Общее понятие "Растительной клетки"

Лекція  1

 Тема:  ЗАГАЛЬНЕ ПОНЯТТЯ ПРО РОСЛИННУ КЛІТИНУ 

1. Клітина теорія.

2. Різноманітність клітин.

3. Протопласт і продукти його життєдіяльності. 

Література:

   1. Ботаніка: Анатомія і морфологія  рослин / М.І. Стеблянко,    К.Д. Гончарова, Н.Г.  Закорко; За ред. М.І. Стеблянка.  – К.: Вища школа, 1995. – 384 с.

   2. Григора І.М., Шабарова С.І., Алейніков І.М. Ботаніка. – К.: Фітосоціоцентр, 2000. – 196 с.

   3. Мороз І.В., Гришко-Богменко Б.К. Ботаніка з основами екології: Навчальний посібник. – К.: Вища школа, 1994. – 240 с.

   4. Нечитайло В.А. Ботаніка. Вищі рослини .– К.: Фітосоціоцентр, 2000. – 432 с.

   5. Тихомиров Ф.К. Ботаніка / Ф.К. Тихомиров, А.А. Навроцька, І.М. Григора. – К.: Урожай, 1998. – 416 с.

   6. Хржановський В.Г., Пономаренко С.П. Ботаніка: Підручник. – 2-е вид., перероб. і доп. – К.: Вища школа, 1993. – 328 с.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Клітинна теорія.

    Після відкриття у 1665 р. англійським фізиком Р. Гуком (1635 - 1703 рр.) клітини, яку він назвав ,,cellula”, лише у 20-х роках ХІХ століття чеський дослідник Я. Пуркіньє (1787 - 1869 рр.). звернув увагу на внутрішній вміст її, який він назвав протоплазмою (гр. рrotos - перший і plasma - утворення). У 1831 р. Англійський ботанік Б. Броун (1773 - 1858 рр.) виявив ядро. Дане відкриття довело схожість між рослинними і тваринними клітинами.

    До 30-х років ХІХ ст. загальновизнаним стала уява про клітину, як елементарну мікроскопічну структуру рослин. На підставі результатів численних досліджень німецький ботанік М. Шлейден (1804 - 1881) першим прийшов до висновку (1838) про наявність ядра у кожній рослинній клітині.

    У 1839 р. Німецький зоолог Т. Шванн (1810 - 1882) видав свою працю ,,Мікроскопічні дослідження у відповідності до структури і росту тварин і рослин”. В ній, широко використовуючи роботи М. Шлейдена, він встановив, що хоч клітини тварин досить різноманітні і значно відрізняються від рослинних, ядра їх дуже подібні. На підставі цього Т. Шванн зробив висновки, які стали  основою клітинної теорії:

    1) клітина є головною структурною одиницею усіх організмів;

     2) утворення клітини є причиною росту, розвитку і диференціації тканин рослин та тварин. 

   Пізніше цю теорію підтримав і Р. Вірхов (1821 – 1902). На основі даних власних досліджень у 1858 році він зробив висновок, що кожна клітина виникає лише з іншої (попередньої, початкової, материнської) клітини – ,,Omnis cellula e cellula”.

   До  кінця ХІХ ст. було накопичено багато матеріалів про будову і життєдіяльність клітин. Це сприяло виділенню самостійного розділу біології - цитології (гр. cytos - посудина, клітина і logos - наука) - науки про клітини, як основні структурні і функціональні одиниці живої матерії (згодом були виявлені і неклітинні форми життя - віруси, але їх існування неможливе без клітини). 

2. Різноманітність клітин.

    Клітина з її структурами формувалася  в процесі довгої еволюції живої матерії. Як свідчать знайдені скам’янілості та породи перші клітини з'явилися (за різними даними) 3 – 3,3 мільярда років тому.

    Розмір клітин у рослин різний. У бактерій він вимірюється десятими мікрона 0,5— 10 мк, у квіткових рослин їх величина знаходиться в межах 10 - 60 мкм. Є клітини ,,гіганти”, які можна бачити неозброєним оком. Наприклад, У водорості хари клітини досягають довжини 10 см і більше, у луб'яних волокнах льону і конопель, кенафу, джуту вони мають довжину 40—50 мм. Великі розміри клітин у м'якоті яблук, гарбуза, кавуна. Поряд з цим є одноклітинні організми з дуже малими клітинами.

    Форма клітин дуже різноманітна. Вільні клітини часто набувають спіральної, яйцеподібної, овальної та інших форм. Прикладом цього є одноклітинні бактерії, водорості, тощо.

    Багатоклітинні  організми можуть мати клітини призматичної, кубічної або багатокутної форми. Якщо клітини мають витягнуту веретеноподібну або циліндричну форму з загостреними кінцями їх називають прозенхімними (гр. pros - у напрямку до і enchima - налите, виповнене). До цієї групи належать клітини, в яких довжина перевищує ширину в 5-10 разів. Якщо клітини мають форму близьку до овалу, то їх називають паренхімними (гр. enchima).

    Будова  клітини.

    Протопласт (гр. рrotos - перший і plastos - утворений, виліплений) весь живий вміст клітини.

   До  складу протопласта входять цитоплазма з системою всіх органел (ендоплазматичною сіткою, мітохондріями, комплексом Гольджі,  пластидами та ін. без ядра) і одне або кілька ядер.

    Протопласт  займає найбільшу частину клітини. З ним зв’язані  всі процеси життєдіяльності (синтез, дихання, розмноження тощо). В результаті його діяльності утворюються і його похідні – клітинна оболонка, вакуолі та включення. Хімічний склад протопласта характеризується наявністю білків, жирів, вуглеводів, мінеральних та інших речовин, а також високим вмістом води (75-90 % і більше). Із загального складу сухих речовин протопласта найбільше припадає на білкові сполуки, які й становлять матеріальну основу життя клітини. 

    Цитоплазма (гр. cytos і plasma) - жива частина клітини з якою пов’язані всі її функції. Структурну основу цитоплазми становить гіалоплазма (гр. hualos-скло і plasma), вона є матриксом (лат. matrix-субстрат, основа), в якому розташовані всі органели клітини. Гіалоплазма побудована за принципом компартментації. Вона поділена мембранами на окремі ,,комірки” - компартаменти. В кожній з таких комірок одночасно і незалежно проходять певні реакції, обмін та синтез речовин. Таким чином збільшується робочий об’єм клітини. 

      Вона неоднорідна за консистенцією і представлена трьома шарами. Зовнішній шар називають плазмалемою (гр. plasma і lemma - шкаралупа), середній - мезоплазмою (гр. mesos - середній), внутрішній - тонопластом.  Плазмалема і тонопласт - граничні мембрани.

    Плазмалема - дуже тоненький шар, який прилягає до клітинної оболонки. До складу її входять білки і жироподібні речовини -ліпоїди. Вона регулює обмін речовин клітини з навколишнім середовищем. Шар цитоплазми, що прилягає до вакуолі, називають тонопластом. Як і плазмалема, він складається з правильно орієнтованих міцел, але більш потужний.

    Основна маса цитоплазми припадає на середній шар - мезоплазму, в якій розташовані всі органели, включаючи і ядро. Тут, у мезоплазмі, відбуваються іонні реакції.

  Вона  є основною речовиною цитоплазми яка активно рухається і забезпечує внутрішньоклітинне транспортування речовин. Під час цього руху в клітини відбуваються фізіологічні процеси (обмін та синтез речовин).

  Маса  гіалоплазми в клітині нестала і залежить від рівня розвитку клітини. В молодої клітини вона заповнює майже всю її порожнину. У міру старіння клітини об'єм гіалоплазми зменшується, обгортаючи тоненькою плівкою клітинні органели. Основну частину в такій клітині займає вакуоля (вакуолі).

   Гіалоплазма живих клітин-гідрофільна багатофазна колоїдна система. Для неї, а значить і для цитоплазми, властива лабільність (лат. labilis - легкозмінний), тобто здатність змінювати свій стан та переходити з золю (рідкого стану) в  гель(в’язкий) і навпаки. Несталість структури залежить від умов навколишнього середовища та внутрішньоклітинного стану. Так в процесі формування насінини і її дозрівання гіалоплазма стає густішою і переходить із золю в гель, а при її проростанні відбувається зворотний процес.

    Оберненість коагуляції, гідрофільність колоїдів, набрякання та інші властивості цитоплазми забезпечують більш високу її життєвість.

    Напівпроникність  цитоплазми. Одна з характерних властивостей цитоплазми - її напівпроникність. Відомо, що вода в клітину проникає легко, а інші речовини цитоплазма вбирає вибірково. Цей процес забезпечується мембранною будовою плазмалеми і тонопласта. Мембрани складаються з фосфоліпідів та білків. Структурною основою мембран є ліпіди. Молекули ліпідів розташовані двома паралельними шарами. Причому гідрофільна частина їх спрямована назовні, а гідрофільні залишки жирних кислот зорієнтовані всередину. Молекули білків на поверхні ліпідного каркасу розташовані не суцільним шаром (це в основному глікопротеїди), а частина білкових молекул проходить крізь ліпідні шари наскрізь, тому в мембрані утворюються гідрофільні пори.

    Тому, спирт, ефір та інші речовини, які розчинні в ліпідах, проходять крізь ліпоїдні прошарки. Вода і солі не розчиняються в ліпоїдних речовинах, а тому вони прокладають собі шлях крізь білкові шари.

    Солі  та деякі інші речовини у клітину  надходять у формі іонів шляхом обмінної адсорбції. Весь процес має  вибірковий характер. Зовнішній шар цитоплазми (плазмалема) адсорбує на своїй поверхні відповідні іони солей.  Потім відбувається десорбція їх на внутрішню частину плазмалеми, а звідси - до мезоплазми.

      Мембрани, як живі компоненти клітини, беруть участь у побудові  структури органел, створюють зовнішню межу їх, відокремлюють протопласт від позаклітинного середовища, а також регулюють внутрішньоклітинні процеси. Вони пульсують і знаходяться в постійному русі. У процесі життя клітинні мембрани весь час оновлюються - старі розчиняються, нові  виникають.

    Компонентами гіалоплазми є мікротрубочки і мікрофіламенти. Це надмолекулярні білкові агрегати (структурні білкові компоненти). У мікротрубочках стінки побудовані з білкових субодиниць. Центральна частина їх пустотіла. Мікротрубочки зорієнтовані одна з одною і розташовані недалеко від плазмалеми. Довжина їх становить кілька мікрометрів. Вони то розпадаються, то з’являються знову. Передбачають, що їхні функції пов’язані з транспортуванням речовин по цитоплазмі, орієнтацією утворених плазмалемою мікрофібрил целюлози в бік клітинної оболонки. З їх участю  переміщуються хромосоми під час поділу клітини, підтримується стабільна форма протопласта.

    Мікрофіламенти  мають розмір 4-10 нм і за будовою  вони подібні до мікротрубочок, але без внутрішньої пустоти. Вони можуть розміщуватися паралельно один одному або утворювати скупчення. Скорочуючись ці структури, зумовлюють рух цитоплазми.

  Ядро  (лат. саrіоn, гр. nucleos) - одна з важливих органел еукаріотичної клітини. У клітинах може бути одне, кілька, десятки ( до сотні у зелених водоростей роду кладофора - Cladophora) і тисячі (близько 4-х в червоної водорості Griffithia Boirnetiana) ядер.

  Форма ядер в рослинних клітинах різноманітна. Вона може бути кулястою, овальною, стрічкоподібною, пластинчастою тощо. Різні також і їх розміри. В середньому діаметр ядра становить 10-20 мкм, у грибів він складає 0,5-1 мкм, в квіткових рослин – 5-25, саговників – до 500 мкм.

  Розміри ядер у клітинах тієї самої рослини неоднакові. Наприклад, у меристематичних клітинах вони завжди більші порівняно з іншими клітинами. Величина ядра залежить також і від факторів навколишнього середовища.

  Положення ядра в клітині різне. В меристематичних  клітинах, коли ще немає вакуолі, ядро займає центральне положення. З утворенням вакуолі воно переміщується до однієї зі стінок клітини. Ядро, як і цитоплазма, рухається. Рухи можуть бути пасивними, зумовленими рухами цитоплазми. Крім того, ядро може рухатися самостійно подібно амебі.

  В структурі ядра виділяють такі складові компоненти: ядерну оболонку, нуклеоплазму ( каріоплазму), хроматин, ядерце (ядерця).

  Ядерна  оболонка утворена двома мембранами - зовнішньою і внутрішньою, які розділені перимедулярним прошарком. Через зовнішню ядерну мембрану, яка в окремих місцях з’єднується з ендоплазматичним ретикулумом, забезпечується зв’язок ядра з цитоплазмою. Таким чином, зовнішня мембрана нагадує спеціалізовану локально диференційовану частину ендоплазматичного ретукулума. Обмінні процеси між ядром і цитоплазмою відбуваються також і крізь ядерні пори в оболонці. Крізь них проходять невеликі молекули, іони, макромолекули типу рибонуклеопротеїдів. Кожна пора прикрита діафрагмою, яка має грани і фібрили.

  Нуклеоплазма  (каріоплазма) (гр. nucleos і plasma, лат. саrіоn) - білково-ліпоїдна колоїдна система яка займає більшу частину ядра. В ній містяться прості (гістони, протаміни) й високомолекулярні білки (нуклеопротеїди, які включають РНК, ДНК, аскорбінову кислоту) та багато ферментів.

  Хроматин (гр. chromos – забарвлений) знаходиться в нуклеоплазмі у вигляді сітки. Він містить всю ДНК ядра. З хроматину утворюються хромосоми. Кількість хромосом та форма їх для відповідного виду сталі. Хромосома представлена двома  хроматидами.  Кожна  хроматида,  в  свою  чергу, складається з 2 ниткоподібних хромонем, до складу яких входять молекули ДНК і білки - гістони. Крім ДНК в хромосомі є РНК, ліпоїди, йони Са²⁺ і Mg²⁺.