Ботанические науки. Растительная клетка

Лекция № 1 Тема: Ботанические науки. Растительная клетка.

Ботаника – это наука о растениях.

Еще с древних времен ученые обращали внимание на разновидности  растений.

Морфология- наука, которая изучает внешнее строение органов растений.

Анатомия – изучает внутреннее строение растений.

Цитология - наука о клетке.

Физиология  растений - это наука о жизненных процессах происходящих в растениях.

Биохимия растений – наука о химическом составе растений.

Систематика – наука о классификации растений.

Геоботаника – наука о растительных сообществах.

Микробиология - наука о микроорганизмах.

География – наука о распространении растений по земному шару.

Палеоботаника – наука о растениях существовавших в предыдущие геологические периоды.

Экология – наука о взаимодействии организма и среды.

 

Процесс развития от простейших до высших цветковых растений –  называется филогенез.

Онтогенез – процесс индивидуального развития растений.

Автотрофы – все растения, сами себе готовят пищу из неорганического вещества.

Бактерии, животные, человек, грибы – гетеротрофы питаемся готовым органическим веществом.

Все органы растений состоят  из клеток. Величина клетки от 25- 120 мкм  – это тысячная доля мм.

Чаще всего клетки бывают, округлой формы – такие  клетки называются паренхимные, т.е. живые  клетки (мякоть листа, плода) формируют живые ткани.

Вытянутые с заостренными концами – прозенхимные клетки (формируют  мертвые ткани), (волокна в стеблях).

Растительная  клетка - это элементарная, структурная единица организма, в которой происходят все жизненные процессы.

Питание, размножение, дыхание, выделение и т.д.

В растительной клетке, как  правило, можно различить три  основные части:

1. более или менее  жесткую и прочную углеводную  оболочку, одевающую клетку снаружи;

2. Протопласт (греч. Протос  –первый; пластос – оформленный) – это живое содержимое клетки;

3. Вакуоль (лат. Вакус  – пустой) – пространство в  центральной части клетки, заполненное  в типичном случае водянистым  содержимым – клеточным соком.

Химический  состав и физические свойства протопласта.

Вещества, из которых построена живая клетка, чрезвычайно разнообразны. Больше всего в клетке содержится воды (от 60 до 90%), необходимой для нормального течения реакций обмена веществ. Оставшаяся часть химических соединений приходится в основном на органические вещества, но есть также и неорганические (2-6% сухого вещества).

Органические вещества условно делят на конституционные, входящие в состав органелл и участвующие  в обмене веществ, и эргастические  – продукты жизнедеятельности органелл.

К конституционным веществам относят белки – это высокомолекулярные азотистые соединения, состоящие из аминокислот, они служат строительным материалом протопласта, регулируют жизненные процессы. В некоторых случаях они могут быть источниками энергии, они могут быть и эргастиченскими веществами, откладываясь в запас в определенные фазы развития клетки.;  липиды (греч. Липос- жир; эйдос – вид)-вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях (эфире, бензине и др.).

Протопласт растительной клетки содержит простые (жирные масла) и сложные липиды ( липоиды, или жироподобные вещества).К липоидам относятся фосфо- и гликолипиды, некоторые пигменты (каротиноиды), нуклеиновые кислоты (лат. Нуклеус – ядро), в комплексе с белками играющие роль носителей и передатчиков наследственной информации, а также контролирующие обмен веществ. Это ДНК и РНК. Основное количество ДНК сосредоточено в ядре клетки, а РНК встречается как в ядре, так и в цитоплазме; Углеводы – также входят в состав протапласта каждой клетки в виде простых соединений (растворимых в воде сахаров) и сложных углеводов (нерастворимых или слаборастворимых) полисахаридов. Примеры сахаров - глюкоза, фруктоза и сахароза; полисахаридов - целлюлоза, крахмал, хотя последний является эргастическим веществом, также к эргастическим веществам относятся – ферменты (биологические католизаторы); гормоны (регуляторы роста); запасные вещества (временно выключенные из обмена веществ); экскреторные вещества (конечные продукты обмена).

 

Структурные единицы (компоненты, элементы) клетки.

Клеточная стенка – функция защитная, обменная, создает форму клетки.

Устроена – первичная оболочка, образуется при делении клетки.

вторичная оболочка, образуется путем наложения изнутри на первичную стенку новых слоев.

серединная пластинка, соединяет клетки между собой.

Разрушение срединной  пластинки и разъединение клеток называют мацерацией. 

Плазмодесмы – это тончайшие цитоплазматические нити, которые осуществляют связь между клетками.

Поры - это места где не образуется вторичная стенка. Они имеют вид каналов, идущих от полости клетки до первичной стенки. Поры, как и плазмодесмы, облегчают транспорт веществ между клетками.

Химический состав:

Белки, гемилцеллюлоза, клетчатка, пектиновые вещества, целлюлоза.

 

 

Цитоплазма  как составная часть всего протопласта

Все клетки имеют мембранное строение – белки и между ними прослойка жира.

Цитоплазма -  имеет мембранную организацию. Ее структуру образуют тонкие довольно плотные пленки - биологические мембраны, основу их составляют липиды. Одно из основных свойств биологических мембран – избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через них с трудом, другие легко и даже в сторону большей концентрации. Цитоплазма - двумембранная:

Наружная мембрана –  называется плазмолемма,

Внутренняя мембрана – называется тонопласт.

 Гиалоплазма – Ее называют также матриксом (от лат. Матрикс – субстрат, основа), основным веществом цитоплазмы. Гиалоплазма (греч. Гиалос – стекло) представляет собой непрерывную водную коллоидную фазу клетки, обладающую определенной вязкостью. Она связывает все погруженные в нее органеллы, обеспечивая их взаимодействие.

Химический состав:

Коллоидный раствор  с удельной массой больше 1-цы. Тонет  в воде, основное минеральное вещество вода. Органические вещества (белки, жиры, углеводы). Живая клетка содержит до 7% воды, и химические элементы: углерод половина – 50%, кислород – 25%, водород – 11%, азот – 4,6%. Сера, фосфор, макро и  микроэлементы занимают сотую и тысячную долю %.

Ядро – функции ядра – наследственная функция, защитная функция, участвует в процессах фотосинтеза.

Ядро имеет двойную  ядерную оболочку, внутри ядерный  сок (карнолимфа), твердое вещество хроматин, 1 – 4 ядрышка.

Химический состав:

Очень похож на химический состав цитоплазмы за исключением того, что в ядре больше содержится ДНК– в ядре, РНК – в ядрышках.

Ядерная оболочка - ограничивает содержимое ядра от цитоплазмы. Состоит из двух мембран с промежутком между ними, которое называется перинуклеарным пространством. Ядерная оболочка контролирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой, способна к синтезу белков и липидов.

Нуклеоплазма – представляет собой коллоидный раствор, в котором размещены хромосомы и ядрышки. В состав нуклеоплазмы входят различные ферменты, нуклеиновые кислоты. Она не только осуществляет связь между органеллами ядра, но и трансформирует вещества, проходящие через нее.

Каждый вид  растений содержит в клетке строго определенное число хромосом. В соматических клетках (клетки тела) это число обычно диплоидное (2n). Оно образуется в результате слияния двух половых клеток с гаплоидным (моноплоидным) числом хромосом (n).

Ядрышко -  Обычно это сферическое тельце, в основном состоящее из белка и РНК. Молекула РНК, как и молекула ДНК, представляет собой цепочку нуклеотидов, но нуклеотид РНК содержит вместо дезоксирибозы рибозу, а вместо Тимина урацил. В отличие от молекул в ДНК молекула РНК имеет лишь одну такую цепочку.

В ядре может быть одно или несколько ядрышек.

Вакуоль – это одномембранный компонент клетки.

Функция – обменная, выделительная.

Покрыта тонопластом, т.е. мембраной.

Сок: вода, органические кислоты, гликозиды (горький вкус), амигдалин, синегрин (у капусты), Битулин, пеняшиеся вещества сапонины в яровых культурах, антоцианы (красящие вещества), дубильные вещества, алколоиды (в чае - теин, кофе – кофеин, сигареты – никотин, молочко мака – морфин), кристаллов, друзов, рафидов накапливается в вакуоле в клеточном соке.

Лизосомы - это образования, ограниченные от гиалоплазмы мембраной и содержащие гидролитические ферменты, которые могут разрушать все биологические макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды) липиды и др. органические соединения. Лизосомы растительных клеток это обычно мелкие цитоплазматические вакуоли и пузырьки - производные эндоплазматического ритикулума (эндоплазматическая сеть) или аппарата Гольджи. Основная функция лизосом высших растений – локальный автолиз (греч. Автос- сам; лизис – растворение)- разрушение отдельных  участков (переваривание) цитоплазмы собственной клетки, где на ее месте образуется цитоплазматическая вакуоль. Локальный автолиз у высших растений имеет в первую очередь защитное значение: при временном недостатке питательных веществ клетка может сохранять жизнеспособность за счет использования конституционных веществ цитоплазмы. Другая функция лизосом – удаление «изношенных» или избыточных клеточных органелл (например, пластид и митохондрий), период существования которых может быть меньше периода жизни клетки.

Пластиды – погружены в цитоплазму.

Тело пластид состоит  из стромы, содержащей в основном протеины и липиды, а также пигменты и минеральные элементы. Пластида имеет белково-липидную оболочку в виде двойной мембраны, которая называется перистромием.

Типы пластид: Хлоропласты (пластиды зеленого цвета)

 Хромопласты (пластиды  желтого, оранжевого или красного цвета)

 Лейкопласты (бесцветные  пластиды) Обычно в клетке встречаются  пластиды только одного типа.

Хлоропласты: функции: основная участвуют в процессе фотосинтеза, основной пигмент хлорофилл имеет зеленую окраску.   Различают хлорофилл а, в, с и д, из них наиболее распространен хлорофилл а, имеющийся у всех автотрофных растений.

 

6СО₂ + 6Н₂О свет                   С₆Н₁₂О₆  __ 6О₂↑ + энергия       

хлорофилл       полисаха-    кислород

                              рид

 

                                     ассимиляционный крахмал

(элементарная формула  фотосинтеза)

Согласно исследований основой структуры хлоропласта  служат тонкие непрерывные мембраны (ламеллы), проходящие через все его  тело. Между этими пластинами помещаются двойные мембраны диски, группирующиеся в стопки – граны.

Хлорофилл имеет округлую форму, окраска зеленая, находится  почти во всех частях растения, но  в основном в листьях.

Хромопласты – содержат различные (желтые, оранжевые, красные и бурые) пигменты из группы каротиноидов, такие как  ликопин, ксантофилл и каротин.

Они представляют собой  видоизмененные хлоропласты. Форма  их более или менее округлая, иногда многогранная, треугольная, игловидная и т.д. из-за наличия в них хорошо оформленных кристаллов каротина, свободно лежащих в строме пластиды.

Чаще всего хромопласты встречаются  в цветках и плодах, реже в вегетативных органах растений.

Современные исследования структуры  хромопластов показали, что они состоят  из оболочки, матрикса и системы  мембран. Оболочка, построенная  из одной или нескольких элементарных мембран, является продолжением внутренних мембран.

По строению мембранных систем хромопласты бывают ламеллярные, фибриллярные и ламелло-фибриллярные. Матрикс гранулярный.

Лейкопласты – имеются во многих клетках большинства растений. Они бесцветные, более мелкого размера пластиды.

Функции лейкопластов: синтез запасных веществ и в частности углеводов, т.е. в лейкопластах образуется запасной крахмал из притекающей в них  глюкозы под действием фермента амилосинтеазы. При этом крахмал может накапливаться в таких значительных количествах, что тело пластиды (строма) превращается в тонкую пленку, окружающую крахмальное зерно.

Митохондриями (от греческого мито-нить и хондрион – гранула) называются гранулярные и нитевидные образования, имеющиеся в цитоплазме всех систематических групп растений и животных.

Митохондрии – двухмембранный компонент  клетки, который служит для сохранения энергии, образования АТФ – главный  источник энергии, который используется в процессах синтеза и рабочей  активности клетки (например: секреция, движение, рост и т.д.). Это основная функция митохондрий. В них также осуществляется синтез гиппуровой кислоты, фосфолипидов и белков. От числа митохондрий в клетке зависит интенсивность дыхания.