Общее понятие "Растительной клетки"

    Мітохондрії (гр. mitos і chondrion - зернятко) є обов’язковими структурними елементами цитоплазми в уcix живих клітинах рослин i тварин. Найчастіше вони мають форму округлих зерен, паличок, витягнутих ниток розміром 0,5-10 мкм. Оболонка мітохондрії складається з двох мембран.  Внутрішня мембрана утворює гребенеподібні вирости - кристи. Проміжки між кристами  заповнені  матриксом - гомогенною  або  тонкогранулярною речовиною в якій містяться ДНК, рРНК, тРНК, ферменти.

    Мітохондрії є органелами, в яких відбувається аеробне окиснення органічних речовин (аеробне дихання). Енергія, що вивільняється при цьому, використовується для приєднання фосфатної кислоти до аденозинмонофосфату (АМФ) і аденозиндифосфату (АДФ) з утворенням макроергічної сполуки АТФ (аденозинтрифосфату). Цей процес називається окислювальним фосфорилюванням і супроводжується акумуляцією енергії. АТФ є універсальною макроергічною сполукою. При гідролітичному відщепленні від неї фосфорної кислоти виділяється багато енергії, яка використовується в процесі життєдіяльності клітини. Тому мітохондрії концентруються в клітині там, де потрібна енергія. Крім того, в мітохондріях відбувається синтез органічних кислот, амінокислот, фосфоліпідів і білків. Функціонують вони в клітині 5-10 днів.

    Рибосоми  - це органели рослинної клітини в яких відбувається біосинтез білків. Вперше вони були вивчені та описані в 1953 р. Г. Паладе і були названі на його честь гранулами Паладе. Однак історично склалося так, що їх частіше називають рибосоми, або мікросоми.

   Розміри цих органел  у різних видів досить постійні: вони досягають в середньому 150-300 мкм, хоч відомі і менші 500 і більші навіть 1500мкм.

   Кількість рибосом у клітині велика і становить (за даними К. Портера) 15-20% її маси. Багато рибосом у молодих ембріональних клітинах, менше їх у клітинах дорослої рослини.

    Форма їх досить різноманітна, але найчастіше майже куляста. Рибосома складається з двох субодиниць - великої і маленької. Між ними під час синтезу білка розміщується іРНК.

  Рибосоми  є вільні і прикріплені до субстрату (ендоплазматичної сітки). Вільні рибосоми розподіляються поодиноко або з’єднані між собою. Поодинокі рибосоми називають, групові - полісомами (гр. роlі - багато, soma - тіло).

  Ендоплазматичний  ретикулум (ендоплазматична сітка) - складна мембранна система яка пронизує всю цитоплазму і об’єднує органели клітини в єдиний комплекс та має органічний зв’язок із ядром.

  Ретикулум у розрізі має дві елементарні  мембрани з вузьким просвітом -каналом. Канали в одних місцях звужуються, в інших розширюються, утворюючи плоскі мішки (цистерни). Мембранні системи безперервно оновлюються завдяки їх перетворенню в інші структури.

  Залежно від того, чи несе ретикулум на своїх мембранах рибосоми, чи ні, він буває гранулярний (з рибосомами) і агранулярний (без них). Всі ці форми ретикулума є в тій самій клітині, між ними існує тісний зв’язок. Роль гранулярного ендоплазматичного ретикулума пов’язана з синтезом білка. Агранулярний ендоплазматичний ретикулум утворюється за рахунок гранулярного і має вигляд трубчастих розгалужень.  Важлива  його  функція - синтез ліпідів. Однак основна функція ендоплазматичного ретикулума - концентрація і транспортування синтезованих на полісомах білків.

  Ендоплазматична сітка забезпечує також транспортування молекул та йонів у клітині, її мембранами передаються біотоки, що забезпечують координаційно-цілеспрямовані окислювально-відновні реакції, вона є і центром росту клітинних мембран тощо. Таким чином, ендоплазматичний ретикулум функціонує як комунікаційна система клітини і забезпечує її існування як цілісної саморегулювальної системи.

    Комплекс  Гольджі вперше описаний в 1898 р. італійським гістологом        К. Гольджі. Це морфологічно відособлена самостійно функціонуюча органела, котра розвивається з елементів ендоплазматичної сітки.

      Вона розташована навколо ядра у вигляді сітки і являє собою систему плоских порожнистих дископодібних цистерн (диктіосом), потовщення яких до периферії перетворюються у трубчасті відростки і дрібних пухирців, що   відокремлюються від диктіосом.

    Функції комплексу Гольджі різноманітні. Одна із них - секреторна, полягає в тому, що матеріал, який надходить у органоїд, спочатку локалізується в цистернах, потім (при визріванні), він надходить у великі вакуолі. Після цього вакуолі мігрують до периферії клітини. Мембрана, що їх оточує, зливається з клітинною мембраною і секреція виділяється назовні.

    З участю комплексу Гольджі формується колаген, всмоктуються і нагромаджуються ліпоїди, закладаються клітинні перетинки. В ньому виявлено целюлозу, яка йде на побудову клітинної оболонки.

    В загальному - комплекс Гольджі є органелою, в якій акумулюються матеріали, що виводяться назовні. Він є одним з кінцевих етапів клітинного ,,конвеєра” формування включень.

  Лізосоми (гр. lisis – розчинення і soma) - морфологічно відокремлені, функціонально самостійні білково-ліпоїдні одномембранні системи, які виконують важливі функції автолізу. Мембрана їх за своєю природою є тонопластом. Величина лізосом коливається в межах 0,5-2 мкм. Вони наповнені гідролітичними ферментами, які можуть розчиняти органели клітини, білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти тощо. Лізосоми беруть участь у внутрішньоклітинному обміні речовин - розчиняють зношені структури клітини, які пізніше можуть використовуватися для побудови нових систем. У випадках, коли не вистачає ,,будівельних” матеріалів, для забезпечення життєдіяльність і виживання клітини руйнується навіть частина функціональних органел. Це свідчить про високу раціональність живої системи.

  Утворюються лізосоми за рахунок   розширення   цистерн ендоплазматичного ретикулуму і апарату Гольджі.

  Механізм  захоплення лізосомою клітинних структур такий: ділянки цитоплазми зі зношеними органелами, які знаходяться біля лізосоми, захоплюються нею шляхом вгинання всередину мембрани (тонопласта). Коли мембрана окутала органелу, тоді внутрішня її частина розчиняється і ділянка цитоплазми з своїми органелами опиняється всередині лізосоми, де й відбувається їх гідроліз.

   Вакуолярна  система – це система об’єднаних ендоплазматичною сіткою вакуоль клітини. Вона розвивається в процесі життєдіяльності рослинної клітини внаслідок виділення і відокремлення в цитоплазмі рідинного розчину - клітинного соку (водного розчину мінеральних і органічних речовин). Після надходження у цитоплазму клітинного соку його оточує тонопласт і утворюється вакуоля.

   В ембріональних  клітин виникає багато вакуоль. З  нагромадженням клітинного соку вони зливаються між собою, збільшуються в розмірах і з’єднуються за допомогою ендоплазматичної сітки в одне ціле утворення. Така вакуолярна система характеризує середню стадію зрілості клітини і особливо помітно розвинута у клітин видільної системи. В клітинах, що старіють, вакуолі зливаються в одну, вона займає центральну частину і відтісняє цитоплазму до периферії.

   Вакуолярна  система бере участь насамперед в  обміні, транспортуванні й нагромадженні різноманітних речовини. З нею пов'язані й осмотичні властивості клітини, які забезпечують поглинання рослиною води і розчинених у ній поживних речовин. Вода у клітину   надходить   крізь   напівпроникні   перегородки (мембрани) - плазмалему і тонопласт. Надходження води зумовлене осмотичним тиском, який виникає всередині клітини (в клітинному соці ). Під осмотичним тиском розчину розуміють силу, яку слід докласти, щоб перешкодити проникненню води в розчин,   відокремлений від неї напівпроникною мембраною. Інтенсивність та проникнення води в клітину залежить саме від концентрації солей у клітинному сокові і в навколишньому середовищі. Концентрація розчину характеризується ступенем дисоціації йонів. Ступінь дисоціації і осмотичний тиск перебувають у прямій залежності. Вода завжди буде   рухатися у бік більшої   концентрації   розчину. Весь процес проникнення води крізь живу цитоплазму   зумовлюється законами осмосу. Величину осмотичного тиску вимірюють в атмосферах.

   В клітинах коренів деяких трав’янистих рослин помірної зони (суниця лісова, медунка неясна) величина осмотичного тиску (всмоктувальна сила коренів) досягає 20 атм., дерев близько 30, у рослин сухих областей — до 60 атм.

   При надходженні  води в клітину об’єм вакуолі збільшується, протопласт починає тиснути на клітинну оболонку, створюючи відповідне напруження клітини. Такий стан клітини називають тургорним (лат. turgeo - наповнення), а тиск клітинної стінки на протопласт - тургорним тиском. Однак надходження  води у клітину не безмежне, воно контролюється різницею між осмотичним і тургорним тиском. Ці два супротивних явища залежать одне від одного. Із збільшенням вакуолей відбувається наростання тургорного тиску і зменшення концентрації розчину, що спричинює зниження осмотичного тиску. Вода в клітину надходитиме  доти, доки не врівноважаться сили тургорного і осмотичного тиску. Ці сили постійно змінюються, оскільки вода в клітині весь час витрачається на різноманітні процеси.

   Плазмоліз (гр. plasma і lisis) відставання протопласта від клітинної оболонки зумовлене втратою води вакуолею. При цьому тургор спадає або й зовсім зникає, що призводить до в’янення рослини. У природних умовах плазмоліз може відбуватися при підвищенні концентрації солей у субстраті, в яких ступінь дисоціації йонів вищий, ніж у клітинному соку (наприклад, надмірне внесення мінеральних добрив, засолення ґрунтів, тощо), що призводить до  втрати води клітиною. Плазмоліз клітини може відбуватися також під час посухи та жаркої погоди.

   Явище плазмолізу можна спричинити і штучно, помістивши живі клітини в гіпертонічний розчин солей, всисна сила якого вища, ніж в клітинному соку. Це призведе до втрати води  клітинами і зумовить відставання протопласта від клітинних оболонок.

   Процес зворотний плазмолізу - деплазмоліз (лат. de - префікс, що означає рух вниз), тобто відновлення тургору внаслідок надходження води в клітину.

Цей процес можна спостерігати в клітинах після дощу або після поливу.

    Осмотичний  тиск клітинного соку в різних видів рослин неоднаковий. До того ж може змінюватися залежно від умов навколишнього середовища.

    Склад клітинного соку надзвичайно різноманітний. До нього входять різні вуглеводи, білки, дубильні речовини, мінеральні й органічні сполуки. Найголовніші з них глікозиди, алкалоїди, антоціани, дубильні речовини, органічні кислоти, мінеральні солі.

   Глікозиди — це органічні сполуки, похідні цукрів, сполучених із спиртами, фенолами, альдегідами та іншими сполуками вуглеводної групи. Внаслідок гідролізу під впливом кислот і ферментів глікозиди розщеплюються на цукор і глюкони.

   Глікозиди в невеликій кількості є у  більшості рослин. Деякі з них  дуже токсичні, пригнічують розвиток тваринних організмів. Одним із поширених глікозидів є соланін. Багато його у насінні, вегетативних органах картоплі та інших пасльонових. Сапонін властивий родині гвоздичних. У коренях мильнянки лікарської його вміст досягає 35%. Цей глікозид отруйний, піниться і використовується як мийний засіб. Саліцин, що відщеплює саліцилову кислоту, характерний для родини вербових. Вміст його у вербі білій становить 0,5%, у п’ятитичинковій – 4,5%.  Гесперидин зустрічається у цитрусових, амигдалін -у мигдалю. Під впливом ферментів амигдалін розщеплюється на глюкозу, бензойний альдегід і дуже отруйну синильну кислоту. Кумарин міститься у буркунах: білому і лікарському ( до 1%), франгулін - у корі крушини ламкої, ванілін -у плодах ванілі, бріонін - у плодах переступня.

   Алкалоїди - складні органічні азотовмісні сполуки. Вони характерні багатьом рослинам.  Нагромаджуються ці сполуки в невеликій кількості у різних їх органах, але не використовуються в процесі обміну речовин. Серед них є токсичні та отруйні для багатьох видів тварин. Навіть у мінімальних дозах алкалоїди небезпечні для життя тварин і людини, оскільки під їх впливом можуть статися глибокі й складні порушення в організмі. Алкалоїди   нагромаджуються в багатьох   рослин з родини  пасльонових (блекоти - 0,5-10,18%, дурману - 0,08-1,9%, пасльону, тютюну, картоплі), макових (олійний і опійний мак, чистотіл великий - 1,9-4,14%), маренових (кофе), жовтецевих та інших рослин. Із соку цих рослин, завдяки наявності алкалоїдів, виробляють такі ліки, як хінін, морфін, кокаїн, теобромін, атропін та багато інших.

   Пігменти  – речовини, що зумовлюють забарвлення клітинного соку. Вони відомі у вищих і нижчих рослин. Для квіткових рослин характерні антоціани, антохлор, антофеїн.

   Антоціани за своєю природою відносяться до фенольної групи. Вони легко руйнуються і розпадаються на глюкозу і антоціанід. Вони можуть змінювати свій колір залежно від умов середовища: в лужному вони набувають блакитного кольору, а у кислому, залежно від кислотності клітинного соку - різних відтінків червоного. Вважають, що колір антоціанів залежить також від сполучення їх з іонами металів, синій мають від взаємодії з магнієм, а червоний - з калієм. Ці пігменти спричиняють різноманітне забарвлення пелюсток та інших частин квітки або плоду сприяючи перехресному запиленню рослин та поширення плодів і насіння тваринними організмами. Ймовірно, що антоціани захищають рослини від дії низьких температур і запобігають їх вимерзанню. Про це свідчить те, що ранньою весною або пізно восени вони набувають червонуватого забарвлення. У північних широтах антоціани утворюються у представників тих родин, які в середніх широтах їх не мають або ж мають мало. Кількість антоціану залежить від віку рослини, в молодих частинах рослин його більше, ніж у зрілих. Порівняно з іншими органами, більше його також в листках.