Растительная клетка как универсальная биологическая система.

Клетка – элементарная функциональная и структурная единица живого организма. Мельчайшие живые организмы состоят из одной клетки (водоросли, бактерии), а самые крупные – из миллиардов клеток.

Основные положения клеточной теории:

1. Все живые организмы состоят из клеток.

2. Клетка - самостоятельный организм, мельчайшая частица жизни.

3. Клетка способна к самовоспроизведению.

Особенности строения прокариотов (бактерии, водоросли):

1. Отсутствует ядро; генетический аппарат представлен кольцевой молекулой ДНК;

2. Отсутствуют митохондрии;

3. Слабо развиты мембранные структуры.

Особенности строения эукариотов (высшие растения, животные):

1. Ядро окружено мембраной.

2. Развита мембранная сеть.

3. Присутствует митохондрии и другие органоиды.

Особенности строения растительной клетки:

1. Имеется клеточная оболочка.

2. Протопласт (клетка без оболочки) содержит клеточную мембрану, ядро и цитоплазму.

3. Цитоплазма содержит органоиды – рибосомы, митохондрии, пластиды и др.

4. Хорошо развиты мембранные структуры.

5. Присутствует центральная вакуоль с клеточным соком.

Строение растительной клетки.

Физиологические процессы в клетке.

Клетка – мельчайшая частица жизни, имеющая определенный тип обмена самостоятельный энергетический цикл, способность к саморегуляции, саморазвитию и самовоспроизведению. Клетка – это открытая термодинамическая система, существующая при выполнении трех условий: 1) потока веществ извне, 2) потока энергии (солнца), 3) потока информации из окружающей среды.

Все функции зеленого растения (рост, развитие, размножение, фотосинтез, фотосинтез, питание) обуславливаются процессами, происходящими в клетке. Каждая клеточная субъединица отвечает за определенную функцию: мембраны - за поглощение и выделение веществ, ядро – за размножение, пластиды – за фотосинтез, митохондрии – за дыхание и т. д.

Химический и биохимический состав клетки.

В состав растительной клетки входит 80 химических элементов. Преобладают оргногены: углерод – 45%, кислород – 42%, водород – 6, 5%, азот -1, 5%. Это основные элементы, из них строятся органические соединения, так как они образуют прочные ковалентные связи, а углерод, кислород и азот – двойные связи. В растительной клетке содержатся:

1.Макроэлементы – все органогены и фосфор, сера, калий, магний, натрий. Они выполняют структурную роль (образуют клеточные структуры), магний входит в состав хлорофилла, а также – регуляторную (регулируют проницаемость мембран) – калий, натрий, водород.

2.Микроэлементы – цинк, бор, медь, железо, кобальт, марганец, никель. Входят в состав ферментов, регулируют фотосинтез, дыхание, рост.

3.Ультрамикроэлементы – золото, платина, серебро, радиоактивные элементы. Функция неизвестна.

Из этих элементов образуются аминокислоты, сахара, жирные кислоты, из них – полимеры (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты), из них органеллы клетки и мембраны. В клетках есть также витамины, ферменты, фитогормоны и многие другие вещества.

Химический состав, свойства и роль цитоплазмы клетки.

Под клеточной стенкой находится цитоплазма – рабочий аппарат и внутренняя среда клетки. Цитоплазма имеет со стороны клеточной стенки наружную мембрану (плазмолемму) и со стороны вакуоли – внутреннюю мембрану (тонопласт). Цитоплазма состоит на 80% из воды и белков, липидов, немного углеводов.

Свойства цитоплазмы:

1) Коллоидная система. Обладает сильным светорассеиванием, малой скоростью диффузии, способна гидратировать (образовывать гидратные=водные оболочки) белковые молекулы.

2) Обладает электрическим зарядом, определяемым зарядом белковых молекул.

3) Обладает вязкостью – способностью сопротивляться перемещению одних частиц относительно других.

4) Обладает эластичностью – способность восстанавливать свою форму после деформации.

Биологические мембраны клетки, их строение и функции.

Мембраны – ультратонкие структуры, состоящие из белков и липидов, расположенные на поверхности клетки или ее органелл, оделяющие клетку от внешней среды.

Строение клеточной мембраны

Виды клеточных мембран:

1) плазмолемма – наружная мембрана клетки,

2) комплекс мембран ЭПС (эндоплазматической сети),

3) митохондриальные мембраны,

4) мембраны аппарата Гольджи,

4) мембраны хлопластов,

5) ядерные мембраны,

6) тонопласт – мембрана вакуоли.

Функции биологических мембран клетки:

1) Барьерные – отдляют клетку от окружающей среды,

2) Транспортные – активный (с затратой энергии) и пассивный (без затраты энергии) перенос веществ через мембраны,

3) Осмотические – осуществляют турго, поддерживающий форму растений, способствуют всасыванию воды из почвы и транспорта растворенных в ней веществ,

4) Рецепторно-регуляторные – имеют хемо- и фоторецепторы, чувствительные к химическим и физическим факторам внешней среды,

5) Структурные – способствуют поддержанию структуры молекул и их взаимодействию,

6) Аккумуляция и трансформация энергии – энергия солнечного света запасается в молекулах АТФ и НАДФ,

7) Биосинтетические – на их поверхности идет синтез белка,

8) Защитные – препятствуют проникновению инфекции в клетку.

Строение биологических мембран.

1) Жидкостно-мозаичная модель. Основ этой мембраны составляет двойной слой фосфолипидов, который сверху и снизу окружен слоями белковых молекул.

2) Жидкостно-мозаичная модель. Белковые молекулы (интегральные белки) плавают в жидком билипидном слое, образуя мозаику.

Строение и функции клеточного ядра.

Одна из главных клеточных структур. Ядро окружено двумя мембранами, образующими ядерную оболочку, в которой имеются поры. В ядре находится нуклеоплазма=кариоплазма, ядрышки (состоят из белка и 5% РНК), глыбки хроматина (гетерохроматин+эухроматин), состоящего из ДНК, РНК и белка. Во время деления клетки глыбки хроматина преобразуются в хромосомы, число которых постоянно для каждого вида. На поверхности ядра находятся рибосомы.

Функции ядра:

1) Определяет синтез белков и других молекул,

2) Хранит генетическую информацию и передает ее дочерним клетками во время деления.

Пластиды клетки, их строение и функции.

Пластиды образуются из пропластид и дают начало хлоропластам, хромопластам и лейкопластам. Способны переходить друг в друга. Размножаются делением надвое как бактерии.

Строение и химический состав пластид.

Окружены двойной мембраной, внутри имеется матрикс и мембранные структуры. Состоят из воды, белков, липидов, ДНК, РНК, рибосом, пигментов, простых углеводов, крахмала.

1. Хлоропласты.

Строение хлоропластов: имеют двойную мембрану снаружи и жидкую строму внутри. В строме находятся тилакоиды – плоские закрытие мешочки. Несколько тилакоидов вместе образуют грану. В мембраны тилакоидов встроены пигменты хлорофиллы а и в (зеленые), каротиноиды (оранжевые).

В состав хлоропластов также входят различные ферменты, участвующие в фотосинтезе, собственная ДНК, сахара, АТФ, НАДФ.

Основная функция хлоропластов – осуществление фотосинтеза. Участвуют в синтезе аминокислот и жирных кислот. Имеют биохимическую и генетическую автономность.

2. Хромопласты.

Пигментированные пластиды, не содержат хлорофилла, но имеют каротиноиды, которые придают цветам и листьям желтую, оранжевую, красную окраску. Образуются из хлоропластов (при созревании фруктов).

3. Лейкопласты.

Непигментированные пластиды, сходны с пропластидами. Участвуют во вторичном синтезе крахмала в клетках.В них откладываются запасные вещества: запасается крахмал – амилопласты, запасаются жиры – элайопласты, запасаются белки – протеинопласты.

Митохондрии клетки и их функции.

Мелкие тельца гантелевидной формы, окруженные двойной мембраной, наружная – гладкая, внутренняя образует кристы (гребни), на которых располагаются ферменты. Внутри находится матрикс.

Митохондрии состоят из белка, липидов, фосфолипидов, ДНК, РНК, окислительных ферментов.

Функции митохондрий:

1. Осуществляют окислительные реакции, являющиеся источником электронов

2. Переносят электроны по цепи компонентов, синтезирующих АТФ,

3. Катализируют реакции с использованием энергии АТФ,

4. Регулируют биохимические процессы в цитоплазме.

Основная функция – осуществляют дыхание и обеспечивают энергетические потребности клетки.

Рибосомы их функции.

Очень мелкие органоиды, состоящие из двух субъединиц. Cинтезируются в ядрышке ядра. В клетке размещаются в цитоплазме, на поверхности ядра и ЭПС. Имеют две субчастицы – малую и большую. Состоят из белка и РНК. Несколько рибосом, соединенных вместе, образуют полирибосому или полисому.

Основная функция рибосом – с их помощью осуществляется синтез белка в клетке.

Строение рибосомы (1) и полисомы (2).

1

2

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) и ее функции.

ЭПС – сложная трехмерная мембранная система каналов, пузырьков и цисцерн. Если содержит на поверхности рибосомы – шероховатая ЭПС, если нет – гладкая ЭПС.

Основные функции ЭПС:

1) Объединяет части клетки в единое целое,

2) Выполняет транспортную функцию,

3) Выполняет структурную функцию,

4) Синтез клеточных мембран.

Аппарат Гольджи (АГ) и его функции.

Представлен диктиосомами – цисцерны (плоские дисковидные пузырьки), везикулами (круглые секреторные пузырьки на секреторном полюсе АГ), межцисцерными образованиями.

Функции АГ – основная – секреторная – в диктиосомах АГ образуются гликопротеины и гликолипиды, которые попадая в везикулы, транспортируются к клеточной стенке.

Вакуолярная система клетки.

Это органоид растительной клетки, окружена мембраной (тонопласт). В состав вакуолярного сока входят: вода, минеральные соли, органические кислоты, углеводы, аминокислоты, белки, фенолы, ферменты.

Основные функции вакуолярной системы:

1) Служит местом запасания веществ (сахаров, белков и др.),

2) Поддерживает гомеостаз клетки - отделяет воду от цитоплазмы клетки,

3) Способствует открыванию и закрыванию устьиц,

4) Защищает растения от избытка солей на засоленных почвах,

5) Участвует в разрушении макромолекул.

Лизосомы.

Представляют собой пузырьки, отделенные мембраной, содержащие ферменты гидролазы. Могут переваривать остатки мембран и макропродукты, поступившие в клетку при пиноцитозе.

Микротельца.

Мелкие округлые тельца. Виды:

1) Пероксисомы участвуют в фотодыхании и фотосинтезе,

2) Глиоксисомы участвуют в прорастании семян,

3) Транслосомы осуществляю транспорт продуктов метаболизма из цитоплазмы в вакуоль.

Микротрубочки и микрофиламенты (цитоскелет).

1) Тонкие цилиндрические структуры цитоплазмы, состоящие из белка тубулина. Участвуют в образовании клеточной стенки.

2) Состоят из сократительного белка актина, участвуют в пространственной организации метаболитических процессов.

Клеточная стенка и ее функции.

Клеточная стенка – плотная полисахаридная оболочка, к которой примыкает плазмолемма. Бывает первичная и вторичная. В ее состав входит целлюлоза, компоненты матрикса стенки (гемицеллюлоза, пектин, белки), инкрустирующие компоненты (лигнин, суберин), поверхностные вещества (кутин, воска). Едина система клеточных стенок – апопласт. Клеточные стенки пронизаны порами, через которые проходят тяжи-плазмодесмы.

Функции клеточной стенки:

1) Первичный антиинфекционный барьер,

2) Выполняет механическую функцию,

3) Морфологическая функция – отделяет содержимое клеток.

Клетки без клеточной стенки называются протопластами.