Тема 1 и 2: Растительная клетка, растительные ткани

Прокариоты и эукариоты

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки. У эукариот ядро имеет оболочку, ДНК с гистонами образуются хромосомы.

Деление прокариот происходит перегородками или перетяжками, делению эукариотической клетки предшествует деления ядра. Прокариотические клетки гаплоидные, полового процесса нет, клетки эукариот могут быть гаплоидными и диплоидными, их чередование в цикле определяет наличие полового процесса и мейоза.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки. Эукариотические клетки имеют клеточные органоиды.

По способам питания прокариот являются гетеротрофными, фото- и хемотрофными, а эукариот гетеротрофными и автотрофными. Межклеточную связь эукариот обеспечивает плазмодесма, у прокариот связи между клетками нет.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Автотрофы и гетеротрофы

По типу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы, что в переводе с греческого означает «самопитающиеся», могут строить все соединения своих клеток из углекислоты и других неорганических веществ. Источником энергии для них служит либо свет (фотоавтотрофы), либо они ее получают при окислении минеральных соединений (хемоавтотрофы). Таким образом, ни для конструктивных, ни для энергетических процессов органические субстраты автотрофам не требуются.

Гетеротрофы также могут усваивать углекислоту. Однако им необходимы органические соединения как основные источники углерода, а в большинстве случаев и субстраты для получения энергии (хемоорганогетеротрофы). Такой тип питания реализуется у человека, животных и многих микроорганизмов. Лишь для некоторых бактерий, нуждающихся в готовых органических соединениях, источником энергии является свет (фотогетеротрофы).

Среди автотрофов наиболее широко распространены организмы, использующие лучистую энергию. Они представлены высшими растениями, водорослями и рядом бактерий, способных к фотосинтезу.

2. Растительная клетка, особенности строения; основные отличия растительной клетки и животной

Клетка – основная структурная и функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система.

Основы клеточной теории (одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, сформулировали Маттиас Шлейден и Теодор Шванн):

· Клетка есть биологическая элементарная единица строения организма и может быть рассмотрена как биологическая индивидуальность низшего порядка (отдельный организм, например, простейшие).

· Клеткообразование есть универсальный принцип размножения.

· Жизнь организма может и должна быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток.

(из презентации Марбор):

· Все организмы имеют клеточное строение

· Для всех клеток характерен общий принцип строения, роста, и в целом метаболизма

· Клетки растений, животных, грибов, простейших, бактерий обладают индивидуальными особенностями

· Основные структурные элементы клетки сходны как у эупрокариот, так и у прокариот

· Клетки – это открытые живые системы, которые представляют определенный уровень жизни

Принципы структуризации клеток:

§ Компарментация – пространственное разделение и организация биохимических реакций

§ Конвеейера – концентрация ферментов, упорядоченное их расположение, определенная последовательность, ускоряет реакции и организует их сопряжение

§ Компактности – присущ всему метаболизму, который происходит в миниатюрном объеме, особенно выражен в структуре ДНК, кодирует свойства всех белков организма

§ Непрерывно поддерживается определенная концентрация ионов, отличная от их концентрации в окружающей среде

 

Растительная клетка отличается от животной клетки следующими особенностями строения:

1) Растительная клетка состоит из жесткой клеточной стенки (оболочки) и протопласта.

Протопласт – это протоплазма индивидуальной клетки. Протопласт состоит из цитоплазмы и ядра.

Клеточная стенка находится за пределами плазмалеммы (цитоплазматической мембраны) и образуется за счет деятельности органоидов клетки: эндоплазматической сети и аппарата Гольджи. Основу клеточной стенки составляет целлюлоза (клетчатка). Клетки, окруженные твердой оболочкой, могут воспринимать из окружающей среды необходимые им вещества только в растворенном состоянии. Поэтому растения питаются осмотически. Интенсивность же питания зависит от величины поверхности тела растения, соприкасающейся с окружающей средой. Поэтому у растений тело больше расчленено, чем у животных.

Существование у растений твердых клеточных оболочек обусловливает еще одну особенность растительных организмов — их неподвижность, в то время как у животных мало форм, ведущих прикрепленный образ жизни. В состав оболочки животной клетки входят органические вещества, клетка может менять свою форму.

2) У растений в клетке имеются особые органоиды — пластиды, у животной пластиды отсутствуют.

Наличие пластид связано с особенностями обмена веществ растений, их автотрофным типом питания. Различают три вида пластид: лейкопласты — бесцветные пластиды, в которых из моносахаридов и дисахаридов синтезируется крахмал (есть лейкопласты, запасающие белки или жиры); хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, где осуществляется фотосинтез; хромопласты, накапливающие пигменты из группы каротиноидов, которые придают им окраску от желтой до красной.

3) В растительной клетке имеются вакуоли, ограниченные мембраной - тонопластом.  

У растений слабо развита система выделения отбросов, поэтому вещества, ненужные клетке, накапливаются в вакуолях. Кроме того, ряд накапливаемых веществ определяют осмотические свойства клетки.

4) В растительной клетке отсутствуют центриоли (клеточный центр), у всех животных клеток есть клеточный центр.

5) Растительная клетка питается автотрофным путем, животная – гетеротрофным.

6) Форма ядра растительных клеток более правильная, геометрическая, округлая. Форма ядра животных клеток повторяет форму самой клетки.

7) Способ питания растительной клетки – осмотрофный, животной – пиноцитоз и фагоцитоз

Из всех правил есть исключения:

нет клеточных стенок у половых клеток растений, у некоторых водорослей;

у паразитических и сапротрофных растений нет пластид;

центриоли есть у некоторых водорослей.

У низших растений клетки могут представлять собой целый самостоятельный организм. Тело многоклеточных растений состоит из комплексов клеток, имеющих разные размеры, форму, внутреннее строение и выполняющие разные функции. Клетки, утратившие в процессе развития живое содержимое, могут участвовать в проведении воды и т.д. Поэтому в ботанике термин «клетка» употребляется по отношению, как к живым, так и мертвым клеткам

3. Особенности строения растительной клетки; основные компоненты протопласта – цитоплазма – биохимический состав, рибосомы, производные протопласта.

Растительная клетка состоит из жесткой клеточной оболочки и протопласта. Протопласт – это протоплазма индивидуальной клетки. Протопласт состоит из цитоплазмы и ядра. Цитоплазма состоит из основного вещества – гиалоплазмы, в которую погружены мембранные системы и органоиды.

Размеры большинства клеток покрытосеменных растений колеблются от 10т до 100 мкм. Число клеток в теле растения, как правило, очень велико, например более чем 100 млн в одном листе дерева.

По форме различают 2 основных типа клеток; паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки изодиаметричны, у прозенхимных их длина в 5-6 раз больше чем ширина. В растительной клетке при рассматривании в оптический микроскоп хорошо заметны 5 структурных элементов: 1) клеточная стенка; 2) одна крупная и несколько мелких вакуолей с клеточным соком; 3) цитоплазма расположенная между клеточной стенкой и вакуолью; 4) ядро погруженное в цитоплазму, и 5)пластиды. Клетку можно подразделить на две составляющие: а) протопласт – основа клетки, содержащая органеллы; б) клеточная стенка – производное протопласта.

Протопласт от клеточной стенки ограничен мембраной – плазмалемой.

Протопласт представляет собой многофазную коллоидную систему – гидрозоль, где дисперсной средой является на 90-95% вода, а дисперсной фазой – органические вещ-ва: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и другие.

Цитоплазма занимает большую часть растительной клетки, ядро – меньшую.

Ядро – это наиболее крупный органоид клетки и наиболее важный. Клетка, лишенная ядра, способна жить лишь короткое время. Безъядерные клетки ситовидных трубок — живые клетки, но живут они недолго. Ядро регулирует процессы жизнедеятельности клетки, а также сохраняет и передает ее наследственную информацию.

Ядро стало первой из органелл, открытых учёными-естествоиспытателями в составе клетки. Самые ранние рисунки клеток и их ядер принадлежат основоположнику научной микроскопии Антони ван Левенгуку (1633—1723), который наблюдал ядро в эритроцитах лосося.

Имеет сферическую форму, окружен двухмембранной ядерной оболочкой, имеет ядерные поры. Между мембранами образуется перинуклеарное пространство. Матрикс ядра – нуклеоплазма, в неё погружены ядерные элементы – хроматин, ядрышки, синтезируемые в ядре – перихроматиновые фибриллы, гранулы и интерхроматиновые фибриллы – РНК и ДНК.

Клетки растений обычно содержат одно ядро, у низших растений (водорослей) в клетке может быть несколько ядер. Ядро всегда лежит в цитоплазме. Форма ядра может быть различной — округлой, овальной, сильно вытянутой, неправильно-многолопастной. В некоторых клетках контуры ядра меняются в ходе его функционирования, причем на его поверхности образуются лопасти различной величины. Размеры ядер неодинаковы и в клетках разных растений, и в разных клетках одного и того же растения.

Оболочка ядра прерывается порами. Внешняя из двух мембран оболочки дает выросты, непосредственно переходящие в стенки эндоплазматической сети цитоплазмы. И поры и прямая связь эндоплазматической сети с околоядерным пространством обеспечивают тесный контакт между ядром и цитоплазмой.

Хроматин представляет собой хромосомы в деспирализованном состоянии. Хромосомы, в свою очередь, состоят их двух хроматид, соединенных перемычкой – центромерой. Основой хромосом является нить ДНК, которая несет информацию о строении белков клетки. В период деления клетки нить ДНК плотно упаковывается с помощью специфических белков – гистонов.

Ядрышко — обособленная, более уплотненная часть ядра округлой или овальной формы. Предполагается, что ядрышко является центром синтеза РНК. В частности, от его деятельности зависит образование рибосом. Ядрышко исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в телофазе митоза. Образования ядрышек и их число связаны с активностью определенных участков хромосом - ядрышковых организаторов, которые расположены большей частью в зонах вторичных перетяжек.

Нуклеоплазма— водянистая фаза ядра, в которой в растворенном виде находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур.

Цитоплазма – структурированная система клетки с органоидами, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Полупрозрачная бесцветная, тягучая жидкость. Плотность выше плотности воды 1,01 – 1,06, в воде тонет. Цитоплазма имеет щелочную реакцию среды, на 70-90% состоит из воды, 10-20% - белки, 2-3% - липиды, 1-2% углеводы, 1% - минеральные соли. Обладает высокой гидрофильностью, водопоглащающей и водоудерживающей способностью. Вещества, составляющие основу цитоплазмы, находятся в коллоидном состоянии, а дисперсной средой является вода, при необходимости коллоиды отдают воду и переходят в состояние геля.

Цитоплазма – это многофазная гетерогенная система, дисперсной средой которой является вода с растворенными в ней минеральными в ней веществами, а дисперсной средой – комплексы белковых молекул, соединенных с молекулами воды – гидрозолями.

Цитоплазма имеет плазматические оболочки:

1) плазмалемму – наружную мембрану (оболочку);

2) тонопласт – внутреннюю мембрану, соприкасающуюся с вакуолью. Между ними расположена мезоплазма – основная масса цитоплазмы.

В мезоплазму входят:

1) гиалоплазма (матрикс) – бесструктурная часть мезоплазмы;

2) эндоплазматическая сеть (ретикулум);

3) аппарат Гольджи;

4) рибосомы;

5) митохондрии (хондриосомы);

6) сферосомы;

7) лизосомы;

8) пластиды.

Цитоплазма пронизана мембранами – тончайшими пленками фосфолипидного строения. Мембраны образуют эндоплазматическую сеть – систему мелких канальцев и полостей, образующих сеть. Эндоплазматическая сеть называется шероховатой (гранулярной), если на мембранах канальцев и полостей находятся рибосомы или группы рибосом, которые выполняют синтез белка. Если эндоплазматическая сеть лишена рибосом, то называется гладкой (агранулярной). На мембранах гладкой эндоплазматической сети синтезируются липиды и углеводы.

Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и лизосомы - одномебранные органоиды клетки. Митохондрии и пластиды - двумембранные органоиды.

Аппарат Гольджи (АГ) - это комплекс плоских полых цистерн, канальцев и пузырьков. Стопку цистерн называют диктиосомами. Пузырьки Гольджи отчленяются от АГ и направляются либо в сторону плазмалеммы или в сторону вакуоли. В цистернах комплекса Гольджи происходит синтез полисахаридов и их объединение с белками, в результате чего образуются гликопротеиды. АГ участвует в образовании клеточной стенки клетки и формировании вакуоли.

Лизосомы – это мелкие пузырьки, окруженные мембраной. Они содержат гидролитические ферменты. Считается, что лизосомы участвуют в переваривании веществ, лизисе (разрушении) избыточных органелл (аутофагия) или даже целых клеток (аутолиз).

В митохондриях протекает кислородный этап дыхания. При этом происходит окисление органических веществ, а освободившаяся энергия используется для синтеза АТФ. Поэтому митохондрии еще часто называют «энергетическими станциями» клетки.

В состав основного вещества входят ферменты, участвующие в дыхании, митохондриальные рибосомы и митохондриальная ДНК. Наличие собственных рибосом и ДНК позволяет рибосомам осуществлять синтез некоторых белков независимо от ядра клетки, т.е они в определенной степени автономные структуры.

Пластиды есть лишь в растительных клетках. Пластиды высших растений бывают трех видов: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Они различаются по окраске, строению и выполняемым функциям.

Основные химические компоненты протопласта. Органические вещества клетки. Белки – биополимеры, образованные аминокислотами, составляют 40-50% сухой массы протопласта. Они участвуют в построении структуры и функциях всех органелл. В химическом отношении белки подразделяются на простые (протеины) и сложные (протеиды). Сложные белки могут образовывать комплексы с липидами – липопротеиды, с углеводами – гликопротеиды, с нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды и т.д. Белки входят в состав ферментов (энзимов), регулирующих все жизненно важные процессы.

Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – важнейшие биополимеры протопласта, содержание которых составляет 1-2 % от его массы. Это вещества хранения и передачи наследственной информации. ДНК в основном содержится в ядре, РНК – в цитоплазме и ядре. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды бывают пяти типов в зависимости от азотистого основания.

Липиды – жироподобные вещества, содержащиеся в количестве 2-3 %. Это запасные энергетические вещества, входящие также в состав клеточной стенки. Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время обильных дождей. Протопласт растительной клетки содержит простые (жирные масла) и сложные липиды (липоиды, или жироподобные вещества).

Углеводы входят в состав протопласта каждой клетки в виде простых соединений (растворимых в воде сахаров) и сложных углеводов (нерастворимых или слаборастворимых) – полисахаридов. Глюкоза – моносахарид. Особенно много его в сладких плодах, он играет роль в образовании полисахаридов, легко растворяется в воде. Фруктоза - моносахарид. Сахароза – дисахарид, или тростниковый сахар; в больших количествах содержится в сахарном тростнике и корнеплодах сахарной свеклы. Крахмал и целлюлоза – полисахариды. Крахмал – резервный энергетический полисахарид, целлюлоза – основной компонент клеточной стенки.

К производным протопласта относятся:

1) вакуоли;

2) включения;

3) клеточная стенка;

4) физиологически активные вещества: ферменты, витамины, фитогормоны и др.;

5) продукты обмена веществ.

Вакуоли – полости в протопласте – производные эндоплазматической сети. Они ограничены мембраной – тонопластом и заполнены клеточным соком. В молодых клетках содержится много мелких вакуолей, в старой клетке обычно присутствует одна крупная вакуоль. Вакуоли – места отложений конечных продуктов обмена веществ. Вакуоли формируют внутреннюю водную среду клетки, с их помощью осуществляется регуляция водно-солевого обмена. Вакуоли поддерживают тургорное гидростатическое давление внутри клеток, что способствует поддержанию формы неодревесневших частей растений – листьев, цветков. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта для воды и явлением осмоса – односторонней диффузией воды через полупроницаемую перегородку в сторону водного раствора солей большей концентрации. Нехватка воды в клетке ведет к плазмолизу, т.е. к сокращению объема вакуолей и отделению протопластов от оболочки. Плазмолиз может быть обратимым.

Включения – вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности клетки либо про запас, либо как отбросы. Включения локализуются либо в гиалоплазме и органоидах, либо в вакуоле в твердом или жидком состоянии.

Клеточная стенка – это твердое структурное образование, придающее каждой клетке форму и прочность. Она выполняет защитную роль, предохраняя клетку от деформации, противостоит высокому осмотическому давлению большой центральной вакуоли и препятствует разрыву клетки. Клеточная стенка - продукт жизнедеятельности протопласта. Первичная клеточная стенка образуется сразу после деления клеток и состоит в основном из пектиновых веществ и целлюлозы. Разрастаясь, она округляется, образуя межклетники, заполненные водой, воздухом или пектиновыми веществами. При отмирании протопласта мертвая клетка способна проводить воду и выполнять свою механическую роль.

Физиологически активные вещества растительной клетки

Ферменты – это белки – катализаторы. Они ускоряющие реакции обмена веществ. Ферменты строго специфичны и могут осуществлять катализ только одного типа реакций. К настоящему времени известно более 2000 различных ферментов. Их классифицируют на основе специфики их каталитического действия. Так, например, ферменты, расщепляющие вещества с выделением воды называются гидролазами, ферменты переноса – трансферазы и т.д. Ферменты функционируют в строго определенных условиях. Их активность зависит от температуры, рН раствора, наличия субстрата.

Витамины – органические вещества разного химического состава, присутствуют в качестве компонентов в ферментах и выполняют роль катализаторов. Витамины обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D и др. Различают водорастворимые витамины (В, С, РР, Н и др.) и жирорастворимые (А, D, Е). Водорастворимые витамины находятся в клеточном соке, а жирорастворимые – в цитоплазме. Известно более 40 витаминов.

Фитогормоны – это соединения, с помощью которых осуществляется взаимодействие клеток, тканей и органов растения. Они в малых количествах необходимы для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических процессов. Гомоны арстений относительно низкомолекулярные органические вещества. Они образуются в различных тканях и органах и действуют в очень низких концентрациях.

Типы питания

Воздушное питание состоит в усвоении зеленым растением, главным образом листьями, углекислого газа с помощью световой энергии. В процессе фотосинтеза растения усваивают углекислый газ (СО₂) и образуют органические соединения (углеводы, белки, жиры), содержащие восстановленный углерод. Для восстановления углерода они используют водород воды, при этом выделяя в атмосферу свободный (молекулярный) кислород. Источником энергии при фотосинтезе служит солнечный свет, поглощаемый хлорофиллом, который не рассеивается в виде тепла, а преобразуется в химическую энергию. Таким образом, в процессе фотосинтеза из углекислоты воздуха и воды почвы при участии солнечных лучей образуются безазотистые органические вещества (углеводы).

6СО₂ + 12Н₂О+2874 КДж =С₆Н₁₂О₆+ 6О₂.

Простые углеводы используются растением для синтеза сложных: сахарозы, крахмала и клетчатки (CH₂O)⁶ⁿ, а также белков, жиров, органических кислот и т. д.

Из воздуха растения поглощают не только углекислый газ, но и азот (бобовые культуры), а также легкорастворимые соли

При корневом питании растения поглощают корнями минеральные элементы и включают их в обмен веществ между растением и внешней средой. Поступле­ние элементов через корни, их передвижение и усвоение тесно связаны с фотосинтезом, дыханием, другими биохимическими процессами и требуют затрат энергии. При этом растения обладают избирательной способностью поглощения элементов питания.

Типы строения

Типы строения: талломный, при котором отдельные органы не выделяются и тело представляет собой зелёную пластину (некоторые мохообразные, заростки папоротников), листостебельный, при котором тело представляет собой побег с листьями (корни отсутствуют; большинство мохообразных), и корнепобеговый, когда тело делится на корневую и побеговую систему и состоит из нескольких органов. Типы талломов: монадный(жгутиковый), амебоидый(ризоподиальный), гемимонадный, коккоидный, сарциноидный, нитчатый, псевдопаренхиматозный, сифоновый.

 

Размножение

Наиболее обычная форма бесполого размножения - вегетативное размножение. При вегетативном размножении от растения отделяется относительно большая, обычно дифференцированная часть, которая развивается в самостоятельное растение. Осуществляется частями таллома, корня, стебля, листа. Оно основано на способности растений к регенерации - восстановлению целого организма из его части. У одноклеточных растений (водоросли, бактерии) вегетативное размножение происходит путем деления клетки, у колониальных и низших многоклеточных - путем расчленения таллома на части, у грибов – при помощи специализированных одноклеточных образований: хламидоспор и др. У высших растений вегетативное размножение осуществляется частями корня, стебля, листа или их видоизменениями - корневищами, клубнями, луковицами, выводковыми почками

СОБСТВЕННО БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ Осуществляется специализированными клетками - спорами или зооспорами. Споры имеют твердую стенку и распространяются ветром, зооспоры не имеют твердой стенки и передвигаются при помощи жгутиков. Они образуются внутри органов бесполого размножения - спорангиев или зооспорангиев. У низших растений - это одноклеточный орган, у высших - многоклеточный. Разнообразие спор велико. По происхождению и назначению споры подразделяют на две группы: споры (зооспоры), которые образуются путем митотического деления и способны непосредственно воспроизводить новую особь, сходную с материнской. При созревании они покидают материнский организм и обычно служат для размножения и распространения. Размножение такими спорами свойственно низшим растениям (водорослям, грибам и др.). Во вторую группу входят споры, которые не могут воспроизвести материнскую особь. Они гаплоидны (n), так как образуются в результате мейоза. Такие споры бывают у высших растений, а также у некоторых водорослей. У последних из споры вначале вырастает заросток (проталлий, протонема), на котором происходит половое размножение.

Суть полового размножения или воспроизведения состоит в формировании растением специализированных клеток - гамет (n), в попарном их слиянии (копуляция) и образовании зиготы (2n), из которой вырастает новое растение.

Гамета - эго половая клетка, ядро которой содержит гаплоидное число хромосом. Копулирующие гаметы могут различаться между собой по структуре (форме, величине, подвижности), но обязательно физиологически, то есть по полу и по наследственности. В результате слияния гамет в новом организме объединяются материнская и отцовская наследственность. Если копулирующие гаметы одинаковы по форме, величине и подвижности, их называют изогаметами, а половой процесс - изогамным. Если гаметы одинаковы по форме, но женская гамета более крупная и менее подвижная, чем мужская, их называют гетерогаметами, а половой процесс — гетерогамным. Половой процесс называют оогамным, когда женская гамета крупная, шаровидная, неподвижная (яйцеклетка), а мужская очень маленькая и подвижная (сперматозоид).

Специализация гамет служит показателем уровня эволюции. Наиболее примитивной формой полового процесса является изогамия. Гаметы формируются в специальных органах, называемых гаметаигиями: мужские - в аитеридиях, женские - у низших растений в оогониях, а у высших - в архегониях. У низших растений гаметангии, как и спорангии, одноклеточные, а у высших - многоклеточные. У некоторых групп водорослей и грибов органов полового размножения нет, хотя половой процесс осуществляется регулярно. Зигота у них образуется вследствие слияния неспециализированных клеток или члеников. Такой половой процесс называют соматогамией. Разновидность сомагогамии - гологамия, когда происходит слияние двух одноклеточных вегетативных особей без образования гамет.

5. Пластиды: происхождение, основные типы пластид у растений, функции. Субмикроскопическое строение хлоропласта

Пластиды характерны только для растительных клеток. Различают три основных типа пластид: лейкопласты — бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений, хромопласты — окрашенные пластиды обычно желтого, красного и оранжевого цветов, хлоропласты — зеленые пластиды.

Строение пластид: 1 — наружная мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — строма; 4 — тилакоид; 5 — грана; 6 — ламеллы; 7 — зерна крахмала; 8 — липидные капли.

Хлоропласты. В клетках высших растений хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы. Длина хлоропластов колеблется в пределах от 5 до 10 мкм, диаметр — от 2 до 4 мкм. Хлоропласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана (1) гладкая, внутренняя (2) имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом (4). Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной (5). В хлоропласте содержится в среднем 40–60 гран, расположенных в шахматном порядке. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами — ламеллами (6). В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл, который и обусловливает зеленый цвет хлоропластов.

 

Хлоропласты имеют зеленый цвет и встречаются во всех зеленых органах растения (листьях, стеблях, незрелых плодах). Они содержат зеленый пигмент хлорофилл, который находится в хлоропластах в нескольких формах. Кроме хлорофилла в них содержатся пигменты, относящиеся к группе к аротиноидов, в частности желтый (ксантофилл) и оранжевый (каротин), но обычно они маскируются хлорофиллом. Хлоропласты, как правило, имеют линзовидную форму и сложное строение. Снаружи они ограничены оболочкой, состоящей из двух мембран. У хлоропластов, особенно высших растений, значительно развиты внутренние мембранные поверхности, имеющие форму плоских мешочков, называемых тилакоидами (ламеллами). На их мембранах находится хлорофилл. Тилакоиды могут располагаться одиночно, но чаще собраны в стопочки – граны. Внутренняя среда(матрикс) пластид называется стромой. В строме хлоропластов всегда встречаются пластоглобулы – включения жирных масел, в которых растворены каротиноиды, а также рибосомы, светлые зоны с нитями ДНК, а в некоторых случаях – крахмальные зерна, белковые кристаллы. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Кроме того, в них, как и в митохондриях, происходит процесс образования АТФ из АДФ, который называется фотофосфорилированием. Хлоропласты способны также к синтезу и разрушению полисахаридов (крахмала), некоторых липидов, аминокислот, собственного белка.

Хлоропласты низших растений называют хроматофорами.

 Полагают, что хлоропласты произошли от древних эндосимбиотических цианобактерий (теория симбиогенеза). Основанием для такого предположения является сходство хлоропластов и современных бактерий по ряду признаков

Лейкопласты – бесцветные мелкие пластиды, встречающиеся в запасающих органах растений (клубнях, корневищах, семенах и т. д.). Для лейкопластов характерно слабое развитие внутренней системы мембран, представленной одиночными тилакоидами, иногда трубочками и пузырьками. Остальные компоненты лейкопластов (оболочка, строма, рибосомы, пластоглобулы) сходны с описанными для хлоропластов. Основная функция лейкопластов – синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков. Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами, белок – протеопластами, жирные масла – олеопластами.

 Пластиды, окрашенные в желтый, оранжевый, красный цвета, носят название хромопластов. Их можно встретить в лепестках (лютик, одуванчик, тюльпан), корнеплодах (морковь), зрелых плодах (томат, роза, рябина, хурма) и осенних листьях. Яркий цвет хромопластов обусловлен наличием каротиноидов, растворенных в пластоглобулах. Внутренняя система мембран в данном типе пластид, как правило, отсутствует. Хромопласты имеют косвенное биологическое значение: яркая окраска лепестков и плодов привлекает опылителей и распространителей плодов.

6. Ядро – строение, функции, типы деления ядер у прокариотов и эукариотов

Ядро – обязательный клеточный органоид. Это место хранения и воспроизведения наследственной информации. Ядро также служит центром управления обменом веществ и почти всех процессов, происходящих в клетке. Чаще всего в клетках имеется лишь одно ядро, редко — два или несколько. Форма его чаще все­го шаровидная или эллипсоидаль­ная. Размер от 1 мкм до 1 мм.

В молодых, особенно меристематических, клетках оно занимает центральное положение, но позднее обычно смещается к оболочке, от­тесняемое растущей вакуолью.

Ядро отграничено от цитоплазмы двумя мембранами. Между мембранами образуется перинуклеарное пространство(20-50нм). В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая. Ядерные мембраны являются частью мембранной системы клетки: выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов.

Содержимое интерфазного (неделящегося) ядра составляют нуклеоплазма и погруженные в нее оформленные элементы – ядрышки и хроматин.

Нуклеоплазма (ядерный сок, кариооплазма) — внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.

Ядрышко представляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и варьирует от 1 до 7 и более. Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают. Ядрышко образуется на определенных участках хромосом, где находятся ряд генов кодирующих рибосомную РНК

Хроматин содержит почти всю ДНК ядра. В интерфазном ядре он имеет вид длинных тонких нитей, представляющих собой двойную спираль ДНК, закрученную в виде рыхлых спиралей более высокого порядка (суперспиралей). ДНК связана с белками-гистонами, располагающимися подобно бусинкам на ее нити. Хроматин, будучи местом синтеза различных РНК представляет собой особое состояние хромосом, выявляющихся при делении ядра

  Хроматин — форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.

Функции ядра:

Реализует генетическую наследственную информациию

Управляет белковым синтезом

Управляет морфологическими и физиологическими процессами в клетке, через белковый синтез

Осуществляет ядерно-цитоплазмотическое взаимодействие

Ядерный аппарат прокариот называют нуклеоидом.

Нуклеоид — не ограниченный мембранами участок цитоплазмы, в котором расположена кольцевая молекула ДНК — «бактериальная хромосома», где хранится весь генетический материал клетки. нуклеоид состоит в основном из ДНК (примерно 60 %), а также содержит РНК и белки.

Особенности генетического аппарат прокариот:

1) ядра бактерий не имеют ядерной оболочки и ДНК находится в контакте с цитоплазмой;

2) нет разделения на хромосомы и нить ДНК называется бактериальной хромосомой;

3) отсутствует митоз и мейоз.

Митоз

Митоз — тип деления клеток, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке.

Стадии митоза. Митоз состоит из четырех стадий (рис. 5.2).

· 1. Профаза — хромосомы спирализуются, центриоли (у животных клеток) расходятся к полюсам клетки, распадается ядерная оболочка, исчезают ядрышки и начинает формироваться веретено деления.

· 2. Метафаза — хромосомы, состоящие из двух хроматид, прикрепляются своими центромерами к нитям веретена деления. При этом все они располагаются в экваториальной плоскости. Эта структура называется метафазной пластинкой.

· 3. Анафаза — центромеры делятся и нити в