК и ядрышка, которое содержит РНК. ЛНК — дезоксирибонуклеиновая кислота РНК - рибонуклеиновая кислота.
Ядро является регулятором процессов обмена веществ в клетке. Оно выделяет ферменты, которые стимулируют протекание различных биохимических процессов. Ядро принимает участие в делении клеток.
Цитоплазма состоит из различных соединений — белков, жиров, жироподобных веществ, углеводов, нуклеиновых кислот, растворимых азотистых веществ. В состав цитоплазмы и органоидов клетки входит вода, которая составляет 60-90/. Цитоплазма представляет собой бесцветный, слизистый на ощупь, густой и прозрачный коллоидный раствор.
Для цитоплазмы характерны следующие свойства:
13 она находится в постоянном движении,
23 имеет способность раздражаться под влиянием внешних воздействий,
33 обладает вязкостью, которая связана с обменом веществ (чем больше вязкость, тем меньше обмен),
4) обладает проницаемостью — это связано с процессом дыхания.
Под влиянием изменяющихся условий внешней среды могут изменяться свойства цитоплазмы. она становится твердой при созревании семян (уменьшается содержание воды).
Органеллы, входящие в состав цитоплазмы выполняют разнообразные функции и цитоплазма обеспечивает их взаимодействие.
Пластиды встречаются только в растительных клетках, животные организмы пластид не имеют.
Они имеют разную форму и окраску. Различают три типа пластид.
1. Хлоропласты — они широко распространены в природе, встречаются в клетках высших растений, которым придают зеленую окраску. В состав хлоропластов входят пигменты:
а) хлорофилл зеленого цвета, образуется только на свету;
б) каротиноиды — красно-оранжевого цвета'
в) ксантофиллы — желтого цвета.
Каротиноиды и ксантофиллы сопутствуют хлорофиллу.
Роль хлоропластов — учувствуют в процессе фотосинтеза, в результате которого образуется крахмал.
2. Хромопласты — встречаются в цветках, плодах, придают им жёлтую, оранжевую окраску.
В состав хромопластов входят пигменты:
а) каротиноиды — красно — оранжевого цвета,
б) ксантофиллы — желтого цвета.
Роль хромопластов — яркая окраска цветков привлекает насекомых для опыления, яркая окраска плодов привлекает птиц и животных для их распространения.
Каротин — в организме человека расщепляется и образует витамин А, поэтому его называют провитамином А. Большое количество каротина в цветках календулы, плодах рябины, облепихи, корнеплодах моркови.
3. Лейкопласты — встречаются в различных органах растения. Они бесцветны, пигментов не содержат. Роль лейкопластов — в них откладывается вторичный крахмал (он называется запасной: в подземных органах — клубнях, корнях, корневищах, в тканях зародыша семени).
Пластиды одного вида могут переходить в другой вид, что говорит об их большом сходстве. Клубни катрофеля на свету зеленеют (лейкопласты переходят в хлоропласты), зеленые плоды при созревании краснеют (хлоропласты переходят в хромопласты), корень моркови на солнце переходит в зеленый цвет (хромопласты переходят в хлоропласты).
Клеточная стенка (клеточная оболочка).
Клеточная оболочка придает клетке форму и прочность, играет защитную роль и предохраняет клетку от деформации.
Первичная клеточная оболочка состоит из пектиновых веществ и целлюлозы. В процессе роста растительной клетки происходит наслоение и с внутренней стороны откладывается вторичная клеточная оболочка. При утолщении почти всей стенки клетки неутолщенными остаются лишь небольшие участки которые называют порами. Вторичная клеточная оболочка состоит из целлюлозы (клетчатки).
Химические видоизменения клеточной стенки (самостоятельное изучение, стр. 30-33).
КУТИНИЗАЦИЯ (франц. cutinisation, от лат. cutis — кожа), пропитывание клеточных оболочек жироподобным веществом — кутином, который по своей химической природе близок к суберину. При этом кутин образует на поверхности клеток непрерывный застывший слой — кутикулу различной толщины. К. является защитным приспособлением против интенсивного испарения (фикус, брусника). Как правило, К. подвергается только та часть клеточной оболочки, которая непосредственно касается атмосферы.
Иногда кутинизируются и радиальные стенки клеточных оболочек, образуя так называемые "пятна Каспари". У винограда последние выражены менее отчетливо, чем у многих др. видов растений.
ОПРОБКОВЕНИЕ, происходит за счет жироподобного вещества суберина. Суберин почти непроницаем для жидкостей и газов, поэтому протопласт клетки высыхает. О. свойственно клеткам покровных тканей побегов деревьев и кустарников 2-4 летнего возраста. Защищает внутренние ткани от микроорганизмов, потери влаги и колебаний температуры, способствует заживлению ран и образованию рубцов после опадения листьев.
ОДРЕВЕСНЕНИЕ связано с накоплением полимерного соединения фенольной природы– лигнина. Клеточная стенка теряет эластичность, резко повышается ее твердость и прочность на сжатие, снижается проницаемость для воды.
Реактивами на лигнин являются: 1) флороглюцин и концентрированная хлористоводородная или серная кислота (одревесневшие стенки приобретают вишнево-красную окраску) и 2) сульфат анилина, под действием которого одревесневшие стенки становятся лимонно-желтыми.
Одревеснение характерно для клетокпроводящей ткани ксилемы (древесины) и механической ткани склеренхимы.
ОСЛИЗНЕНИЕ происходит за счет превращения целлюлозы в слизи и камеди, которые сильно набухают, соприкасаясь с водой. Слизи удерживают влагу, защищая семена от высыхания и способствуя их прикреплению к частичкам почвы. Большое количество слизей содержат семена льна. Камеди выделяются стеблями некоторых растений при повреждениях (вишня).
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ клеточной стенки связана с накоплением в ней кремнезема. Клеточная стенка приобретает прочность и хрупкость (листья крапивы, осок, злаков).
Молодые растительные клетки целиком заполнены цитоплазмой. Ядро в них крупное и занимает центральное положение. По мере роста образуется клеточный сок, который накапливается в виде капелек, постепенно сливаясь образуются вакуоли, у молодых клеток их несколько, у старых чаще всего одна. Клеточный сок (самостоятельное изучение стр. 33-39).
Клеточный сок образуется в результате обмена веществ в процессе жизнедеятельности всего растительного организма. Он является водным раствором различных органических и неорганических веществ. Основной частью клеточного сока является вода, её содержится от 70 % до 95%. Химический состав клеточного сока у различных растений различный, он имеет обычно кислую реакцию среды, может быть нейтральный и редко щелочной. В клеточном соке находятся в растворенном виде: органические кислоты, гликозиды, алкалоиды, сахара (глюкоза, фруктоза), дубильные вещества, фитонциды, витамины, антибиотики, пигменты, ферменты и др. вещества. Многие из них оказывают лечебное действие.
Кислый вкус клеточного сока зависит от присутствия органических кислот. Чаше встречаются щавелевая, яблочная, лимонная, уксусная и др. кислоты.
В клеточном соке у некоторых растений растворены красящие вещества — пигменты, соединения фенольной природы, относящиеся к флавоноидам. Они обуславливают цвет цветков, плодов, листьев. Наиболее распространены пигменты:
1) антоциан — он находится в разных органах растения и придаёт им разную окраску, т. к. его окраска зависит от среды: в кислой среде он красный, в нейтральной — фиолетовый, в щелочной — синий.
2) антохлор — близкий по строению к антоциану, но желтого цвета. Биологическая роль пигментов — ярко окрашенные цветы привлекают насекомых для опыления, ярко окрашенные плоды привлекают птиц, что способствует распространению плодов и семян.
Клеточные включения:
· Запасные питательные вещества
· Экскреторные вещества.
В цитоплазме клеток находятся запасные питательные вещества.
Из углекислого газа и воды крахмал образуется в процессе фотосинтеза и откладывается в виде крахмальных зерен. Крахмальные зерна у растений различной формы, это является диагностическим признаком при определении лекарственного растительного сырья. Крахмал можно обнаружить с помощью раствора Люголя (J2), образуется сине-фиолетовое окрашивание.
Крахмал применяется и как лечебное средство входит в состав присыпок, жидких лекарственных средств, при нагревании крахмала образуется слизь, которая применяется как обволакивающее средство.
Но у некоторых растений крахмал не накапливается, так представитетели семейства астровые (одуванчик, девясил) накапливают другой углевод — инулин. Инулин является важным диагностическим признаком при определении лекарственного растительного сырья, его можно обнаружить с помощью реактива ~-нафтола и конц. серной кислоты, образуется розово-фиолетовое окрашивание.
Белки откладываются в запас в виде алейроновых зерен, в семенах бобовых растений, в зерновках злаков. От действия йода аллейроновые зерна окрашиваются в золотисто-желтый цвет.
Жирные масла — сложные эфиры трехатомного спирта глицерина с высокомолекулярными жирными кислотами: олеиновой, стеариновой, линолевой и др. Накапливаются в семенах и плодах. Большинство жирных масел являются жидкостями (масло подсолнечное, персиковое), но известно и твердое растительное масло (масло какао). Роль масла в растении — запасной питательный материал, окисляясь при дыхании дает большое количество энергии. В медицине применяется как основа мазей, масло какао при приготовлении свечей и шариков.