Эукариоты. Царство Растения. Особенности растительной клетки

Царство Растения (Plantae или Vegetabilia), объединяет автотрофные организмы, для которых характерны способность к фотосинтезу, наличие плотных клеточных оболочек и запасного вещества — крахмала. Гетеротрофное питание некоторых растений всегда имеет вторичное происхождение. Общее число видов растений около 350 тысяч.

Для растительных клеток характерны все черты эукариотической клетки, описанные выше для клетки животных. Поэтому в этом параграфе мы остановимся только на отличительных особенностях растительных клеток (рис. 2.5).

Строение растительной эукариотической клетки из мезофилла

Рис. 2.5. Строение растительной эукариотической клетки из мезофилла

листа липы:

1 — митохондрии; 2 — шероховатая (гранулярная)эндоплазматическая сеть; 3 — хлопласты; 4 — ядрышко; 5 — ядро; 6 — аппарат Гольджи; 7 — плазмодесмы; 8 — клеточная стенка; 9 — плазматическая мембрана; 10 — вакуоль

Особенности строения растительных клеток.

Важнейшими отличительными структурами растительной клетки являются пластиды — специализированные двумембранные органоиды.

Различают три основных вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие светочувствительные пигменты хлорофиллы. В них осуществляются реакции фотосинтеза (подробнее о фотосинтезе см. гл. 4).

Хромопласты содержат красящие пигменты каротиноиды и соли металлов, обеспечивая окраску листвы, цветков и плодов растений. Голубой, фиолетовый, пурпурный, темно-красный, пунцовый цвет 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). Хромопласты могут развиваться из хлоропластов, которые при этом теряют хлорофилл и внутренние мембранные структуры и накапливают каротиноиды. Это происходит при созревании многих плодов.

Бесцветные лейкопласты находятся в клетках неосвещенных частей растений. Они синтезируют и накапливают питательные вещества: крахмал (тогда их называют амилопластами), жиры, белки.

Клетки растений окружены плотной клеточной стенкой, состоящей из полисахарида целлюлозы и ряда других соединений (пектиновые вещества, белки, лигнин и другие). Первичная клеточная стенка образуется во время стадии телофазы митоза. После того как клетки перестают делиться и расти, на первичную оболочку изнутри откладываются дополнительные слои и формируется прочная вторичная оболочка. Первичная клеточная стенка обеспечивает прочность и гибкость, необходимые для роста клеток. Все растительные клетки имеют первичную клеточную стенку, но не у всех есть вторичная клеточная стенка. Соседние клетки контактируют друг с другом клеточными стенками, создавая единую во всем растении систему клеточных стенок. Свободное пространство в ткани растений, образованное межклетниками и ограниченное клеточными стенками, называется апопласт. По этим внецитоплазматическим компонентам осуществляется свободная диффузия веществ в теле растения. Клеточные стенки проницаемы для целого ряда веществ (в основном минеральных ионов и воды). Рост и растяжение клеточной стенки — это очень сложный биохимический процесс, находящийся под контролем специальных растительных гормонов — ауксинов (подробно о строении клеточной стенки растений см. параграф 3.2).

Особой структурой клеток растений являются — плазмодесмы. Это цитоплазматические тяжи, соединяющие протопласты соседних клеток (рис. 2.6). Они располагаются в канальцах, образующихся при делении клетки и проходящие через первичную и вторичную клеточные оболочки. Внутри плазмодесмы проходят мембраны гладкого ретикулума, т. е. мембранные системы и цитоплазма соседних клеток связаны между собой. Зрелая плазмодесма содержит трубочку из мембран эндоплазматического ретикулума (десмотрубочку), проходящую посередине канала, соединяющего две клетки. Выстилающая канал плазматическая мембрана общая для обеих клеток. Из одной клетки в другую молекулы проходят в пространстве между десмотрубочкой и стенкой канала. С помощью плазмодесм осуществляется передвижение веществ от клетки к клетке. Подобное соединение растительных клеток в единую систему получило название — симпласт.

Система плазмодесм в растительной ткани

Рис. 2.6. Система плазмодесм в растительной ткани:

  • 1 — цитоплазма; 2 — цистерны гладкой эндоплазматической сети; 3 — ядро;
  • 4 — плазмодесмы

Вакуоль — обязательная принадлежность растительной клетки (рис. 2.7). Это мембранный пузырек, заполненный вакуолярным соком, состав которого отличается от окружающей цитоплазмы. Значение вакуоли очень велико: из-за наличия плотной клеточной стенки именно вакуоль регулирует водно-солевой обмен и поддерживает тур- горное давление, контролируя поступление воды в клетку и из клетки (до 98 % воды). Рост вакуоли в клетке — необходимое условие роста растительных клеток, поэтому взрослые, зрелые клетки содержат крупные центральные вакуоли, занимающие от 70 до 95 % объема клетки, а молодые, развивающиеся клетки — множество мелких вакуолярных пузырьков.

Вакуоли являются производными эндоплазматической сети. Мембрана, ограничивающая вакуоль называется тонопласт. Она обладает избирательной проницаемостью и способна к активному транспорту веществ. Многочисленные молекулы-переносчики, входящие в состав мембраны, транспортируют из цитоплазмы внутрь вакуоли сахара, органические кислоты и их соли, ионы, ферменты, белки, пигменты. Внутри вакуоли эти вещества подвергаются воздействию многочисленных ферментов, образующиеся компоненты могут в дальнейшем использоваться в метаболизме клетки. К функциям вакуоли относятся также накопление запасных веществ и выключение из обмена веществ токсичных соединений. В принципе вакуоль можно рассматривать как большую вторичную лизосому растительной клетки.

Образование вакуоли растительной клетки и сортировка белков

Рис. 2.7. Образование вакуоли растительной клетки и сортировка белков

в аппарате Гольджи:

1 — синтез белка на рибосомах; 2 — накопление разных белков (А, о) в цистернах эндоплазматического ретикулума; 3 — накопление и сотрировка белков в цистернах аппарата Гольджи; 4 — транспортные пузырьки с ферментами гидролазами для вакуоли; 5 — активные гидролазы внутри вакуоли; 6 — транспортные пузырьки с формантами для клеточной стенки; 7 — плазматическая мембрана; 8 — клеточная стенка

Растительные клетки отличаются от животных по некоторым особенностям митоза. У них нет центриолей, хотя веретено деления формируется, и в телофазе митоза цитотомия — образование двух дочерних клеток — также идет по другому (см. гл. 5).

Зеленые растения — главные продуценты органического вещества и кислорода на Земле, на их долю приходится 99 % от общей биомассы всех живых организмов нашей планеты. Именно благодаря растениям существуют большинство живых организмов, в том числе и человек. Изучением структуры клеток растений занимаются специалисты многих областей биологии — ботаники, цитологии, генетики, молекулярные и клеточные биологи.

Исследования генома ряда важных сельскохозяйственных растений (капусты, амаранта, кукурузы, сои и др.) позволили более целенаправленно проводить селекционную работу, разрабатывать новые методы борьбы с болезнями растений, повышать урожайность. Генная инженерия растений — одно из самых перспективных направлений современной биологии и цитологи растений, которое вносит существенный вклад в понимание принципов строения и работы растительной клетки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >