- Вакуоль,
клеточный сок. Вакуоли содержатся почти во всех растительных клетках. Они представляют собой полости в клетке, заполненные водянистым содержимым – клеточным соком. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных веществ, являющихся продуктами жизнедеятельности протопласта, в основном, запасными веществами и отбросами. Реакция клеточного сока обычно слабокислая или нейтральная, реже щелочная. Вещества, входящие в состав клеточного сока, чрезвычайно разнообразны. Это углеводы, белки, органические кислоты и их соли, аминокислоты, минеральные ионы, алкалоиды, гликозиды, танниды, пигменты и другие растворимые в воде соединения. Большинство из них относится к группе эргастических веществ – продуктов метаболизма протопласта, которые могут появляться
и исчезать в различные периоды жизни
клетки. Многие вещества клеточного сока
образуются только в растительных клетках:
- Углеводы входят в состав живой клетки либо в виде мономеров и олигомеров (глюкоза, фруктоза, сахароза), либо в виде полимерных соединений, так называемых полисахаридов. К последним относятся крахмал - резервный энергетический полисахарид многих растительных клеток и целлюлоза - основной компонент клеточной оболочки.
- Танины (дубильные вещества) – это растительные высокомолекулярные фенольные соединения, способные осаждать белки и обладающие вяжущим вкусом. Представляют собой смесь эфиров глюкозы с галловой кислотой и 3-галлоилгалловой кислотой. Структурными элементами являются галловая кислота и флавон.
- Алкалоидами называются сложные органические соединения, содержащие азот и имеют некоторые общие свойства с лугами. Алкалоиды часто представляют собой ядовитые вещества и придают растениям горького вкуса. В определенных дозах многие алкалоиды используются в медицине как лечебные средства. Роль алкалоидов в жизнедеятельности растения не совсем ясна. В растениях алкалоиды образуются как конечный продукт, обмена веществ, и поэтому часто их рассматривают как отбросы и как защитное средство растений от животных, не поедают растения с большим содержанием алкалоидов. Обычно в клеточном соке растений
алкалоиды содержатся в виде солей, растворенных
в воде. В отдельных растений алкалоиды
сосредоточены в различных органах: в
плодах и семян (кофе, люпин, белладонна,
мак), в стеблях (мак, белена, дурман), в
коре (хинное дерево), в листьях (чай, табак,
люпин), в корневищах (аконит). Большинство алкалоидов приспособлена
к определенным растениям, но есть и такие
растения, которые производят несколько
алкалоидов. Так, например: в коре хинного
дерева, кроме алкалоида хинина, есть еще
30 других алкалоидов; в молочном соке мака
содержится около 22 различных алкалоидов. Некоторые алкалоиды используются как
наркотики - никотин (табак), кофеин (кофе),
морфин (мак).
- Растительные
пигменты, органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Наиболее распространенным из растительных пигментов является зеленый пигмент - хлорофилл, который имеется у всех высших растений
аротиноиды окрашивают растения в желтый, оранжевый или красный цвет. Расположены пигменты в хлоропластах и хромопластах. Известно более 150 стойких пигментов. Многие из них важны для фотосинтеза и являются источником витамина А. Антоцианы, отвечающие за розовый, красный, голубой и бурый цвета, находятся в клеточном соке растений. Осенью укорачивание дня и понижение температуры приводят к соединению этих пигментов с другими веществами, что вызывает окрашивание листвы деревьев в яркие цвета.
- Кристаллы в клетках растений, кристаллические отложения в полостях или оболочках живых или отмерших клеток, состоящие главным образом из щавелевокислого Ca, кремнезёма — SiO2, реже — белков, каротинов и др. Встречаются: одиночные К., скопления мелких К. — «песок», сростки К. — друзы, игольчатые К. — стелоиды и рафиды. Некоторые К. присутствуют лишь в особых, более крупных клетках. К. могут заполнять клетки целиком, деформируя их. Кремнезём откладывается преимущественно в оболочках клеток, часто в кожице. К. белка встречаются в ядрах, пластидах, алейроновых зёрнах, К. каротина — в хромопластах. Много К. скапливается в отмерших клетках листьев и коры. Форма и расположение К. специфичны
для ряда растений, что может иметь значение
для их систематики.
- Запасные
вещества в растительной клетке - это непостоянные структуры, могут образовываться и исчезать в процессе жизнедеятельности, преимущественно запасные.
- Крахмал. Распространенным, из углеводных включений в растительной клетке является крахмал. Крахмал откладывается в пластидах
в виде зерен различной формы эллиптической,
шаровидной, многогранной, палочковидные. Различные виды растений отличаются формой и величиной крахмальных зерен. Зерна крахмала картофеля овальной формы и сравнительно большие, тогда как зерна крахмала риса многогранней и очень мелкие, зерна крахмала пшеницы круглые и т. д. Слоистость зерен
крахмала - чередование темных и светлых слоев - обусловливается неодинаковым содержанием воды в этих слоях, а следовательно, и неодинаковым преломлением света в разных слоях зерна. Слоистость крахмальных зерен бывает выявлена резко или слабо, она может быть концентрической или эксцентричной, когда слои крахмальных зерен имеют неравномерную толщину.
Различают простые, полусложные
и сложные зерна крахмала. Простые зерна
крахмала одиночные, различной формы-яйцевидные,
эллипсовидные, линзовидную, многогранные
и др.., Они имеют один образовательный
центр. Сложные имеют несколько образовательных
центров и вокруг каждого из них размещаются
слои. Полусложные зерна имеют в центре
изолированные слои вокруг центра, которые
окружены ближе к периферии еще общими
слоями. Содержание крахмала в растениях
различных родов неодинаков. Разное количество
его содержится и в отдельных частях растений.
Большое количество крахмала является
в зерне риса (62-82%), пшеницы (57 - 75%), кукурузы
(57-72%). Много крахмала содержится в клубнях
картофеля. Размер крахмальных зерен различных
растений разнообразен. В среднем они
составляют 5-20 но есть и такие, что достигают
150 -и более. Крахмальные зерна в холодной
воде не растворяются. В горячей воде они
неограниченно отекают, расплываются
в клейкую массу и образуют клейстер. Гидролизуется
крахмал в непрочных растворах кислот,
от действия которых переходит в сахар.
В живых растительных клетках крахмал
под воздействием ферментов (катализаторов)
амилазы и мальтазы гидролизуется в виноградный
сахар, или глюкозу. Различают ассимилирующий,
транзиторный и по-пасном крахмал. Ассимилирующий,
или первичный, крахмал образуется в процессе
фотосинтеза в виде щепотке зерен преимущественно
в клетках листьев. Здесь под влиянием
ферментов он превращается в сахары, которые
в растворенном виде поступают в органы
растения, где снова превращаются в крахмал
- вторичный, или запасной. В отдельных
растений запасной крахмал откладывается
в лейкопласты различных органов - в клубнях,
корнях, семенах, корневищах, плодах. Транзиторный,
или передающий, крахмал находится на
путях передвижения от фотосинтезирующих
органов (листья) в органы - вместилищ.
Под действием раствора йода крахмал окрашивается
в синий цвет. Это характерная реакция
на крахмал. Как запасной углевод, крахмал
используется растениями в процессе обмена
веществ. В промышленности крахмал широко
применяется для получения глюкозы, из
которой далее добывают спирт. Из других
углеводов в растительных клетках образуются
сахары, инулин, который есть в клеточном
соке в растворенном состоянии.
- Жиры. В протоплазме клеток жирные масла образуются в виде капель разной величины. Реже они встречаются в клеточном соке и в пластидах. Больше жирных масел накапливается в семени, особенно в семени так называемых масличных культур (подсолнечник, лен, конопля, хлопок, соя, арахис и др.). Семена сои и арахиса содержит масла более 50%, зерно пшеницы до 2%,
кукурузы до 6% (на сухое вещество). Жирные
масла растений человек широко использует
в пищу и в промышленности.
- Белки. Белки встречаются во всех живых клетках, часто в виде кристаллов клубнеобразной формы. Они содержатся в ядре клетки, протоплазме и пластидах. Следует различать конституционные белки, которые составляют основу всего протопласта, и запасные белки, которые откладываются в семени в так называемых алейроновых, или протеиновых зернах. Больше алейроновых зерен содержится в семенах бобовых растений (горох, фасоль, соя, арахис и др.).
- Клеточная оболочка
или стенка.
Клеточная
стенка у растений - это структурное
образование, располагающееся по периферии
клетки, за пределами плазмалеммы, придающее
клетке прочность, сохраняющее ее форму
и защищающее протопласт . Клеточная стенка
растений противостоит высокому осмотическому
давлению большой центральной вакуоли
и препятствует разрыву клетки. Кроме
того, совокупность прочных клеточных
стенок выполняет роль своеобразного
внешнего скелета, поддерживающего форму
растения и придающего ему механическую
прочность. Клеточная стенка, обладая
большой прочностью, в то же время способна
к росту, и прежде всего к росту растяжением.
Эти два в известной степени противоположных
требования удовлетворяются за счет особенностей
ее строения и химического состава. Клеточная
стенка, как правило, прозрачна и хорошо
пропускает солнечный свет. Через нее
легко проникают вода и низкомолекулярные
вещества, но для высокомолекулярных веществ
она полностью или частично непроницаема.
У многоклеточных организмов стенки соседних
клеток скреплены между собой пектиновыми
веществами, образующими срединную пластинку.
- Строение животной
клетки.
Строение
и функции оболочки клетки. Клетка любого организма, представляет
собой целостную живую систему. Она состоит
из трех неразрывно связанных между собой
частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка
клетка осуществляет непосредственное
взаимодействие с внешней средой и взаимодействие
с соседними клетками (в многоклеточных
организмах).
- Оболочка
клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ. Наружный слой поверхности клеток животных
в отличие от клеточных стенок растений
очень тонкий, эластичный. Он не виден
в световой микроскоп и состоит из разнообразных
полисахаридов и белков. Поверхностный
слой животных клеток получил название
гликокаликс.
- Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
- Плазматическая
мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица, пленка), граничащая
непосредственно с цитоплазмой. Толщина
плазматической мембраны около 10 нм, изучение
ее строения и функций возможно только
с помощью электронного микроскопа. В состав плазматической мембраны
входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину. Молекулы белка и липидов подвижны,
что обеспечивает динамичность
плазматической мембраны. Плазматическая
мембрана выполняет много важных функций,
от которых завидят жизнедеятельность
клеток. Одна из таких функций заключается
в том, что она образует барьер, отграничивающий
внутреннее содержимое клетки от внешней
среды. Но между клетками и внешней средой
постоянно происходит обмен веществ. Из
внешней среды в клетку поступает вода,
разнообразные соли в форме отдельных
ионов, неорганические и органические
молекулы. Они проникают в клетку через
очень тонкие каналы плазматической мембраны.
Во внешнюю среду выводятся продукты,
образованные в клетке. Транспорт веществ- одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.
- Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.),
соединяются друг с другом плазматической
мембраной. В местах соединения двух клеток
мембрана каждой из них может образовывать
складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность. Соединение клеток растений
обеспечивается путем образования тонких
каналов, которые заполнены цитоплазмой
и ограничены плазматической мембраной.
По таким каналам, проходящим через клеточные
оболочки, из одной клетки в другую поступают
питательные вещества, ионы, углеводы и другие соединения. На поверхности многих клеток
животных, например различных эпителиев,
находятся очень мелкие тонкие выросты
цитоплазмы, покрытые плазматической
мембраной, - микроворсинки. Наибольшее
количество микроворсинок находится на
поверхности клеток кишечника, где происходит
интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.
- Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например белков и полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита (греч. “фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное
участие принимает плазматическая мембрана.
В том месте, где поверхность клетки соприкасается
с частицей какого-либо плотного вещества,
мембрана прогибается, образует углубление
и окружает частицу, которая в “мембранной
упаковке” погружается внутрь клетки.
Образуется пищеварительная вакуоль и
в ней перевариваются поступившие в клетку
органические вещества.
- Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.
- Эндоплазматическая
сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети. Эндоплазматическая сеть неоднородна
по своему строению. Известны
два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности. Эндоплазматическая сеть выполняет
много разнообразных функций. Основная
функция гранулярной эндоплазматической
сети - участие в синтезе белка, который
осуществляется в рибосомах. На мембранах гладкой эндоплазматической
сети происходит синтез липидов и углеводов.
Все эти продукты синтеза накапливаются
н каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.
- Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой. В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция
рибосом - это синтез белка. Синтез
белка - сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляютя. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.
- Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии. Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами. Число крист неодинаково в митохондриях
разных клеток. Их может быть от нескольких
десятков до нескольких сотен, причем
особенно много крист в митохондриях активно
функционирующих клеток, например мышечных.
Митохондрии называют «силовыми станциями»
клеток» так как их основная функция -
синтез аденозинтрифосфорной кислоты
(АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях
клеток всех организмов и представляет
собой универсальный источник энергии,
необходимый для осуществления процессов
жизнедеятельности клетки и целого организма.
Новые митохондрии образуются делением
уже существующих в клетке митохондрий.
- Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа
пластид: зеленые - хлоропласты; красные,
оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные
- лейкопласты.
- Аппарат
Гольджи. Во многих клетках животных,
например в нервных, он имеет форму сложной
сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной
формы. Строение этого органоида сходно
в клетках растительных и животных организмов,
несмотря на разнообразие его формы. В состав аппарата
Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс. Аппарат Гольджи
выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.
- Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль , внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой. Обладая способностью к активному перевариванию
пищевых веществ, лизосомы участвуют в
удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности
частей клеток, целых клеток и органов.
Образование новых лизосом происходит
в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся
в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.
- Клеточный
центр. В клетках животных вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления. Клеточные
включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и зерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.
- Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размера клеток. В большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называют одноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькими десятками и даже сотнями ядер. Это - многоядерные клетки. Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под ядерной оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра.