Растительная клетка

Клетка, как незаменимая структурная единица организма, обладает характеристиками живого существа.

Описание

Растительная клетка, являющаяся строительным блоком как одноклеточных, так и многоклеточных растений, относится к эукариотическим клеткам, то есть содержит ядро в своей структуре. Обычно растительные клетки имеют прямоугольную форму. Паренхимные клетки составляют основную ткань растений и имеют одинаковый размер во всех направлениях. Также существуют прозенхимные клетки, имеющие вытянутую форму с заостренными концами. Обычные размеры растительных клеток микроскопические, составляющие порядка 0,01 – 1,0 мм. Однако наблюдается и наличие клеток, видимых невооруженным глазом, например, некоторые одноклеточные водоросли или клетки мякоти апельсина.

Строение

Среди видов растений в природе есть как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Одноклеточные растения это те, где одна клетка выполняет все необходимые задачи. Многоклеточные организмы представляют собой единую структуру, которая состоит из различных тканей и органов, которые взаимодействуют и взаимодействуют друг с другом.

Структура растительной клетки имеет одинаковые характеристики у всех растений и состоит из одних и тех же компонентов. Определите части, которые составляют растительную клетку:

• Оболочка, которая включает в себя цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку, состоящую из целлюлозы;
  
  
• Цитоплазма с различными органоидами, такими как митохондрии, хлоропласты и вакуоли;
  
  
• Ядро, состоящее из ядерной оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина.

Клетки растений отличаются от клеток животных тем, что они имеют отдельную целлюлозную оболочку, вакуоли, которые содержат клеточный сок, и пластиды.

Роль ядра в организме растений подчеркивается при его изучении и растительных клеток, так как считается необходимым для полного распада и сборки клеток в организме.

Ядро содержит наследственную информацию, передаваемую из поколения в поколение. Цитоплазма представляет собой вязкое бесцветное вещество, которое обволакивает клетку и содержит все органоиды. Под клеточной стенкой находится тонкая мембрана (тонопласт), отвечающая за обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Клеточная стенка, состоящая из целлюлозы, обеспечивает прочность и форму клетки. Значительную роль также играют пластиды, включая хлоропласты, ответственные за фотосинтез.

Вакуоль, представляющая собой внутреннюю полость клетки, заполнена цитоплазматическим соком и содержит небольшой объем цитоплазматического сока. Размер вакуоли меняется с течением времени, в зависимости от возраста тела, и она продолжает расти. В вакуольный сок добавляют минеральные соли, органические вещества, ферменты, сахара, минеральные кислоты, соли, белки и пигменты.

Митохондрии могут перемещаться вместе с цитоплазмой, подобно пластидам. Они играют важную роль в дыхании и образовании аденозинтрифосфата (АТФ). Аппарат Гольджи выполняет функцию накопления и выделения различных веществ в клетке. Белково-синтетические рибосомы присутствуют в цитоплазме, митохондриях и пластидах и присутствуют как в цитоплазме, так и внутри.

Изучение клеточного строения растений началось еще в XVII веке. Некоторые клетки растений, такие как клетки апельсиновой мякоти, можно идентифицировать с помощью стандартных методов, но большинство растительных клеток можно наблюдать только через микроскоп.

Ядро растительной клетки

Ядро растительной клетки является базовой структурой, которая обычно круглая, но также может быть овальной, эллиптической или сильно вытянутой в одном направлении. У растений с более высокими высотами есть клетки с ядром, размер которого колеблется от 5 до 20 микрометров, в среднем, по сравнению с клетками. Cycas sp., среди других видов семенных растений, возможно, не является эндемиком Аляски. Среди них распространен очень большой размер ядра (0,5 – 0,6 мм).

В процессе развития клетки соотношение между объемом цитоплазмы и ядра обычно меняется. В молодых клетках ядра крупные, и соотношение составляет примерно 1:4 – 1:5, в то время как в зрелых и старых клетках это соотношение достигает 1:20 – 1:200. Большинство клеток высших растений содержат только одно ядро, но некоторые специализированные клетки могут быть многоядерными либо только на определенном этапе развития, либо на протяжении всей жизни. Также некоторые одноядерные клетки могут претерпевать многократное копирование ДНК, что приводит к полиплоидии ядра. Клетки эукариотических водорослей также обычно содержат только одно ядро, но многоядерность является характерной особенностью вегетативных клеток большинства багрянок и золотистых водорослей, таких как vaucheria.

Ядерная оболочка, также известная как кариолемма, состоит из двух мембран, каждая толщиной от 6 до 8 нм. Между этими мембранами находится пространство между ядром и оболочкой, шириной от 10 до 40 нм. Оболочка ядра непосредственно связана с мембранами эндоплазматического ретикулума, а пространство между ядром и оболочкой сообщается с пространством между цистернами эндоплазматического ретикулума. Ядерная оболочка содержит поры диаметром от 30 до 100 нм, через которые могут попадать молекулы определенного размера. Поры составляют примерно 5% поверхности ядра. Внутри ядра находится матрикс или ядерная плазма, которая содержит жидкую часть (ферменты и промежуточные продукты метаболизма), ядерный матрикс и различные включения. Ядерный матрикс – это трехмерная структура, состоящая из кислых белков, которая пронизывает всю ядерную плазму и ядрышки. Включения обычно представлены гранулярными, нитевидными и спиральными рибонуклеопротеидными частицами, реже кристаллическими белками и зернами крахмала.

В ядре находятся хромосомы, которые представляют собой вытянутые нуклеопротеидные структуры. Хромосомы могут принимать либо компактную, стержнеобразную или колбасообразную форму во время клеточного цикла (во время деления ядра), либо рыхлую, нитевидную, длинную форму (между делениями ядра). Хромосомы состоят из хроматина, который содержит примерно 40% ДНК, 40% гистонов, 20% негистоновых хромосомных белков и небольшое количество РНК. В интерфазе часть хроматина остается плотно спирализованной и окрашивается интенсивно. Эта часть называется гетерохроматином. Остальной хроматин, более разрыхленный, называется эухроматином. Интерфаза является критическим этапом в генетическом процессе, и считается, что ДНК находится в эухроматине, который играет важную роль в содержании ДНК во время других генетических событий.

Вещества растительной клетки

Растительные клетки содержат большое количество разнообразных веществ. В их химическом составе присутствуют как неорганические компоненты – вода (до 85%) и минеральные вещества (1,5%), так и органические соединения, такие как белки (10%), углеводы (40%), липиды (2%) и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) (1 – 1,5%). В растительных клетках также содержатся витамины и различные вещества вторичного происхождения, такие как алкалоиды, гликозиды, эфирные масла и другие.

Внутри клеток растений находятся цитоплазматические органеллы, называемые пластидами. Пластиды являются организованными органеллами, структура и функция которых тщательно изучаются с помощью электронной микроскопии. Обычно высшие растения имеют от 10 до 200 пластид, каждый из которых имеет свою собственную мембрану. Присутствие таких органелл отличает растительные клетки от животных. Размеры пластид составляют от 3 до 10 микрометров. Внешний вид и функции пластид зависят от содержащихся в них красящих веществ (пигментов) и других характеристик.

Первичные типы пластид – лейкопласты, хлоропласты и хромопласты. Хлорофилл, пигмент, содержащийся в зеленых хлоропластах, играет важную роль в фотосинтезе, позволяющей растениям создавать органические вещества с помощью света, воды и углекислого газа. Лейкопласты чаще всего встречаются в молодых органах растений, корнях и семенах, и выполняют функцию хранения запасных веществ, таких как углеводы, белки и жиры. Хлоропласты, наиболее распространенные в зеленых листьях и других вегетативных органах растений, обладают дискообразными зернышками и отвечают за питание растений. Хромопласты придают окраску цветкам и плодам, что привлекает насекомых и птиц.

У водорослей зеленые пластиды (хроматофоры) имеют различные формы и размеры, такие как ленты, пластинки, чаши и сеточки. Хлоропласты играют важную роль в жизни растений и всего живого на планете. Хлорофилл, активный компонент растительных пигментов, способствует образованию питательных веществ. Органические вещества, получаемые от зеленых клеток, служат основным источником питания для животных и людей.

У многих видов растений наблюдается преобразование пластид. У некоторых растений, включая томаты, яблони, облепиху и абрикосы, появление хромопластов приводит к изменению их зеленого цвета на красный, оранжевый или желтый. Лейкопласты преобразуются в хлоропласты, сохраняя хлорофилл под действием света. Когда осенью пропадает хлорофилл в зеленых листьях, количество хромопластов в них увеличивается.

У высших растений хлоропласты обычно имеют различную форму – круглую, овальную, уплощенную или эллиптическую. Их длина варьирует от 2 до 100 мкм, при сохранении ширины в 3-4 мкм. Предполагается, что в каждой клетке должно быть от 20 до 40 хлоропластов. Они обычно располагаются близко к ядру или клеточной стенке. Хлоропласты обладают своей собственной внеядерной ДНК и поэтому являются полуавтономными, аналогично митохондриям. Они также производят липиды и белки, необходимые для создания хлоропластной мембраны.

Хлоропласты находятся в клетках мезофилла – зеленой ткани листьев, главным образом. Они также присутствуют в других зеленых частях растений, таких как стебли и незрелые плоды. Фотосинтез осуществляется именно в этих клетках с помощью хлоропластов. Клетки животных не содержат хлоропласты, и это является уникальной особенностью растительных клеток и некоторых видов водорослей.

Ткани

Растения выделяют различные виды тканей, включая образовательные, покровные, проводящие, механические и основные ткани. Образовательные ткани включают верхушечные, вставочные и боковые меристемы. Покровные ткани включают эпидерму и пробку. Проводящие ткани включают сосуды, трахеиды и ситовидные трубки. Механические ткани включают волокна и каменистые клетки. Основные ткани включают запасающую, фотосинтезирующую (хлоренхиму, столбчатую и губчатую ткани) и древесную ткани.

Признаки растительной клетки

Растительные клетки имеют несколько отличий от клеток животных. Одно из ключевых отличий заключается в наличии целлюлозной клеточной стенки и различных органелл, таких как пластиды и вакуоли. Цитоплазматическая мембрана, или клеточная стенка, играет важную роль в защите клетки от вредных микроорганизмов и сохранении ее структуры. Она присутствует только у растений и грибов, отсутствуя у животных. Важными компонентами растительной клетки также являются плазмодесмы – особые поры, через которые происходит обмен веществом с соседними клетками.

Цитоплазматическая мембрана, расположенная выше клеточной стенки, состоит из двойного слоя липидов и белковых молекул, формирующих липидопротеиновый слой. Эта мембрана, аналогично клеточной стенке, выполняет защитную функцию, обеспечивая селективный обмен веществ с внешней средой. Внутри цитоплазмы находится гиалоплазма – полужидкое вещество, которое служит средой обитания клетки и содержит органоиды и клеточные включения. Гиалоплазма обеспечивает взаимодействие клеточных структур и активно участвует в биосинтезе и других процессах.

Центральной составляющей растительной клетки является ядро, которое играет важную роль в хранении и передаче наследственной информации. Однако помимо этого, цитоплазма также содержит множество различных органоидов, которые выполняют специфические функции. Среди них следует отметить лизосомы, рибосомы, эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи и митохондрии. Важно отметить, что только в растительных клетках встречаются пластиды и вакуоли.

Пластиды – это особые органоиды, присутствующие в растительных клетках, которые обладают собственным генетическим наследием и способностью к самостоятельному размножению. Они классифицируются на три типа. Хлоропласты содержат хлорофилл – особый пигмент, который придает растениям зеленый цвет и играет решающую роль в фотосинтезе, процессе синтеза органических веществ, необходимых для выживания растений. Хромопласты, в свою очередь, отвечают за окраску цветков, плодов и осенних листьев разнообразных растений благодаря наличию в них каротиноидов. Лейкопласты, не содержащие пигментов, служат для накопления питательных веществ внутри клеток, таких как крахмал, белки и масла.

Клеточная вакуоль представляет собой еще один органоид, присущий исключительно растительным клеткам. Она представляет собой большую полость в центре клетки, заполненную цитоплазмой. Вакуоль отвечает за запас воды и других необходимых веществ, а также помогает поддерживать нужное внутриклеточное давление.

Кроме того, помимо постоянных органоидов, присутствующих в клетке, имеются и временные структуры, такие как включения. Представляющие собой хранилища необходимых питательных веществ и других материалов, они являются важными для нормального функционирования клеток. Большинство растительных клеток настолько малы, что их можно увидеть только под микроскопом. Однако есть и исключения, например, клетки мякоти цитрусовых, таких как апельсины, лимоны и мандарины. Эти клетки являются поистине гигантскими! Достаточно вспомнить, как выглядит долька мандарина – она состоит из множества продолговатых клеток, покрытых тонкой пленкой и заполненных сладким соком.

Интересный факт! Растение генерирует глюкозу (сахар) и кислород, используя углекислый газ, воду и питательные вещества для производства сахара и кислорода. Энергия получается из глюкозы, а кислород вырабатывается в качестве побочного продукта.

Процессы в растительной клетки

Обмен веществ является основным процессом, проявляющимся в жизнедеятельности растительных клеток. Они потребляют питательные вещества, дышат и выделяют продукты обмена. Реагируя на внешние раздражения, растительные клетки способны расти и размножаться. Все эти процессы осуществляются благодаря обмену веществ.

Обмен веществ включает химические реакции, которые проходят в организме растений. Сложные вещества в результате этих реакций распадаются на простые, а из простых веществ синтезируются сложные. Это главный проявление жизни клеток и всего организма, так как образуются новые вещества, а старые разлагаются.

Корни растений поглощают воду и минеральные вещества из почвы, а листья поглощают углекислый газ из воздуха. Растение использует эти органические вещества для фотосинтеза, который происходит в хлоропластах. В результате фотосинтеза образуются углеводы, а кислород выделяется.

Полученные углеводы используются растением для синтеза различных веществ, таких как белки, жиры, витамины, крахмал и целлюлоза. Некоторая часть этих веществ сохраняется, а другая направляется в митохондрии, где они расщепляются с выделением энергии, углекислого газа и воды.

Процесс расщепления органических веществ с выделением энергии, который происходит в митохондриях, называется дыханием.

Таким образом, клетка является основной структурной единицей растений, обладающей всеми признаками живого. Она растет, размножается, питается, выделяет продукты обмена, дышит и реагирует на раздражения.

Включения

Включения являются неотъемлемой частью клетки, зависящей от процессов обмена веществ и внешней среды. В отличие от органоидов, они имеют простую структуру и выполняют пассивные функции, такие как накопление соединений и окрашивание клеточных мембран. Форма клеточных включений может быть разнообразной – овальной, круглой, гранулярной, зернистой или каплевидной. Они состоят из одного определенного вещества, такого как белок, углевод или жир. Размеры клеточных включений могут быть различными, варьирующими от маленьких до больших. Эти включения могут быть экзогенными, поступающими в клетку из внешней среды, или эндогенными, образующимися внутри клетки. Вирусные включения, например, образуются в результате попадания ДНК вируса в клетку и субсеквентного синтеза. В зависимости от выполняемых функций, клеточные включения классифицируются как трофические, секреторные и пигментные.У животных организмов цитоплазма может содержать трофические включения в виде гликогена, гранулы которого находятся в клетках печени, сердца и мышц, что позволяет им запасать глюкозу для будущих нужд. Также в цитоплазме могут присутствовать трофические липидные компоненты в форме капель, обеспечивающие организм энергией в экстренных ситуациях. Еще одним видом пигментных элементов является меланин, придающий определенный цвет коже, радужной оболочке глаз и слизистым органам. У клеток животных также есть включения липофусцина, которые накапливаются в печени и сердечной мышце на протяжении всей их жизни. Стоит отметить, что клетки животных не содержат белковые необязательные компоненты, которые присущи только растениям.

Включениями в растительных клетках являются зерна крахмала, которые помогают запасать и сохранять глюкозу, и имеют разную форму – сферическую, яйцевидную или линзовидную. Растительные клетки могут также содержать липидные включения в форме сферосом, а также белковые тельца и алейроновые зерна, содержащие соответственно кристаллы или аморфный белок. Среди разных видов пигментных включений встречаются пластоглобулы, которые играют роль накопителей каротиноидов. Все эти органические химические соединения, за исключением кристаллов оксалата кальция, которые можно найти в вакуолях некоторых видов растений, представляют собой разнообразные клеточные включения.

Органоиды растительной клетки

При анализе органоидов клеток растений можно отметить их важное значение для жизнедеятельности. Органоиды, также известные как органеллы, выполняют множество функций, включая перемещение, деление, синтез и передачу веществ, а также передачу генетической информации.

В современной биологии клетки можно разделить на две основные группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты, такие как бактерии и сине-зеленые водоросли, отличаются примитивной структурой и состоят в основном из цитоплазмы с ДНК или РНК. Эукариоты, к которым относятся все растительные и животные клетки, имеют более сложную структуру. Стоит отметить, что клетки человека также являются эукариотами.

Органоиды в клетках можно разделить на две основные группы: мембранные и немембранные. Мембранные органоиды представляют собой полые структуры с одинарной или двойной мембраной, создающие замкнутые полости. К этой группе относятся клеточное ядро, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, вакуоли, лизосомы и эндоплазматическая сеть (ЭПС). Ядро, являющееся наиболее важным органоидом, контролирует все основные процессы в клетке и содержит генетическую информацию (ДНК). Комплекс Гольджи отвечает за синтез жиров и углеводов на мембране, митохондрии являются «энергетическими станциями» клетки, а пластиды отвечают за фотосинтез.

Немембранные органоиды, в свою очередь, не имеют своей мембраны и являются основными участниками в биосинтезе белка и движении клетки. В эту группу входят рибосомы, которые участвуют в биосинтезе белка, и клеточный центр, отвечающий за движение органоидов и деление клетки.

Также стоит отметить, что реснички и жгутики, выполняющие функцию передвижения, также являются немембранными органоидами. Эти структуры, состоящие из пучков микротрубочек, простираются над поверхностью клетки и обнаруживаются у животных, растений и бактерий.

В целом, органоиды клеток расположены в цитоплазме, которая является внутренней полужидкой средой, обеспечивающей связь между ядром и органоидами. Они играют важную роль в жизнедеятельности клеток, обеспечивая выполнение основных функций.

Функции

Строение и функции растительной клетки имеют свои особенности, которые отличают ее от клеток других царств. Главными функциями растительной клетки являются питание, рост, размножение, накопление питательных веществ и фотосинтез. Она также обладает прочной клеточной оболочкой, которая не только защищает клетку от внешних воздействий, но и определяет ее форму. Поры в оболочке обеспечивают транспорт веществ. Цитоплазма клетки содержит различные органоиды, в которых происходят биохимические процессы. Ядро с ядрышком располагается в центре или сбоку клетки и содержит наследственную информацию (хромосомы), которая передается при делении клетки. Вакуоль – это полость внутри клетки, в которой накапливаются питательные вещества и продукты ее жизнедеятельности. Особые органоиды – пластиды, обеспечивают цвет растения. В зеленых пластидах (хлоропластах) находится хлорофилл, который участвует в фотосинтезе.

Клеточная стенка

Клеточная стенка является прочной мембраной, защищающей клетки от крови и питательных веществ, подобно плазматической мембране у некоторых архей, растений, грибов, бактерий и водорослей. В отличие от животных клеток, живые организмы, которые обладают клеточной стенкой, не образуют стенки. Главная функция клеточной стенки состоит в обеспечении структурной поддержки и стабильности клетки.

Структура клеточной стенки может различаться в зависимости от типа организма. Растения, например, производят крепкие целлюлозные волокна, которые являются основным компонентом хлопка, дерева и бумаги, используемых для изготовления бумаги.

Структура клеточных стенок растений довольно сложная и состоит из трех основных секций: внешней (или средней) пластины, первичной и вторичной клеточных стенок. Большинство растительных клеток имеет только внешнюю пластину вместо первичной клеточной стенки.

Внешний слой клеточной стенки содержит среднюю пластину, которая является наружным слоем. Этот слой содержит пектины – полисахариды, которые обеспечивают прилегание клеток друг к другу, обеспечивая необходимую прочность клеточной стенке.

В живущих растительных клетках первичная клеточная стенка находится между плазматической мембраной и средней пластинкой, при этом заключая среднюю пластинку в живущих растительных клетках.

В основном состоящая из микрофибрилл целлюлозы, первичная клеточная стенка строится из гелеобразной матрицы гемицеллюлозных волокон и пектиновых полисахаридов. В свою очередь, первичная клеточная стенка способствует обеспечению жизнедеятельности клеток необходимой силой и гибкостью для роста.

Когда первичная клеточная стенка перестает расти и делиться, она может уплотняться и образовывать вторичную клеточную стенку, которая придает дополнительную поддержку и укрепление клетке. Вторичная клеточная стенка также может содержать лигнин, который усиливает ее и обеспечивает пропускную способность для воды в растительных сосудистых клетках.

Клеточная стенка выполняет ряд важных функций в организме растения. Во-первых, она служит опорой и придает форму клетке, предотвращая ее излишнее расширение. Кроме того, стенка обеспечивает механическую прочность и структуру, регулирует направление роста и помогает растениям сохранять жесткость и вертикальное положение.

Интересный факт! Интересные факты о клетках растений подтверждают таинственность окружающей нас природы. Например, клетки абаки, многолетнего тропического растения, имеют самую большую длину. Из волокон его листьев получают манильскую пеньку – жгут, используемый для плетения. Благодаря этому применению, растение получило второе название – текстильный банан.

Клетки лианы ломоноса, напротив, имеют самый большой диаметр – 0,7 миллиметров. Их можно заметить не только при помощи микроскопа, но и невооруженным глазом, если внимательно присмотреться.

Функции клеточной стенки

Клеточная стенка также играет важную роль в регуляции роста клеток. Она стимулирует их деление и рост, а также контролирует проникновение некоторых веществ внутрь клетки и удерживает другие вещества внутри.

Одной из функций клеточной стенки является обеспечение связи между клетками растения. Благодаря плазмодесмам, молекулы и сигналы могут передвигаться между клетками, обеспечивая координацию и коммуникацию в растительном организме.

Кроме того, клеточная стенка играет роль в защите клеток от вирусов, опасных веществ и микроорганизмов, а также предотвращает потерю воды. Она также служит для хранения углеводов, необходимых для роста растений, особенно в семенах.

Особенности

У растительных клеток есть некоторые особенности, которые отличают их от клеток животных и грибов. Они содержат пластиды, клеточную стенку, главным компонентом которой является целлюлоза, а также хорошо развитую систему вакуолей. Кроме того, они не образуют центриолей при делении и растут путем растяжения.

Растительные клетки имеют разнообразные формы и размеры, которые зависят от их местоположения в растении и выполняемых функций.

Окружающая нас природа полна таинственных фактов о клетках растений. Они вездесущи: в наших домах, садах, парках, лесах. Мало кто задумывается о том, насколько удивительны и сложны по своей структуре эти природные творения.