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.