Лекция 2. Общая характеристика растительной клетки. Эргастические вещества растительной клетки. (2 часа)

Цель: получить представ­ление о строении растительной клетки в связи с её функциями и отличительными особенностями.

Задачи: 1) познакомиться со строением растительной клетки;

2) выяснить отличительные особенности растительных и животных клеток;

3) получить представление об эргастических веществах клетки.

Рассматриваемые вопросы:

1.Клетка - мельчайшая единица всего живого. Общий план строения растительной клетки.

2. Отличия растительной клетки от животной.

3. Структура ядра и его функции.

4. Эргастические вещества растительной клетки.

1.Клетка - мельчайшая единица всего живого. Клетка — основная форма организации живой материи, эле­ментарная единица организма. Она представляет собой самовосп­роизводящуюся систему, которая обособлена от среды и сохраняет определенную концентрацию химических веществ, но одновре­менно осуществляет постоянный обмен с ней. Клетка как химичес­кая система сохраняет стабильность (гомеостаз) в процессе обмена с окружающей средой. Роль барьера играет плазматическая мемб­рана. Каждая клетка имеет цитоплазму и генетический материал в форме ДНК, которая регулирует жизнь клетки и воспроизводит себя, благодаря чему образуются новые клетки. Единство клеточ­ного строения организмов подтверждается не только сходством строения различных клеток, но и сходством химического состава и процессов обмена. Нуклеиновые кислоты и белки, процессы их синтеза и превращений универсальны и принципиально близки в клетках всех живых организмов.

Понятие о клетке и ее строении возникло после изобретения голландскими мастерами братьями Янсен микроскопа (1590). Впервые увидел и описал клетку английский естествоиспытатель Р. Гукв 1665 г. Рассматривая в микроскоп тонкий срез бутылочной пробки, Гук обнаружил, что она состоит из многочисленных камер, названных им клетками. Так как пробка представляет собой мерт­вую ткань, пустые клетки которой состоят только из оболочек, то долгое время считали, что главной частью клетки и является ее стенка. Современники Р. Гука М. Мальпиги (1671) и Н. Грю (1682) впервые описали микроскопическое строение органов растений, подтвердив их клеточное строение. Они считали, что клетки — это мешочки или пузырьки, наполненные слизистым содержимым. Н. Грю полагал, что стенки клеток образованы переплетением ни­тей, как у текстиля (отсюда термин «ткани»), В 1676 г. А. Левенгук обнаружил окрашенные включения у водорослей и в клетках выс­ших растений, описал хроматофоры спирогиры, хромопласты, от­крыл мир микроскопических организмов. В XVII и XVIII вв. гос­подствовало представление о том, что основные жизненные свой­ства клетки связаны с ее стенкой. Содержимому клетки отводилась второстепенная роль питательного сока или растительной слизи. Только в XIX в., когда усовершенствовалась микроскопическая техника и накопились данные о внутреннем содержимом клетки, ему стали придавать должное значение. В 1831 г. Р. Броун обнару­жил в клетке ядро и описал его в качестве важнейшего образования. В 1839 г. Ян Пуркиньедал слизистому содержимому клетки (обяза­тельному компоненту) название «протоплазма», убедившись в том, что именно оно, а не клеточные стенки представляет собой живое вещество, позднее был введен термин «цитоплазма» (цитоплазма + ядро = протоплазма).

Таким образом, к концу 30-х годов XIX в. были открыты основ­ные компоненты клетки, сформировалось представление о клетке как структурной и функциональной единице живых организмов, которое получило название клеточной теории. Клеточная теория была сформулирована в работах ботаника М. Шлейдена (1838) и зоолога Т. Швана (1839). Они утверждали, что клетка — единая элементарная структура всех живых организмов. Существенным дополнением к клеточной теории было и открытие деления клеток (работы И. Чистякова, Э. Страсбургера и др.). Р. Вирхов в 1858 г. обосновал принцип преемственности клеток путем деления (каж­дая кл етка от кл етки).

Развитие учения о клетке шло параллельно с усовершенствова­нием микроскопа. В конце XIX в. появилась возможность изучать основные структурные компоненты клетки, накопились данные об их функциях. В 1866-1888 гг. были открыты хромосомы, в 1880— 1883 гг. — хлоропласты, в 1890 г. — митохондрии, в 1898 г. — аппа­рат Гольджи. К этому времени относится оформление цитологии как науки о клетке. К концу века световой (или оптический) мик­роскоп почти достиг теоретического предела разрешения, ограни­ченного длиной световых волн. Современные его модели дают уве­личение от 56 до 2500 раз. Развитие цитологии замедлилось. Появ­ление в 30-е годы XX в. электронного микроскопа, позволяющего использовать вместо светового излучения пучок электронов, про­извело революцию в биологии (табл. 2). Стало возможным полу­чить разрешение в 500 раз больше, чем в световом микроскопе. Со­здаваемое увеличение достаточно, чтобы различить ультраструкту­ры клетки, крупные молекулы. С 1946 г. электронный микроскоп получил широкое распространение в биологии, дав возможность исследовать тонкое строение клетки, которое получило название ультраструктуры.

Химический состав: вода - 60 - 90%, другие неорганические вещества - 1,5%, белки - 10 - 20%, жиры - 2 - 3%, органические вещества - 1,5% (в том числе крахмал, воски и др.)

Общая организация растительной клетки (ее строение).

Растительная клетка

┌─────────┬────────┐

оболочка │ вакуоль

│

протопласт

┌────────┐

цитоплазма ядро

┌─────────┐

основное органоиды (мембранные структуры)

вещество ┌───────────────────────────────┐

(матрикс) универсальные специфические

(во всех эукариотических (характерны только для

клетках: митохондрии, растений: пластиды

рибосомы, ЭПС, комплекс (лейкопласты, хлоропласты,

Гольджи и др.) хромопласты).

Оболочка и вакуоль являются производными протопласта растительной клетки и формируются в процессе его жизнедеятельности.

Оболочка состоит в основном из целлюлозы, между линейными молекулами целлюлозы образующими каркас находится основное вещество оболочки (углеводы-пектины). Благодаря этому она твердая, упругая, эластичная, прозрачная, проницаема для воды и газов и выполняет функции: 1) защиты от повреждений, 2) придает клетке прочность и определяет ее форму.

Часто в оболочке могут откладываться различные вещества (например, минеральные соли и лигнин, пробка), придающие оболочке дополнительную прочность и твердость.

Вакуоль - это пространство в клетке, заполненное клеточным соком и ограниченное от протопласта специальной вакуолярной мембраной (тонопластом).

В клеточный сок входит вода, сахара, специфические вещества, пигменты, минеральные соли, органические кислоты (яблочная, лимонная, щавелевая).

Основные функции вакуоли: 1) запасание питательных веществ, 2) нейтрализация веществ-шлаков, 3) регуляция поступления в клетку воды, 4) поддержание клетки в упругом состоянии.

Протопласт - всё живое содержимое клетки.

В состав протопласта входит ядро и цитоплазма. Снаружи протопласт покрыт цитоплазматической мембраной - плазмалеммой, имеющей белково-липидное строение (жидкостно-мозаичная модель).

В цитоплазме имеются включения - эргастические вещества. Включения (эргастические вещества) - это временные образования в клетке, которые могут быть или отсутствовать в клетке. Они подразделяются на запасные вещества и отбросы.

Запасные вещества и отбросы встречаются в твердом виде - в цитоплазме и в других органоидах клетки. Снаружи протопласт растительной клетки (кроме мембраны) покрыт твердой целлюлозной клеточной стенкой.