Растительная клетка в разрезе. Структура растительной клетки. Строение и прорастание семян

Клетки различных органов и тканей высших растений отличаются между собой по форме, размеру, окраске, внутреннему строению. Однако для клеток растений характерен ряд особенностей, отличающих их от клеток других групп организмов.

Если рассматривать под световым микроскопом препарат кожицы чешуи лука, то можно легко увидеть клетки, которые плотно прилегают друг к другу. Хотя оболочки этих клеток достаточно прочные, они в то же время прозрачные. Клеточная оболочка имеет поры. Под микроскопом они выглядят как более тонкие участки клеточной оболочки.

Под клеточной оболочкой находится цитоплазматическая мембрана .

Под мембраной находится цитоплазма , которая представляет собой вязкую жидкость, обычно бесцветную. Цитоплазма в живых клетках постоянно движется, в ней происходит множество химических реакций. О движении цитоплазмы можно судить по перемещению содержащихся в ней органелл и включений, которые могут быть видны в световой микроскоп. Неблагоприятные условия окружающей среды (например, слишком высокая или низкая температура) могут привести к разрушению цитоплазмы и, как следствие, гибели клетки.

Цитоплазмы соседних клеток обычно соединены между собой нитями цитоплазмы, проходящими через клеточные оболочки.

В цитоплазме находится клеточное ядро . Оно представляет собой более плотное тельце и занимает небольшую часть клетки. Внутри ядра находится ядрышко и хромосомы . Увидеть все особенности строения клеточного ядра растений можно только с помощью электронного микроскопа.

Ядро играет важную роль при делении клетки. Перед делением оно становится больше, а хромосомы скручиваются и становятся хорошо заметными в микроскоп. В хромосомах содержится наследственная информация об организме. В процессе деления хромосомы удваиваются, и каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, который был в материнской клетке до начала процесса деления. Благодаря делению клеток в образовательных тканях и их последующему росту происходит рост всего растения.

Основной объем большинства растительных клеток занимают вакуоли . У взрослых и старых клеток вакуоли сливаются в одну большую центральную вакуоль . В вакуолях содержится клеточный сок, представляющий собой раствор различных органических и неорганических соединений. Много в клеточном соке сахаров, пигментов. Различные пигменты придают клеткам синеватую, красноватую и другие окраски.

Когда центральная вакуоль становится очень большой и занимает почти весь объем растительной клетки, то цитоплазма и содержащиеся в ней органеллы оттесняются к оболочке.

Много клеточного сока содержится в тканях сочных плодов, других мягких и объемных частях растений. То, что мы называем соками различных плодов, как раз и является клеточным соком вакуолей клеток.

Особенностью строения растительной клетки является наличие в ней пластид . Таких органелл нет клетках животных. Пластиды можно увидеть даже в световой микроскоп.

Существует три типа пластид: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты. Хлоропласты имеют зеленый цвет из-за наличия в них пигмента хлорофилла . Благодаря ему в растениях может протекать процесс фотосинтеза, в результате которого из неорганических веществ синтезируются органические.

Лейкопласты представляют собой бесцветные пластиды. Обычно они содержат запас питательных веществ.

Хромопласты могут иметь разный цвет в зависимости от того, какие пигменты в них содержатся. Благодаря хромопластам осенью листва деревьев окрашивается в разный цвет.

В тканях растений клетки соединены между собой межклеточным веществом. Однако в некоторых местах межклеточного вещества может не быть. В таком случае образуются межклетники, содержащие воздух. Это способствует газообмену между клеткой и окружающей средой.

Клетка – это мельчайшая структурно-функциональная единица живого организма . Каждая клетка осуществляет функции, от которых зависит ее жизнь: поглощает вещества и энергию, избавляется от отходов жизнедеятельности, использует энергию для построения сложных структур из более простых веществ, растет, размножается . Кроме того она выполняет отдельные специализированные функции в качестве вклада в общую жизнедеятельность многоклеточного организма. Все высшие растения относятся к надцарству эукариотов (содержащих ядра) и имеют общий план строения клеток . Растительная клетка состоит из клеточной оболочки, включающей клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану и протопласта, состоящего из цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка

Клеточная стенка

Клеточная стенка бывает только у растительных клеток, бактерий и грибов, но у растений состоит преимущественно из целлюлозы. Придает клетке форму, определяя рамки ее роста, обеспечивает структурную и механическую поддержку, тургор (напряженное состояние оболочек), защиту от внешних факторов, запасает питательные вещества. Клеточная стенка пористая, чтобы пропускать воду и другие малые молекулы, жесткая, чтобы придавать телу растения определенную структуру и обеспечивать ему опору и гибкая, чтобы растение под напором ветра гнулось, но не ломалось .

Цитоплазматическая мембрана

Тонкой, гибкой и эластичной пленкой покрывает всю клетку, отделяя ее от внешней среды. Через нее осуществляется перенос веществ из клетки в клетку, обмен веществами со средой . Состоит в основном из белков и липидов, обладает избирательной проницательностью. Вода проходит сквозь клеточную мембрану совершенно свободно путем осмоса .

Полярным молекулам и ионам мембранные белки помогают перемещаться в обоих направлениях. Крупные частицы поглощаются клеткой путем фагоцитоза: мембрана окружает их, захватывает в вакуоли, содержащие клеточный сок и перемещает в клетку . Для выведения веществ наружу клетки используют обратный процесс – экзоцитоз.

Протопласт

Цитоплазма

Содержит воду, различные соли и органические соединения, структурные компоненты – органеллы . Находится в постоянном движении, объединяет все клеточные структуры и способствует их взаимодействию друг с другом. В цитоплазме расположены все органоиды клетки :

• Вакуоль – полость, содержащая клеточный сок, занимающая большую часть растительной клетки (до 90%), отделенная от цитоплазмы тонкопластом. Поддерживает тургорное давление, накапливает молекулы питательных веществ, соли и другие соединения, красные, синие и пурпурные пигменты, отходы жизнедеятельности. В ядовитых растениях здесь хранятся цианиды, не причиняя вреда растению.
• Пластиды – органеллы, окруженные двойной мембраной, отделяющей их от цитоплазмы. Из пластид наиболее широко распространены хлоропласты – структуры, от которых зависит зеленая окраска многих растительных клеток. В хлоропластах находится зеленый пигмент хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Во многих растениях присутствуют другие типы пластид с красными, желтыми и оранжевыми пигментами — хромопласты, именно они придают цветам, плодам и осенним листьям соответствующую окраску. В бесцветных пластидах лейкопластах синтезируется крахмал, образуются липиды и белки, их особенно много в клубнях, корнях и семенах. На свету лейкопласты превращаются в хлоропласты.
• Митохондрии – состоят из наружной и внутренней мембран, создают большую часть клеточного запаса энергии в форме молекул АТФ(аденозинтрифосфорной кислоты.
• Рибосомы – состоят из большой и малой субчастиц, в них происходит синтез белка;
• Эндопламатическая сеть (ретикулум) – сложная трехмерная система мембран, состоящая из цистерн, каналов, трубочек и пузырьков. Из ретикулума образуются вакуоли, он делит клетку на компартменты (ячейки), на поверхности его мембран протекают многие химические реакции
• Аппарат Гольджи — участвует в образовании клеточных оболочек, представляет собой стопку мембранных мешочков, в которые упаковываются белки и прочие материалы для выведения из клетки.

Клеточное ядро

Ядро – самая заметная органелла клетки, которая обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции . В ядре находится ДНК – генетический материал клетки, объединенный с большим количеством белка в структуры, называемые хромосомами. Оно окружено ядерной мембраной, в которой имеются крупные поры. Участок ядра, где происходит образование субчастиц рибосом, называется ядрышком .

Все в живой клетке пребывает в непрерывном движении. Для ее разнообразной двигательной активности необходимы два типа структур – микротрубочки, образующие внутренний каркас и микрофиламенты, представляющие собой белковые волокна. Перемещение клеток в жидкой среде и создание тока жидкости у своей поверхности осуществляется с помощью ресничек и жгутиков – тонких выростов, содержащих микротрубочки.

Сравнение строения растительных и животных клеток

Сходства строения растительной и животной клетки

У растительной и животной клетки имеются следующие общие признаки:

• Универсальное мембранное строение;
• Единые структурные системы – цитоплазма и ядро;
• Одинаковый химический состав;
• Сходные процессы обмена веществ и энергии;
• Сходный процесс деления клеток;
• Единый принцип наследственного кода;

Строение растительной клетки немного отличается от клеточных структур животного организма. В первую очередь это связано со способом жизнедеятельности растения и уникальным способом питания — за небольшим исключением все растительные организмы автотрофы и способны самостоятельно образовывать из неорганических. В большинстве случаев органические элементы образовываются путем фотосинтеза. Интересно, что выделяемый кислород является лишь побочным продуктом фотосинтетических реакций.

Растительная клетка: строение оболочки

Наличие твердой клеточной стенки — это одна из особенностей растительных клеток. Поэтому рассматривать строение растительной клетки нужно с этого компонента. Именно эта структура создает механическую защиту вокруг протопласта. Кроме того, стенка является неким источником ионов, а также антибактериальным барьером. У молодых клеток можно наблюдать лишь образование первичной оболочки. Основными компонентами структуры являются волокна целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина. Что же касается толщины, то у разных видов этот показатель будет варьироваться.

В процессе жизнедеятельности может утолщаться. Образование вторичной и третичной стенки происходит путем наложения последующих слоев на первичную оболочку. Довольно часто наблюдается отложение лигнина или суберина в полостях между целлюлозными волокнами — такая клетка уже не может расти или растягиваться.

Строение растительной клетки: основные элементы протопласта

Протопласт клетки состоит из ядра, цитоплазмы и других органелл. Стоит отметить, что органеллы клетки можно разделить на мембранные и немембранные.

Цитоплазма представляет собой многокомпонентную систему, в которой происходят основные этапы обмена и транспорта веществ. В веществе цитоплазмы содержится сеть микрофиламентов — тонких фибриллярных белков, которые обуславливают движение структур. Здесь же есть и микротрубочки, а также центриоли, которые участвуют в митотическом

Еще одна группа важных органелл — это рибосомы, которые представляю собой немембранную структуру. Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединицы. По большому счету эти органеллы являют собой не что иное, как комплекс белковых элементов и специфической рибосомальной РНК. Подобные структуры принимают участие в процессах синтеза белка.

Строение растительной клетки: характеристика мембранных органелл

Большая часть компонентов растительной клетки состоит из мембран.

Ядро — небольшое сферическое или удлиненное образование, которое состоит из ядрышка, нуклеоплазмы, хроматина и ядерной оболочки. Основная функция ядра — передача наследственной информации, а также синтез РНК.

Представляет собой систему каналов и цистерн. Есть гранулярная ЭПС (поверхность ее покрыта рибосомами) и гладкая ЭПС. Функции этой органеллы весьма разнообразны. На рибосомах происходит синтез белковых компонентов, которые затем проходят модификацию уже внутри цистерн ЭПС. Кроме того, структура отвечает за транспорт веществ.

Вакуоль — мембранная структура, содержащая клеточный сок. поддерживает осмотическое равновесие и обеспечивает клетке тургор. Кроме того, внутри вакуоли собираются ненужные вещества, которые затем с помощью образования пузырьков выбрасываются наружу. Иногда в клеточном соке растворяются полезные запасные вещества.

Пластиды — неотъемлемая часть растительной клетки. В большинстве случаев они представлены хлоропластами. Пластиды состоят из двух оболочек, причем внутренняя формирует выпячивания — тилакоиды. Здесь содержится светочувствительные пигменты. Именно в хлоропластах осуществляются столь важные процессы фотосинтеза.

Растительная клетка имеет и другие органеллы — это митохондрии (отвечают за клеточное дыхание), (обеспечивает перераспределение и транспорт веществ внутри клетки).

Тем не менее, главные особенности строения растительной клетки видны — она имеет прочную клеточную стенку, систему пластид и вакуоль.

Имеют дополнительную оболочку, поверх плазматической мембраны и органеллы, которые помогают производить свою собственную пищу. Хлорофилл придает растениям зеленый окрас и позволяет использовать солнечный свет в для преобразования воды и углекислого газа в сахара и углеводы - вещества, используемые клеткой в качестве источника энергии.

Характеристика растений и их клеток

Как и грибы, растительные клетки сохранили защитную клеточную стенку от своих предков. Типичная клетка растений имеет сходное строение с типичной эукариотной клеткой, но не имеет , промежуточных волокон, как . Однако клетки растений обладают рядом других специализированных структур, включая жесткую клеточную стенку, центральную вакуоль, плазмодесмату и хлоропласты. Хотя растения (и их типичные клетки) не подвижны, некоторые виды производят (половые клетки), которые обладают жгутиками и, следовательно, способны двигаться.

Все растения можно разделить на два основных типа: сосудистые и несосудистые. Сосудистые растения считаются более развитыми, чем несосудистые, потому что имеют специализированные ткани: ксилему, которая участвует в структурной поддержке и водопроводности, а также флоэму, которая является транспортной системой для продуктов фотосинтеза. Следовательно, они также обладают корнями, стеблями и листьями, представляющими более высокую форму организации, отсутствующую в растениях без сосудистых тканей.

Несосудистые растения, входящие в группу мохообразные, обычно не более 3-5 см в высоту, так как не имеют структурной поддержки, характерной сосудистым растениям. Они также в большей степени зависят от окружающей среды, чтобы поддерживать соответствующее количество влаги и, как правило, встречаются во влажных затемненных местах.

По оценкам, сегодня в мире насчитывается не менее 260 000 видов растений. Они варьируются по размеру и сложности от небольших мхов до гигантских секвой, самых больших живых организмов на планете, растущих до 100 м. Лишь малый процент от этих видов, непосредственно используется людьми для питания, жилья и медицины.

Тем не менее, растения являются основой и на Земле, и без них сложные формы жизни, такие как животные (включая людей), никогда бы не развились. Действительно, все живые организмы напрямую или косвенно зависят от энергии, создаваемой фотосинтезом, а побочный продукт этого процесса - кислород жизненно необходим для животных. Растения также уменьшают количество углекислого газа, присутствующего в атмосфере, препятствуют эрозии почв, влияют на уровень и качество воды.

Растениям свойственны жизненные циклы, которые включают диплоидных форм, содержащих парные наборы в ядрах клеток и гаплоидные формы, которые обладают только одним набором. Как правило, эти две формы растения очень разные по внешнему виду. В высших растениях фаза, известная как спорофит (из-за способности вырабатывать ), обычно доминирует и более узнаваема, чем генерация гаметофитов. Однако у мохообразных, поколение гаметофит является доминирующим и физиологически необходимым для фазы спорофит.

Животные должны потреблять белок для получения азота, но растения могут использовать неорганические формы этого элемента и, следовательно, не нуждаются во внешнем источнике белка. Однако растениям обычно требуется значительное количество воды, которое необходимо для процесса фотосинтеза, для поддержания структуры клеток, облегчения роста и в качестве средства доставки питательных веществ к растительным клеткам.

Количество и типы питательных веществ, необходимых для разных видов растений, значительно различается, однако некоторые элементы необходимы растениям в больших количествах. Эти питательные вещества включают кальций, углерод, водород, магний, азот, кислород, фосфор, калий и серу. Также, есть несколько микроэлементов, которые требуются растениями в меньших количествах: бор, хлор, медь, железо, марганец, молибден и цинк.

Строение растительных клеток

• . Как и их прокариотические предки, растительные клетки имеют жесткую оболочку, окружающую плазматическую мембрану. Однако это гораздо более сложная структура, которая выполняет множеству функций - от защиты клетки до регулирования жизненного цикла растительного организма.
• . Самой важной характеристикой растений является их способность фотосинтезировать, по сути, производить свою собственную пищу, превращая световую энергию в химическую энергию. Этот процесс осуществляется в специализированных органеллах, называемых хлоропластами.
• - сеть мешочков, которая производит, обрабатывает и переносит химические соединения для использования внутри и вне клетки. Он связан с двухслойной ядерной оболочкой, обеспечивающей трубопровод между ядром и . В растениях эндоплазматический ретикулум также соединяется между клетками через плазмодесмату.
• - это отдел распределения и доставки химических веществ клетки. Он модифицирует белки и жиры, встроенные в эндоплазматический ретикулум, и готовит их для экспорта.
• Микрофиламенты - твердые стержни из глобулярных белков, называемые актином. Они выполняют структурную поддержку и являются основным компонентом

Растительная клетка состоит из более или менее жесткой клеточной оболочки и протопласта. Клеточная оболочка – это клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана. Термин протопласт происходит от слова протоплазма, которое долгое время использовалось для обозначения всего живого. Протопласт – это протоплазма индивидуальной клетки.

Протопласт состоит из цитоплазмы и ядра. В цитоплазме находятся органеллы (рибосомы, микротрубочки, пластиды, митохондрии) и мембранные системы (эндоплазматический ретикулум, диктиосомы). Цитоплазма включает в себя еще цитоплазматический матрикс ( основное вещество ) в которое погружены органеллы и мембранные системы. От клеточной стенки цитоплазма отделена плазматической мембраной , которая представляет собой элементарную мембрану. В отличие от большинства животных клеток растительные клетки содержат одну или несколько вакуолей . Это пузырьки, заполненные жидкостью и окруженные элементарной мембраной ( тонопластом).

В живой растительной клетке основное вещество находится в постоянном движении. В движение, называемое током цитоплазмы или циклозом, вовлекается органеллы. Циклоз облегчает передвижение веществ в клетке и обмен ими между клеткой и окружающей средой.

Плазматическая мембрана. Представляет собой бислойную фосфолипидную структуру. Для растительных клеток свойственны впячивания плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана выполняет следующие функции:

Участвует в обмене веществ между клеткой и окружающей средой;

Координирует синтез и сборку целлюлозных микрофибрилл клеточной стенки;

Передает гормональные и внешние сигналы, контролирующие рост и дифференцировку клеток.

Ядро. Это наиболее заметная структура в цитоплазме эукариотической клетки. Ядро выполняет две важные функции:

Контролирует жизнедеятельность клетки, определяя, какие белки, и в какое время должны синтезироваться;

Хранит генетическую информацию и передает её дочерним клеткам в процессе клеточного деления.

Ядро эукариотической клетки окружено двумя элементарными мембранами, образующие ядерную оболочку. Она пронизана многочисленными порами диаметром от 30 до 100 нм, видимыми только в электронный микроскоп. Поры имеют сложную структуру. Наружная мембрана ядерной оболочки в некоторых местах объединяется с эндоплазматическим ретикулумом. Ядерную оболочку можно рассматривать как специализированную, локально дифференцированную часть эндоплазматического ретикулума (ЭР).

В окрашенном специальными красителями ядре можно различить тонкие нити и глыбки хроматина и нуклеоплазму (основное вещество ядра). Хроматин состоит из ДНК, связанной со специальными белками – гистонами. В процессе клеточного деления хроматин все более уплотняется и собирается в хромосомы. В ДНК закодирована генетическая информация.

Организмы различаются по числу хромосом в соматических клетках. Например, капуста имеет – 20 хромосом; подсолнечник – 34; пшеница – 42; человек – 46, а один из видов папоротника Ophioglossum – 1250. Половые клетки (гаметы) имеют только половину количества хромосом, характерных для соматических клеток организма. Число хромосом в гаметах называют гаплоидным (одинарным), в соматических клетках – диплоидным (двойным). Клетки, имеющие более двух наборов хромосом, называются полиплоидными .

Под световым микроскопом можно рассмотреть сферические структуры – ядрышки . В каждом ядре имеется одно или несколько ядрышек, которые заметны в неделящихся ядрах. В ядрышках синтезируются рибосомные РНК. Обычно в ядрах диплоидных организмов имеется два ядрышка по одному для каждого гаплоидного набора хромосом. Ядрышки не имеют собственной мембраны. Биохимически ядрышки характеризуются высокой концентрацией РНК, которая здесь связана с фосфопротеидами. Размер ядрышек зависит от функционального состояния клетки. замечено, что у быстро растущей клетки, в которой идут интенсивные процессы синтеза белка, ядрышки увеличиваются в размерах. В ядрышках продуцируются иРНК и рибосомы, выполняющие синтетическую функцию только в ядре.

Нуклеоплазма (кариоплазма) представлена гомогенной жидкостью, в которой растворены различные белки, в том числе и ферменты.

Митохондрии. Как и хлоропласты, митохондрии окружены двумя элементарными мембранами. Внутренняя мембрана образует множество складок и выступов – крист, которые значительно увеличивают внутреннюю поверхность митохондрии. Они значительно меньше, чем пластиды, имеют около 0,5 мкм в диаметре и разнообразны по длине и форме.

В митохондриях осуществляется процесс дыхания, в результате которого органические молекулы расщепляются с высвобождением энергии и передачей её молекулам АТФ, основного резерва энергии всех эукариотических клеток. Большинство растительных клеток содержит сотни и тысячи митохондрий. Их число в одной клетке определяется потребностью клетки в АТФ. Митохондрии находятся в постоянном движении, перемещаясь из одной части клетки в другую, сливаясь друг с другом делятся. Митохондрии обычно собираются там, где нужна энергия. Если плазматическая мембрана активно переносит вещества из клетки в клетку, то митохондрии располагаются вдоль поверхности мембраны. У подвижных одноклеточных водорослей митохондрии скапливаются у оснований жгутиков, поставляя энергию, необходимую для их движения.

Митохондрии, как и пластиды, являются полуавтономными органеллами, содержащими компонентами, необходимые для синтеза собственных белков. Внутренняя мембрана окружает жидкий матрикс, в котором находятся белки, РНК, ДНК, рибосомы, сходные с бактериальными и различные растворенные вещества. ДНК существует в виде кольцевых молекул, располагающихся в одном или нескольких нуклеоидах.

На основании сходства бактерий с митохондриями и хлоропластами эукариотических клеток можно предположить, что митохондрии и хлоропласты произошли от бактерий, которые нашли «убежище» в более крупных гетеротрофных клетках - предшественниках эукариот.

Микротельца. В отличие от пластид и митохондрий, которые отграничены двумя мембранами, микротельца представляют собой сферические органеллы, окруженные одной мембраной. Микротельца имеют гранулярное (зернистое) содержимое, иногда в них встречаются и кристаллические белковые включения. Микротельца связаны с одним или двумя участками эндоплазматического ретикулума.

Некоторые микротельца, называемые проксисомами, играют важную роль в метаболизме гликолевой кислоты, имеющем непосредственное отношение к фотодыханию. В зеленых листьях они связаны с митохондриями и хлоропластами. Другие микротельца, называемые, глиоксисомами, содержат ферменты, необходимые для превращения жиров в углеводы. Это происходит во многих семенах во время прорастания.

Вакуоли – это отграниченные мембраной участки клетки, заполненные жидкостью – клеточным соком. Они окружены тонопластом (вакуолярной мембраной).

Молодая растительная клетка содержит многочисленные мелкие вакуоли, которые по мере старения клетки сливаются в одну большую. В зрелой клетке вакуолью может быть занято до 90% её объема. При этом цитоплазма прижата в виде тонкого периферического слоя к клеточной оболочке. Увеличение размера клетки в основном происходит за счет роста вакуоли. В результате этого возникает тургорное давление и поддерживается упругость ткани. В этом заключается одна из основных функций вакуоли и тонопласта.

Основной компонент сока – вода, остальные варьируют в зависимости от типа растения и его физиологического состояния. Вакуоли содержат соли, сахара, реже белки. Тонопласт играет активную роль в транспорте и накоплении в вакуоли некоторых ионов. Концентрация ионов в клеточном соке может значительно превышать ее концентрацию в окружающей среде. При высоком содержании некоторых веществ в вакуолях образуются кристаллы. Чаще всего встречаются кристаллы оксалата кальция, имеющие различную форму.

Вакуоли – места накопления продуктов обмена веществ (метаболизма). Это могут быть белки, кислоты и даже ядовитые для человека вещества (алкалоиды). Часто откладываются пигменты. Голубой, фиолетовый, пурпурный, темно-красный, пунцовый придают растительным клеткам пигменты из группы антоцианов. В отличие от других пигментов они хорошо растворяются в воде и содержатся в клеточном соке. Они определяют красную и голубую окраску многих овощей (редис, турнепс, капуста), фруктов (виноград, сливы, вишни), цветов (васильки, герани, дельфиниумы, розы, пионы). Иногда эти пигменты маскируют в листьях хлорофилл, например, у декоративного красного клена. Антоцианы окрашивают осенние листья в ярко-красный цвет. Они образуются в холодную солнечную погоду, когда в листьях прекращается синтез хлорофилла. В листьях, когда антоцианы не образуются, после разрушения хлорофилла заметными становятся желто-оранжевые каротиноиды хлоропластов. Наиболее ярко окрашены листья холодной ясной осенью.

Вакуоли участвуют в разрушении макромолекул, в круговороте их компонентов в клетке. Рибосомы, митохондрии, пластиды, попадая в вакуоли, разрушаются. По этой переваривающей активности их можно сравнить с лизосомами – органеллами животных клеток.

Вакуоли образуются из эндоплазматической сети (ретикулума)

Рибосомы. Маленькие частицы (17 – 23нм), состоящие примерно из равного количества белка и РНК. В рибосомах аминокислоты соединяются с образованием белков. Их больше в клетках с активным обменом веществ. Рибосомы располагаются в цитоплазме клетки свободно или же прикрепляются к эндоплазматическому ретикулуму (80S). Их обнаруживают и в ядре (80S), митохондриях (70S), пластидах (70S).

Рибосомы могут образовывать комплекс, на которых происходит одновременный синтез одинаковых полипептидов, информация о которых снимается с одной молекулы и РНК. Такой комплекс называется полирибосомами (полисомами). Клетки, синтезирующие белки в больших количествах, имеют обширную систему полисом, которые часто прикрепляются к наружной поверхности оболочки ядра.

Эндоплазматический ретикулум. Это сложная трехмерная мембранная система неопределенной протяженности. В разрезе ЭР выглядит как две элементарные мембраны с узким прозрачным пространством между ними. Форма и протяженность ЭР зависят от типа клетки, ее метаболической активности и стадии дифференцировки. В клетках, секретирующих или запасающих белки, ЭР имеет форму плоских мешочков или цистерн, с многочисленными рибосомами, связанными с его внешней поверхностью. Такой ретикулум называется шероховатым эндоплазматическим ретикулумом. Гладкий ЭР обычно имеет трубчатую форму. Шероховатый и гладкий эндоплазматические ретикулумы могут присутствовать в одной и той же клетке. Как правило, между ними имеются много численные связи.

Эндоплазматический ретикулум функционирует как коммуникационная система клетки. Он связан с внешней оболочкой ядра. Фактически эти две структуры образуют единую мембранную систему. Когда ядерная оболочка во время деления клетки разрывается, ее обрывки напоминают фрагменты ЭР. Эндоплазматический ретикулум – это система транспортировки веществ: белков, липидов, углеводов, в разные части клетки. эндоплазматические ретикулумы соседних клеток соединяются через цитоплазматические тяжи – плазмодесмы – которые проходят сквозь клеточные оболочки.

Эндоплазматический ретикулум – основное место синтеза клеточных мембран. В некоторых растительных клетках здесь образуются мембраны вакуолей и микротелец, цистерны диктиосом.

Микротрубочки обнаружены практически во всех эукариотических клетках. Представляют собой цилиндрические структуры диаметром около 24 нм. Длина их варьирует. Каждая трубочка состоит из субъединиц белка, называемого тубулином. Субъединицы образуют 13 продольных нитей, окружающих центральную полость. Микротрубочки – это динамические структуры, они регулярно разрушаются и образуются на определенных стадиях клеточного цикла. Их сборка происходит в особых местах, которые называются центрами организации микротрубочек. В растительных клетках они имеют слабовыраженную аморфную структуру.

Функции микротрубочек: участвуют в образовании клеточной оболочки; направляют пузырьки диктиосом к формирующейся оболочке, подобно нитям веретена, которые образуются в делящейся клетке; играют определенную роль в формировании клеточной пластинки (первоначальной границы между дочерними клетками). Кроме того, микротрубочки – важный компонент жгутиков и ресничек, в движении которых, играют немаловажную роль.

Микрофиламенты, подобно микротрубочкам, найдены практически во всех эукариотических клетках. Представляют собой длинные нити толщиной 5 – 7 нм, состоящие из сократительного белка актина. Пучки микрофиламентов встречаются во многих клетках высших растений. По-видимому, играют важную роль в токах цитоплазмы. Микрофиламенты вместе с микротрубочками образуют гибкую сеть, называемую цитоскелетом.

Основное вещество довольно долго считали гомогенным (однородный) богатым белком раствором с малым количеством структур или вообще бесструктурным. Однако в настоящее время, используя высоковольтный электронный микроскоп, было установлено, что основное вещество представляет трехмерную решетку, построенную из тонких (диаметром 3 – 6 нм) тяжей, заполняющих всю клетку. Другие компоненты цитоплазмы, включая микротрубочки и микрофиламенты, подвешены к этой микротрабекулярной решетке.

Микротрабекулярная структура представляет собой решетку из белковых тяжей, пространство между которыми заполнено водой. Вместе с водой решетка имеет консистенцию геля, гель имеет вид студенистых тел.

К микротрабекулярной решетке прикреплены органеллы. Решетка осуществляет связь между отдельными частями клетки и направляет внутриклеточный транспорт.

Липидные капли – структуры сферической формы, придающие гранулярность цитоплазме растительной клетки под световым микроскопом. На электронных микрофотографиях они выглядят аморфными. Очень похожие, но более мелкие капли встречаются в пластидах.

Липидные капли, принимая за органеллы, называли их сферосомами и считали, что они окружены одно- или двуслойной мембраной. Однако последние данные показывают, что у липидных капель мембран нет, но они могут быть покрыты белком.

Эргастические вещества – это «пассивные продукты» протопласта: запасные вещества или отходы. Они могут появляться и исчезать в разные периоды клеточного цикла. Кроме зерен крахмала, кристаллов, антоциановых пигментов и липидных капель. К ним относятся смолы, камеди, танины и белковые вещества. Эргастические вещества входят в состав клеточной оболочки, основного вещества цитоплазмы и органелл, в том числе вакуолей.

Жгутики и реснички – это тонкие, похожие на волоски структуры, которые отходят от поверхности многих эукариотических клеток. Имеют постоянный диаметр, но длина колеблется от 2 до 150 мкм. Условно более длинные и немногочисленные из них называют жгутиками, а более короткие и многочисленные - ресничками. Четких различий между этими двумя типами структур не существует, поэтому для обозначения обоих используют термин жгутик.

У некоторых водорослей и грибов жгутики являются локомоторными органами, с помощью которых они передвигаются в воде. У растений (например, мхов, печеночников, папоротников, некоторых голосеменных) только половые клетки (гаметы) имеют жгутики.

Каждый жгутик имеет определенную организацию. Наружное кольцо из 9 пар микротрубочек окружает две дополнительные микротрубочки, расположенные в центре жгутика. Содержащие ферменты «ручки» отходят от одной микротрубочки каждой из наружных пар. Это основная схема организации 9 + 2 обнаружена во всех жгутиках эукариотических организмов. Считают, что движение жгутиков основано на скольжении микротрубочек, при этом наружные пары микротрубочек движутся одна вдоль другой без сокращения. Скольжение пар микротрубочек относительно друг друга вызывает локальное изгибание жгутика.

Жгутики «вырастают» из цитоплазматических цилиндрических структур, называемых базальными тельцами, образующимися и базальную часть жгутика. Базальные тельца имеют внутреннее строение, напоминающее строение жгутика, за исключением того, что наружные трубочки собраны в тройки, а не в пары, а центральные трубочки отсутствуют.

Плазмодесмы. Это тонкие нити цитоплазмы, которые связывают между собой протопласты соседних клеток. Плазмодесмы либо проходят сквозь клеточную оболочку в любом месте, либо сосредоточены на первичных поровых полях или в мембранах между парами пор. Под электронным микроскопом плазмодесмы выглядят как узкие каналы, выстланные плазматической мембранной. По оси канала из одной клетки в другую тянется цилиндрическая трубочка меньшего размера – десмотрубочка, которая сообщается с эндоплазматическим ретикулумом обеих смежных клеток. Многие плазмодесмы формируются во время клеточного деления, когда трубчатый эндоплазматический ретикулум захватывается развивающейся клеточной пластинкой. Плазмодесмы могут образовываться и в оболочках неделящихся клеток. Эти структуры обеспечивают эффективный перенос некоторых веществ от клетки к клетке.

Деление клеток. У многоклеточных организмов деление клеток наряду с увеличением их размеров является способом роста всего организма. Новые клетки, образовавшиеся во время деления, сходны по структуре и функциям, как с родительской клеткой, так и между собой. Процесс деления у эукариот можно подразделить на две частично перекрывающиеся стадии: митоз и цитокинез.

Митоз – это образование из одного ядра двух дочерних ядер, морфологически и генетически эквивалентных друг другу. Цитокинез – это деление цитоплазматической части клетки с образованием дочерних клеток.

Клеточный цикл. Живая клетка проходи ряд последовательных событий, составляющих клеточный цикл. Продолжительность самого цикла варьирует в зависимости от типа клетки и внешних факторов, например от температуры или обеспеченности питательными веществами. Обычно цикл делится на интерфазу и четыре фазы митоза.

Интерфаза. Период между последовательными митотическими делениями.

Интерфазу делят на три периода, обозначаемые как G 1 , S, G 2 .

В период G 1 , который начинается после митоза. В этот период увеличивается количество цитоплазмы, включая различные органеллы. Кроме того, согласно современной гипотезе, в период G 1 синтезируются вещества, которые либо стимулируют, либо ингибируют период S и остальную часть цикла, определяя, таким образом, процесс деления.

В период S следует за периодом G 1, в это время происходит удвоение генетического материала (ДНК).

В период G 2, который следует за S, формируются структуры, непосредственно участвующие в митозе, например, компоненты веретена.

Некоторые клетки проходит неограниченный ряд клеточных циклов. Это одноклеточные организмы и некоторые клетки зон активного роста (меристем). Некоторые специализированные клетки после созревания теряет способность к размножению. Третья группа клеток, например образующих раневую ткань (каллус), сохраняет способность делиться только в специальных условиях.

Митоз, или деление ядра. Это непрерывный процесс, подразделяемый на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. В результате митоза генетический материал, удвоившийся в интерфазе, делится поровну между двумя дочерними ядрами.

Одним из самых ранних признаков перехода клетки к делению служит появление узкого, кольцеобразного пояска из микротрубочек непосредственно под плазматической мембраной. Это относительно плотный поясок окружает ядро в экваториальной плоскости будущего митотического веретена. Так как он проявляется перед профазой, его называют препрофазным пояском. Он исчезает после митотического веретена, задолго до появления в поздней телофазе клеточной пластинки, которая растет от центра к периферии и сливается с оболочкой материнской клетки в области, ранее занятой препрофазным пояском.

Профаза. В начале профазы хромосомы напоминают длинные нити, разбросанные внутри ядра. Затем, по мере того как нити укорачиваются и утолщаются, можно увидеть, что каждая хромосома состоит не из одной, а из двух переплетенных нитей, называемых хроматидами. В поздней профазе две укороченные спаренные хроматиды каждой хромосомы лежат рядом параллельно, соединённые узким участком, называемым центромерой. Она имеет определённое положение на каждой хромосоме и делит хромосому на два плеча различной длины.

Микротрубочки располагаются параллельно поверхности ядра вдоль оси веретена. Это само раннее проявление сборки митотического веретена.

К концу профазы ядрышко постепенно теряет чёткие очертания и наконец исчезает. Вскоре после этого распадается и ядерная оболочка.

Метафаза. В начале метафазы веретено, которое представляет трёхмерную структуру, наиболее широкую в средине и суживающуюся к полюсам, занимает место, прежде занятое ядром. Нити веретена – это пучки микротрубочек. Во время метафазы хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, располагаются так, что их центромеры лежат в экваториальной плоскости веретена. Своей центромерой каждая хромосома прикрепляется к нитям веретена. Однако, некоторые нити проходят от одного полюса к другому, не прикрепляясь к хромосомам.

Когда все хромосомы расположатся в экваториальной плоскости, метафаза завершится. Хромосомы готовы к делению.

Анафаза. Хроматиды каждой хромосомы расходятся. Теперь это дочерние хромосомы. Прежде всего, делится центромера, и две дочерние хромосомы увлекаются к противоположным полюсам. При этом центромеры движутся впереди, а плечи хромосом тянутся сзади. Нити веретена, прикрепленные к хромосомам, укорачиваются, способствуя расхождению хроматид и движению дочерних хромосом в противоположные стороны.

Телофаза. В телофазе завершается обособление двух идентичных групп хромосом, при этом вокруг каждой из них формируется ядерная мембрана. В этом активное участие принимает шероховатый ретикулум. Аппарат веретена исчезает. В ходе телофазы хромосомы теряют чёткость очертаний, вытягиваются, превращаясь снова в тонкие нити. Ядрышки восстанавливаются. Когда хромосомы становятся невидимыми, митоз завершается. Два дочерние ядра вступают в интерфазу. Они генетически эквивалентны друг другу и материнскому ядру. Это очень важно, так как генетическая программа, а вместе с ней и все признаки должны быть переданы дочерним организмам.

Продолжительность митоза варьирует у различных организмов и она зависит от типа ткани. Однако профаза самая длинная, а анафаза самая короткая. В клетках кончика корня продолжительность профазы составляет 1 – 2 ч; метафазы – 5 – 15 мин; анафазы – 2 – 10 мин; телофазы – 10 – 30 мин. Продолжительность интерфазы составляет от 12 до 30 ч.

Во многих эукариотических клетках центры организации микротрубочек, ответственные за формирование митотического веретена, связаны с центриолями .