Основні властивості цитоплазми

) на клетку чешуи лука. Своєрідну форму плазмолізу можна викликати дією розчину роданистого калію (KCNS) на клітину луски цибулі. проникают в клетку и вызывают набухание мезоплазмы, внутрь вакуоли они не проникают. Аніони CNS проникають у клітину і викликають набухання мезоплазми, всередину вакуолі вони не проникають. Мезоплазма при цьому стає добре помітною у вигляді ковпачків на полюсах плазмолізірованного протопласта. Звідси даний тип плазмолізу отримав назву колпачковой плазмолізу.

Колпачковой плазмоліз виявляє перший тип проникності цитоплазми, коли проникло речовина зв'язується самої цитоплазмою і не надходить до вакуоль.

Інший тип проникності цитоплазми пов'язаний з проникненням речовини в вакуоль. Далеко не всі розчини викликають довго триває плазмоліз. Якщо плазмолізіровать протопласт клітини розчином сечовини або гліцерину, то спочатку спостерігається плазмоліз. Потім плазмоліз порівняно швидко закінчується. Сечовина і гліцерин швидко проникають всередину вакуолі, збільшують концентрацію клітинного соку, який починає поглинати воду з навколишнього розчину. При цьому цитоплазма знову підходить до стінок клітини. Це явище отримало назву деплазмоліза, і такий плазмоліз називається тимчасовим.

Колпачковой плазмоліз в розчині роданистого калію

Проникнення речовини в вакуолі клітини можна спостерігати на прикладі дії барвника метиленового синього (водний розчин 1:5000) на яке-небудь водна рослина, наприклад Елоді. Барвник нагромаджується всередині вакуоль, і часто-густо в них навіть утворюється осад з барвника, пов'язаного з дубильними речовинами вакуоль.

Проникність цитоплазми пов'язана з активною життєдіяльністю (диханням) рослини. Надходження речовин (солей або, вірніше, їх катіонів та аніонів) в цитоплазму йде за рахунок обміну їх на іони, що виходять з клітини. Це відбувається таким чином, що утворені в процесі дихання Н ⁺ і НСОЗ (іони вугільної кислоти) виділяються в навколишній розчин, а на їхнє місце в цитоплазму надходять іони калію і натрію замість іонів водню, а на місце іона НСОЗ-відповідні аніони.

Не завжди речовини проникають в цитоплазму за рахунок її активної життєдіяльності. Справа в тому, що поверхневі шари цитоплазми багаті ліпідами, які не утворюють суцільної плівки на поверхні цитоплазми, а чергуються з молекулами білків або вкраплені в білковий остов поверхневих шарів, тобто на поверхні цитоплазми утворюється своєрідна мозаїка з ділянок білків і ліпідів. Розчинні в ліпідах речовини (спирт, ефір, хлороформ та ін) дуже легко проникають в цитоплазму.

Вода і солі, нерозчинні у ліпідах, проникають в цитоплазму через білкові шари.

Проникність цитоплазми не залишається постійною протягом життя рослини, а змінюється з віком, а також збільшується при підвищенні температури та інтенсивності освітлення.

Рух цитоплазми. Одним з характерних властивостей цитоплазми є її здатність до руху. Рух цитоплазми і знаходяться в ній включень відбувається як у постенная шарі, так і в тяжах, пов'язують ядро з цитоплазмою.

Швидкість переміщення цитоплазми в епідермісі луски цибулі становить приблизно 5-7 м / с. На швидкість руху Цитоплазми впливають температура, світло та інші фактори. В одному з дослідів рух цитоплазми в клітинах водного рослини валліснеріі починалося при температурі 1,25 ° С, йшло з найбільшою інтенсивністю при 38,5 ° С і зупинялося при 45 ° С.

Рух цитоплазми відіграє велику роль у життєдіяльності рослинного організму, сприяючи переміщенню речовин з однієї клітини в іншу.

В'язкість - одна з найважливіших властивостей цитоплазми. Вона дуже сильно коливається залежно від виду рослини, а також від фаз його розвитку. У деяких рослин в'язкість цитоплазми трохи перевищує в'язкість води, а в інших сягає в'язкості гліцерину, що перевершує в цьому відношенні воду в 87 разів. В'язкість цитоплазми тісно пов'язана з обміном речовин: чим вище в'язкість, тим зазвичай менш інтенсивний обмін. У дозрілих насіння цитоплазма переходить в драглисте стан - гель. Висока в'язкість цитоплазми сприяє збільшенню стійкості рослин до підвищеної температури.

Порівняльне визначення в'язкості цитоплазми виробляють за часом переходу увігнутого плазмолізу в опуклий.

Наскільки тісно пов'язана в'язкість цитоплазми з температурою коагуляції білків, видно на прикладі озимої жита. В'язкість цитоплазми в різних органах жита неоднакова. У тих органах, де вона вище, білки цитоплазми згортаються при більш високій температурі.

Органели клітини

Крім цитоплазми, у світловому мікроскопі можна спостерігати й інші складові частини, що отримали назву органоїдів клітини. До них відносяться ядро, пластиди, мітохондрії.

Крупні органоїди (ядро, пластиди) добре видно в світловому мікроскопі, інші органоїди (мітохондрії, рибосоми) і структурні елементи цитоплазми (апарат Гольджі, ендоплазматична мережа) лише в електронному мікроскопі.

Ядро є обов'язковою складовою частиною будь-якої рослинної і тваринної клітини. Воно має звичайно округлу або злегка витягнуту форму. Абсолютні розміри ядра не перевищують 7-8 мкм. Ядро складається з ядерної плазми (кариоплазма), ядерця, ядерної оболонки, відмежовує ядро від навколишнього цитоплазми. Кариоплазма містить тверду частину - хроматин і рідку - ядерний сік. Хроматин - це складне утворення, до складу якого входять нуклеопротеїди, тобто сполуки білків з нуклеїновими кислотами. У ядрі міститься дезоксирибонуклеїнова кислота, ДНК, а в ядерце - рибонуклеїнова кислота - РНК.

Лейкопласти в епідермісі листя традесканції: 1 - лейкопласти; 2-ядро, 3 - оболонка

Ядро грає величезну роль у житті клітин. При діленні клітин (мітозі) з хроматину ядра утворюються хромосоми, які є носіями спадковості. Число хромосом суворо визначено для кожного окремого виду рослин і тварин. Ядро має велике значення і в неделящейся клітці. Про роль ядра можна судити по вивченню фізіології без'ядерних клітин. У 1890 р. І.І. Герасимов, діючи на що ділиться клітку водорості спірогіри низькою температурою, або ефіром, отримував без'ядерні клітини і клітини, що містять подвійне кількість ядерної речовини. Без'ядерні клітини хоча і продовжували деякий час жити, але переставали рости, обмін речовин у них йшов ненормально. Утворився в процесі фотосинтезу крохмаль не зазнавав подальших перетворень, і клітини їм переповнювалися.

Відокремлена від ядра цитоплазма порівняно швидко гине через порушення обміну речовин. Ізольоване від цитоплазми ядро також не може існувати. Життєздатними є тільки клітини, що містять цитоплазму і ядро. Пластиди. Пластиду називаються особливі органели в клітці. До них відносять безбарвні лейкопласти, зелені хлоропласти і помаранчеві хромопласти. Всі види пластид можуть виникати з безбарвних пропластид. Забарвлення пластид обумовлена ​​особливими пігментами (барвниками): у хлоропластах - зеленим хлорофілі м, а в хромопластів - помаранчевим каротином.

Лейкопласти маються на бульбах і кореневищах рослин, де вони утворюють запасний крохмаль. Крім того, вони зустрічаються в епідермісі листя деяких рослин, наприклад у листі традесканції. Роль їх в епідермісі пов'язана з тим, що вони містять ряд ферментів і сприяють ферментативної діяльності клітин.

Відомо, що вирощені в темряві рослини бувають блідо-жовтого кольору.

Хлоропласти в листках лехаленіума

Хромопласти пелюсток настурції

Хлоропласти зустрічаються в пелюстках, плодах і деяких коренях (морква). Можуть виникати з пропластид і з хлоропластів. Плоди багатьох рослин бувають спочатку зеленими - містять хлоропласти (томати, горобина, шипшина), потім вони червоніють, так як у них руйнується - хлорофіл і залишається оранжевий пігмент каротин. У хлоропластах також є каротин, але він маскується зеленим пігментом хлорофілом. Хромопласти часто мають игольчатую або неправильну форму, так як каротиноїди в них кристалізуються.

Крім пластид, в клітках є і інші органели - мітохондрії, розміром близько 1 мкм, які відіграють велику роль у диханні рослин.

Субмікроскопічних БУДОВА КЛІТИНИ

Електронний мікроскоп і основні принципи його роботи.

Створення і застосування світлового мікроскопа сприяло розвитку ряду біологічних наук - цитології, гістології, мікробіології, успіхи яких призвели до великих практичних результатів в області медицини, сільського господарства та ряду галузей промисловості.

Проте вже до кінця XIX ст. з'ясувалося, що можливості світлового мікроскопа обмежені. Частинки дрібніше 0,2 мкм у світловому мікроскопі вже невиразні. Вони лежать нижче роздільної способнорті мікроскопа, тобто здатності розрізняти дві окремі точки.

Розвиток фізики електронних явищ дало можливість використовувати для мікроскопа електронні випромінювання. На зміну скляним лінзам прийшли "електронні лінзи" - електромагнітні поля, здатні фокусувати і заломлювати електронний пучок.

У сорокових роках XX ст. почали виготовлятись перші електронні мікроскопи. Роздільна здатність найкращих з них складає в даний час близько 10 ^-8 - 2-10 ^-8 см, причому збільшення досягає 1 000 000 разів.

Будова клітини під електронним мікроскопом. Вивчення ультратонких зрізів клітин привело до відкриття, що всі структурні елементи цитоплазми клітини та клітинні органели мають мембранне будову. Електронний мікроскоп допоміг побачити тонка будова клітин рослин і тварин. Цитоплазма складається з матриксу (основи) і ув'язнених у неї органел (хлоропласти, мітохондрії, апарат Гольджі та ін), а також мембран. На поверхні цитоплазми є мембрани - плазмалемма а на поверхні вакуолі - тонопласт. Мембрани клітини складаються з ліпідів і білків. Таким чином, будова мембрани має мозаїчний характер.

Ендоплазматична мережа складається з довгих канальців, які пронизують цитоплазму; представляє собою вирости подвійний ядерної мембрани. Ендоплазматична мережа утворює в цитоплазмі безперервну систему, що обмежує порожнини, по яких переміщаються речовини між ядром і цитоплазмою. Ендоплазматична мережа збільшує поверхню цитоплазми і, як би ізолюючи її на окремі ділянки, сприяє протіканню різноманітних процесів в [різних частинах клітини.

Апарат Гольджі - структурний елемент цитоплазми клітини, названий на честь італійського вченого, який вперше описав це освіта. Довгий час вважали, що апарат Гольджі є тільки в тваринних клітинах. Надалі він був виявлений і в рослинних клітинах.

Апарат Гольджі складається з системи мембран, згрупованих в стопки. По кінцях мембран спостерігаються здуття, які отшнуровиваются від них у вигляді бульбашок, здатних перетворюватися на вакуолі або цистерни.

Ядро. Вивчення ядра в електронному мікроскопі показало, 100% то воно оточене оболонкою, що складається з двох мембран - внутрішньої і зовнішньої. Припускають, що зовнішня мембрана є продовженням мембран, складових ендоплазматичну мережа цитоплазми. У ядерній оболонці є пори (до двохсот), через які відбувається обмін між речовинами ядра і цитоплазми. Ядро складається з округлих гранул, утворених ДНК і РНК в поєднанні з білків і. Крім того, в ядрі є одне або кілька ядерець, що містять в основному рибонуклеїнової кислоти (РНК).

Хлоропласти. Хлоропласт відділений від цитоплазми оболонкою. Усередині хлоропласта розташовані пачки мембран, що пари, з'єднані кінцями. У результаті цього утворюється замкнене диск. Пачки дисків, розташованих у певному порядку утворюють грани ^ хлоропластів. У більшості рослин мембрана грани переводить в більш тонку мембрану строми. Строма є основною речовиною хлоропласта і заповнює об'єм, не знятий мембранної системою.

У стромі знаходяться крапельки жиру, крохмальні зерна, гранулярні речовину, що містить ферменти. Вважається, що мембрана хлоропласта (товщина близько 70-10 ^-8 см) складається з двох шарів ліпідів, що є між двома тонкими шарами білка. Хлорофіл утворює мономолекулярний шар по всій поверхні диска.

Мітохондрії. Електронномікроскопічно вивчення мітохондрій в клітинах показало, що вони вдягнені поверхневою мембраною, під якою знаходиться безліч внутрішніх мембран, розташованих паралельно один одному. Всі мембрани, як ми вже знаємо, складаються з декількох шарів. Товщина шарів і відстань між ними досить постійні. Між мембранами знаходиться внутрішній простір мітохондрій, величина його різна у мітохондрій різних клітин.

Мітохондрії рухливі і можуть переміщатися у клітині за рахунок власного руху. Проте здебільшого вони пересуваються струмом рухається цитоплазми. На світлі мітохондрії рухаються до хлоропластам, а в темряві - до стінок клітини.

Мітохондрії складаються на 30-40% (суху речовину) з білків, на 25-38% з ліпідів. У них міститься від 1 до 6% рибонуклеїнової кислоти.

Велику роль в утворенні мітохондрії відіграють іони кальцію. При нестачі солей кальцію в рослині число мітохондрій зменшується.

Мембрани мітохондрій містять постійний набір ферментів, які беруть участь у процесах окислення та накопичення енергії при диханні. Мітохондрії можуть здійснювати синтез близьких до білків речовин - пептидів, мабуть, беруть участь у жировому обміні, а також в поглинанні солей і води. Під впливом високої температури мітохондрії набухають і втрачають свою структуру.

Рибосоми на відміну від пластид і мітохондрій представляють собою не мікроскопічні, а субмікроскопічні органоїди розміром від 200-10 ^-8 -280-10 ^-8 см.

Рибосоми складаються з білків (55%), фосфоліпідів (4%) і рибонуклеїнової кислоти (40% від сухої речовини). Вони містять 65% усієї рибонуклеїнової кислоти клітин.

Рибосоми утворюються в ядрі, вірніше, в ядерце, 'де відбувається їх складання з окремих дрібніших частинок. Рибосоми містяться в цитоплазмі і хлоропластах. Особливу добре вони помітні в клітинах, інтенсивно синтезують білок, так як основна їх функція - синтез білка.

Лізосоми. Круглі бульбашки, які здійснюють внутрішнє перетравлювання речовин. Містять ряд ферментів, відокремлені мембраною від цитоплазми.

Пероксисоми. Дрібні бульбашки. У них відбувається фотодихання.

Мікротрубочки. Розташовуються в зовнішньому шарі цитоплазми. Складаються з білка тубуліну. Входять до складу веретена при діленні клітин (мітозі).

СПАДКОВА ІНФОРМАЦІЯ ТА РЕГУЛЮВАННЯ У РОСЛИН

Основна властивість утворювати один і той же вид при розвитку рослини з відтворюючої клітини, тобто властивість спадковості, укладено в ядрі і пов'язане з ДНК.

Велике значення в регуляції функцій організму відіграє цитоплазматична зв'язок між клітинами. Вони з'єднані цитоплазматичними нитками - плазмодесми, об'єднуючими клітини як би в єдине ціле. Вперше плазмодесми були виявлені проф. Горожанкін.

Дуже важливу роль відіграє гормональна регуляція фізіологічних функцій. У рослинах утворюються такі гормони: ауксини, гібереліни, цитокініни, Абсцизова кислота і етилен. Про значення кожного з цих гормонів йтиметься нижче.

Світлова регулювання здійснюється довжиною дня, тривалість якого впливає на розвиток рослин. Рослини поділяються на рослини короткого дня, що зацвітають лише при вкороченні довжини дня восени, рослини довгого дня, що зацвітають лише при довжині дня більше 12 годин, і нейтральні рослини, зацвітають як на короткому, так і на довгому дні. Нарешті, регулювання світлом може здійснюватися за допомогою спеціальної речовини - фітохрома. Фітохром має дві форми: активну і неактивну. Активна форма гальмує зростання, неактивна форма дає симптоми етіоляціі. За своєю природою фітохром близький до пигментам синьо-зелених і червоних водоростей фікоціану і фікоеритрину. Освітлення червоним світлом із довжиною хвилі 660 нм переводить фітохром в активну форму, а більш довгохвильовий червоне світло призводить фітохром вже у неактивний стан.

Такі в дуже коротких рисах основи регуляції окремих функцій рослин.

Як ми вже знаємо, білкові речовини, що складають основу живих організмів, побудовані з амінокислот. В організмах є понад 20 амінокислот. Ці 20 амінокислот можуть складатися різним чином і утворювати різноманітні білки, які виконують ту чи іншу функцію в організмі. Число комбінацій складання амінокислот майже безмежно, і це визначає специфічність окремих білків. План побудови білка з амінокислот закладено, або, як кажуть, "закодований", в молекулі ДНК, що знаходиться в ядрі.

Нуклеїнові кислоти ДНК і РНК складаються із трьох структурних елементів: азотистих основ, цукру і фосфорної кислоти. З'єднуючись, ці речовини утворюють нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти є продукти полімеризації (ущільнення) великого числа нуклеотидів.

Полімерами називають речовини, молекули яких складаються з однакових, періодично повторюваних груп атомів. Наприклад, поліетилен має будову: (-СНД-СНД) _{л-СНД-СНД-ДНК} - складний полімер з молекулярною масою від 4 до 10 млн. Вона складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, утворених великим числом з'єднаних між собою нуклеотидів. До складу ДНК входить цукор дезоксирибоза (С5Н10О4). ДНК дуже чутлива до дії кислот і при гідролізі в молекулярному розчині соляної кислоти при 60 ° С через кілька хвилин розпадається на нуклеотиди.

Схема молекули ДНК

-рибозу (С5Н10О5). РНК распадается на нуклеотиды под влиянием щелочей. РНК на відміну від ДНК складається з одного ланцюга полінуклеотидів і замість дезоксирибози містить d-рибозу (С5Н10О5). РНК розпадається на нуклеотиди під впливом лугів. т ДНК сведения о порядке сложения аминокислот в различные белки. У ядрі при безпосередній участі ДНК утворюється РНК, яка містить отримані o т ДНК відомості про порядок складання амінокислот у різні білки. Ця РНК носить назву інформаційної чи посередника. На кожну нитку інформаційної РНК сідає по кілька рибосом. Цей ланцюжок рибосом називається полисомой. У полісомах відбувається синтез білка за участю міститься в рибосомах рибосомальної РНК. Окремі рибосоми рухаються по нитці РНК, зчитують закладену в ній інформацію (відомості), отриману в ядрі від ДНК і укладають амінокислоти в поліпептидні ланцюги. Амінокислоти, що утворилися в процесі обміну речовин, під водяться до полісомах особливої, теж утворилася спочатку в ядрі РНК-переносником або транспортної РНК названої так тому, що вона переносить активування відповідними ферментами амінокислоти на рибосоми. Таких різних РНК-переносників мається приблизно 20 за кількістю амінокислот, з яких будуються білки.

Таким чином, у синтезі білка в рослинах беруть участь різні РНК: рибосомальная РНК, інформаційна РНК передає порядок укладання амінокислот у поліпептидних ланцюга, і транспортна РНК, яка доставляє активовані відповідними ферментами амінокислоти до полісі мам. Така схема синтезу білків у рослині.

Кожна клітина організму містить повний набір інформації про будову всіх білків, які вона може синтезувати. Тому з маленького шматочка листа багатьох рослин, наприклад бегонії, може розвинутися цілу рослину мул навіть із однієї клітини (в культурі тканин, див. нижче) може розвинутися цілий організм. Із іншого боку, тільки з ядра або тільки з цитоплазми новий організм не утворюється, тому що увесь процес утворення білків відбувається тільки в цілісній клітці, що складається з ядра і цитоплазми.

Схема біосинтезу білка в клітині