Генотипическая изменчивость

Общая численность клеток, составляющих растение, выражается астрономическими цифрами, достигая нескольких сотен  и тысяч миллиардов.

Клетка растений состоит  из двух основных структур - цитоплазмы и ядра. Цитоплазма ( от греческого cytos - клетка, plasma - первичная масса) и  ядро тесно связаны между собой  и представляют единую живую систему. Цитоплазма без ядра существовать не может, так же как и ядро без  цитоплазмы. В начале развития учения о клетке чешский физиолог Пуркинье (1839) назвал содержимое клетки протоплазмой (от греческого protos - первый). Клетка одета  клеточной оболочкой (мембраной), состоящей  из клетчатки и пектиновых веществ (целлюлоза, лигнин, воск и др.). мембрана имеет поры через которые вещества могут проникать из одной клетки в другую.

Основную часть объема клетки занимает цитоплазма. Слой цитоплазмы, прилегающий к оболочке, называется экзоплазмой. Он более вязкий и лишен  гранул по сравнению с внутренним слоем, называемым эндоплазмой. В электронном  микроскопе цитоплазма представляется однородной зернистой массой. Она  состоит из прозрачного вещества гиалоплазмы (от греческого hyalos - стекло и плазма) и взвешенных в ней  мельчайших частиц - гранул. Гиалоплазму  называли вначале матриксом. В цитоплазме находятся органоиды и включения, протекают биохимические реакции, осуществляется транспорт веществ.

В состав цитоплазмы входит 10-20 % белков, 2-3 % липидов, 1-2 % углеводов  и примерно 1 % минеральных солей  и других веществ. В водной среде  цитоплазмы растворены минеральные  вещества и находятся органические соединения, представленные двумя группами: полупродукты синтеза и распада (аминокислоты, моносахариды, глицерин, жирные кислоты, азотистые основания  и др.) и конечными продуктами синтеза (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и др.). Наибольшее значение в жизнедеятельности растительной клетки играют белки. Недаром голландский ученый-химик И. Мудлер назвал белки протеинами, что в переводе означает первостепенно важные. Белки выполняют структурную роль, являются составной частью витаминов, ферментов, гормонов, участвуют в многочисленных реакциях обмена, имеют первостепенное значение в защитных реакциях и т. д.

Липиды являются главным  образом запасными веществами клетки. Они - источник энергии. Некоторые липиды входят в состав ядерных и клеточных  оболочек и многочисленных мембран.

Углеводы представлены в  цитоплазме в виде моно и дисахаридов. В состав клетки входит также крахмал, играющий роль запасного вещества. Источником внутриклеточной энергии  является глюкоза. Исключительно важное значение имеет рибоза и дезоксирибоза. Первая входит в состав рибонуклеиновой  кислоты (РНК), вторая - дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Минеральные вещества находятся  в цитоплазме в виде свободных  соединений и в связанном состоянии  с белками, жирами и углеводами.

Вода входит в состав коллоидов  цитоплазмы, она обеспечивает процессы гидролиза и окисления веществ.

Ядро покоится в цитоплазме. Впервые его обнаружил английский ученый Р. Броун (1831), рассматривая под  микроскопом клетки растений из семейства  орхидных. Ядро - важнейший и постоянный компонент всех эукариотических  клеток. исключительная важность ядра для жизнедеятельности клеток доказана опытным путем, например, с одноклеточной  водорослью ацетобулярией. Клетка водоросли  состоит из шляпки и ножки длиной 4-6 см. шляпка содержит цитоплазму, а  ядро находится в нижней части  ножки. При отделении шляпки от ножки  она погибает, а ножка в которой  находится ядро. Продолжает жить и  образовывать шляпку, т.е. часть растения, содержащая ядро обладает способностью регенерации.

Ядра клеток разнообразны по форме и размерам. Обычно форма  ядер связана с формой клеток, но иногда отличается от последней. В основном ядра имеют округлую или овальную форму. У большинства растений размер их колеблется в пределах 10-20 мкм. Форма  и величина ядра зависит от возраста клетки, физиологического состояния  и факторов внешней среды. Ядро клетки занимает около 1/5 ее объема. В нем  различают ядерную оболочку, ядерный  сок (кариолимфу), хроматин и ядрышки. Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной  оболочкой (мембраной), которая состоит  из внутреннего сплошного и внешнего пористого листков. Листки мембраны представлены в основном протеинами и липидами. Главная функция ядерной  мембраны - регулирование поступления  веществ из цитоплазмы в ядро и  обратно.

Ядерный сок представляет собой жидкое или полужидкое содержимое ядра. Кариолимф а и содержащиеся в ней глыбки хроматина (от греческого chroma - цвет) называется хромоплазмой. Субмикроскопический  состав хромоплазмы аналогичен составу  цитоплазмы. Электронной микроскопией в ней выявлены тонкие нити и гранулы.

В ядре клеток обнаруживается 1-2 ядрышка, которые содержат большое  количество РНК. Методом авторадиографии  установлено, что РНК ядрышков проникает  в рибосомы цитоплазмы и принимает  активное участие в синтезе белков.

Для химического состава  ядра характерно наличие большого количества ДНК и белков-гистонов. ДНК входит в состав хромосом, являющихся компонентами ядра и материальными носителями наследственности.

Нуклеиновые кислоты впервые  обнаружил швейцарский биохимик Мишер (1869) в ядрах животных клеток. Название их происходит от латинского nucleus - ядро.

Ядро является центром, управляющим  всеми процессами жизнедеятельности  клетки, в нем сосредоточены материальные носители наследственности всех признаков  организма.

Цитоплазма растительных клеток представляет собой довольно сложную структурную систему.

Электронная микроскопия  позволила выявить, что она - совокупность коротких и длинных, узких и широких, замкнутых и не замкнутых внутренних мембран и канальцев была названна эндоплазмотической сетью, которая  открыта в 1945 г (Портер, Клод и др.). Реальное существование ее окончательно доказано к 1958 году. Внутренне пространство эндоплазмотической сети заполненное  гомогенным веществом, состав которого остается малоизученным.

Различают две разновидности  эндоплазмотической сети: гранулярную  и агранулярную. Первая характеризуется  наличием на поверхности мембран  мелких гранул, получивших название рибосом. Гранулярная эндоплазмотическая сеть участвует в синтезе белков, а  агранулярная - в синтезе липидов  и углеводов. Эндоплазмотическя  сеть связана со всеми структурами  клетки. Ее оценивают как органоид общего значения, участвующий в процессах  синтеза, обмене веществ, обеспечивающий взаимосвязь элементов клетки между  собой и с окружающей средой.

В цитоплазме всех растительных клеток имеются мелкие частицы рибосомы ( от греческого soma - тело и от начала слова рибонуклеиновая кислота), которые можно видеть только в  электронный микроскоп. Они свободно располагаются в цитоплазме или  прикреплены к мембране эндоплазмотической сети и ядерной оболочке. Иногда рибосомы располагаются в виде скоплений (от 5 до 70). Такие группы рибосом получили название полисом или полирибосом. Рибосомы состоят из равного количества белка и РНК. В незначительном количестве в них обнаружены соли магния и кальция. РНК рибосом составляет 80-90 % от общего количества этой кислоты, содержащегося в этой клетке.

Рибосомы обеспечивают процессы внутриклеточного синтеза белка. Их называют своеобразными «фабриками»  белка, на «конвейерах», которых происходит сборка из аминокислот белковых молекул. Белок, синтезированный рибосомами, поступает в каналы эндоплазмотической сети, а затем во все органоиды  клетки, в том числе и ее ядро. Рибосомы обладают высокой синтезирующей  способностью, производя за 1 час  белка больше своего веса.

Митохондрии (от греческого mitos - нить, chondros - зерно) - органоиды клетки, ее «силовые станции». Их можно обнаружить в обычный световой микроскоп. Длина  митохондрий составляет - 0,5-0,7 мкм, ширина - 0,5-1 мкм. Количество митохондрий в  клетке зависит от ее функционального  состояния и возраста. В среднем  число их колеблется от 2 до 2,5 тысяч. Митохондрии имеют двойную оболочку, которая состоит из наружной и  внутренней мембран. Жидкое содержимое митохондрий называется матриксом. Внутренняя мембрана имеет складки, называемые кристаллами. Состоят митохондрии  из белка (65-70 %), липидов (25-30 %) и небольшого количества РНК и ДНК.

Основная роль митохондрий  заключается в синтезе аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является универсальным  источником энергии, которая необходима для обеспечения жизнедеятельности  клетки и организма вцелом.

Комплекс Гольджи - сложная  структура, состоящая из мембран, гранул и вакуолей. Впервые ее образование  открыто итальянским ученым К. Гольджи (1898) и названо его именем. В  растительных клетках комплекс Гольджи  имеет вид дискретных частиц, равномерно рассеяных по всей цитоплазме. Полагают, что комплекс Гольджи накапливает  различного рода ненужные клетке продукты ее жизнедеятельности и избытки  воды, подлежащие удалению, т.е. способствует регуляции определенного уровня концентрации веществ в клетке.

Пластиды ( от греческого plastos - вылепленный, eidos - подобный) - органоиды. Присущие клеткам растений. Они устроены очень сложно, способны к самовоспроизведению, тесно связаны со способом питания  растений. Пластиды имеют общее происхождение  и могу превращаться друг в друга. Различают следующие типы пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

Хлоропласты содержат пигмент  хлорофилл, осуществляющий процесс  фотосинтеза, обуславливает зеленый  цвет растения. Хромопласты содержат каратиноиды. Обуславливают оранжевую, желтую, красную окраску растений. Каратиноиды выполняют важную роль в процессах обмена веществ в клетке. Лейкопласты ( бесцветные пластиды) являются органоидами. Синтезирующими и запасающими крахмал. Схема строения клетки представлена на рисунке 1.

.2 Строение и функционирование  клетки животных

Эукариотический тип клеточной  организации представлен двумя  подтипами - простейших и многоклеточных.

Организм простейших в  анатомическом отношении соответствует  уровню одной клетки, а в физиологическом - полноценной особи. Характерным  признаком простейших является наличие  структур, выполняющих на клеточном  уровне функцию органа многоклеточного  организма. В качестве примера можно  привести такие образования, как  цитостом, цитофарингс и порошица, аналогичные пищеварительной системе  многоклеточных. Клетку второго подтипа (растительную, животную) представляют как объект, отграниченный от внешней  среды оболочкой с ядром и  цитоплазмой. Ядро имеет оболочку, ядерный  сок, ядрышки и хроматин. Цитоплазма представлена матриксом, в котором  сосредоточены включения и органеллы.

Внутреннее содержимое эукариотической  клетки исключительно упорядоченно. Упорядоченность достигается путем  так называемой компартментации  ее объема, т.е. разделения на различные  участки, отличающиеся химическим составом. Компартментация объема клетки способствует пространственному распределению  веществ в клетке и последовательному  течению биохимических процессов. Решающая роль в реализации компартментации  принадлежит биохимическим мембранам, которые выполняют барьерную  функцию, обеспечивают избирательную  проницаемость веществ, разделяют  между водными и не водными  фазами и т.д.

Благодаря упорядоченности  клеточного объема в клетке осуществляется распределение функций между  разными структурами и целесообразное взаимодействие, обеспечивающее жизнедеятельность  клетки и, в конечном счете, многоклеточного  организма.

Клетки многоклеточных организмов (животных, растений) отграничены друг от друга оболочкой. Клеточная оболочка ( плазмолемма) животных клеток имеет  наружный слой ( гликокаликс) толщиной 10-20 нм. Этот слой состоит из гликопротеидов и гликолипидов. К клеточной мембране изнутри примыкает корковый слой цитоплазмы толщиной 0,1-0,5 мкм. В этом слое находятся микротрубочки и  микрофиламенты, имеющие в своем  составе белки. Способные к сокращению. Оболочка выполняет отграничивающую, барьерную, защитную и транспортную функцию, регулирует химический состав клетки, избирательно распознает биологически активные вещества с помощью рецепторов. Благодаря наличию рецепторов, клетка воспринимает сигналы из внешней среды, адекватно реагирует на эти сигналы, а следовательно, на изменения окружающей среды и состояние самого организма.

Ядро клетки отграниченно от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая  обособляет генетический материал клетки от протоплазмы и осуществляет взаимодействие ядра и гиалоплазмы. Оболочка состоит  из двух мембран. Разграниченных перенуклеарным пространством, которое может контактировать с канальцами ЦПС. Ядерная оболочка пронизана порами ( диаметром 80-90 нм). Поры обеспечивают перемещение веществ  из ядра в цитоплазму и наоборот. Количество пор находится в прямой зависимости от функционального  состояния клетки. с повышением синтетической  активности клетки число пор увеличивается. Внутреннюю мембрану ядерной оболочки выстелает белковый слой. Он выполняет  опорную функцию.

Значение ядра хорошо показано в опытах по энуклеации клеток. особенно демонстративны эти опыты на амебе. Часть амебы, лишенная ядра, погибает, а часть амебы с ядром продолжает жить и развиваться. Если в безъядерную  часть амебы внести ядро, то ее жизнедеятельность  восстанавливается.

Ядерный сок состоит из белков, которые представляют внутреннюю среду ядра. Обеспечивающую сохранение и функционирование генетического  материала. В ядерном соке обнаружены фибрилярные белки. выполняющие  опорную функцию.

Ядрышко представляет собой  структуру, состоящую из нитчатого  и зернистого компонентов, что установлено  с помощью электронной микроскопии. Нитчатый компонент состоит из белков и гигантских молекул РНК, из которых  образуются более мелкие зрелые молекулы рибосомальных РНК. Зернистый компонент  представлен рибонуклеиновыми зернами ( гранулами).