Gyvųjų organizmų kūnai gali būti viena ląstelė, jų grupė arba didžiulė sankaupa, apimanti milijardus tokių elementarių struktūrų. Pastariesiems priklauso dauguma aukštesnių augalų. Ląstelės – pagrindinio gyvų organizmų sandaros ir funkcijų elemento – tyrimas yra susijęs su citologija. Ši biologijos šaka pradėjo sparčiai vystytis atradus elektroninį mikroskopą, patobulinus chromatografiją ir kitus biochemijos metodus. Apsvarstykite pagrindines savybes, taip pat ypatybes, kuriomis augalo ląstelė skiriasi nuo mažiausių bakterijų, grybų ir gyvūnų struktūros vienetų.
Kamerą atidarė R. Hukas
Smulkių visų gyvų dalykų struktūros elementų teorija praėjo raidos kelią, matuojant šimtais metų. Augalų ląstelės membranos struktūrą pirmasis savo mikroskopu pamatė britų mokslininkas R. Hukas. Bendrąsias ląstelės hipotezės nuostatas suformulavo Schleidenas ir Schwannas, prieš tai kiti tyrinėtojai padarė panašias išvadas.
Anglas R. Hooke'as mikroskopu ištyrė ąžuolo kamštienos gabalą ir rezultatus pristatė Karališkosios draugijos susirinkime Londone 1663 m. balandžio 13 d. (pagalkiti š altiniai, įvykis įvyko 1665 m.). Paaiškėjo, kad medžio žievė susideda iš mažyčių ląstelių, kurias Hukas vadino „ląstelėmis“. Šių kamerų sieneles, formuojančias korio pavidalo raštą, mokslininkas laikė gyva medžiaga, o ertmę pripažino negyva, pagalbine struktūra. Vėliau buvo įrodyta, kad augalų ir gyvūnų ląstelėse yra medžiagos, be kurios neįmanomas jų egzistavimas ir viso organizmo veikla.
Ląstelių teorija
Svarbus R. Huko atradimas buvo sukurtas kitų mokslininkų, tyrinėjusių gyvūnų ir augalų ląstelių sandarą, darbuose. Panašius struktūrinius elementus mokslininkai pastebėjo ant mikroskopinių daugialąsčių grybų pjūvių. Nustatyta, kad gyvų organizmų struktūriniai vienetai turi savybę dalytis. Remdamiesi tyrimais, Vokietijos biologijos mokslų atstovai M. Schleidenas ir T. Schwannas suformulavo hipotezę, kuri vėliau tapo ląstelių teorija.
Augalų ir gyvūnų ląstelių palyginimas su bakterijomis, dumbliais ir grybais leido vokiečių mokslininkams padaryti tokią išvadą: R. Hooke'o atrastos „kameros“yra elementarūs struktūriniai vienetai, o jose vykstantys procesai yra gyvybės pagrindas. daugumos organizmų Žemėje. Svarbų papildymą 1855 metais padarė R. Virchovas, pažymėdamas, kad ląstelių dalijimasis yra vienintelis būdas joms daugintis. Schleiden-Schwann teorija su patobulinimais tapo visuotinai priimta biologijoje.
Ląstelė yra mažiausias augalų struktūros ir gyvenimo elementas
Pagal teorines Schleideno ir Schwann pozicijas,organinis pasaulis yra vienas, o tai įrodo panašią mikroskopinę gyvūnų ir augalų struktūrą. Be šių dviejų karalysčių, ląstelių egzistavimas būdingas grybams, bakterijoms, o virusų nėra. Gyvų organizmų augimą ir vystymąsi užtikrina naujų ląstelių atsiradimas esamų dalijimosi procese.
Daugialąstis organizmas nėra tik struktūrinių elementų sankaupa. Maži struktūros vienetai sąveikauja tarpusavyje, formuodami audinius ir organus. Vienaląsčiai organizmai gyvena atskirai, o tai netrukdo jiems kurti kolonijų. Pagrindinės ląstelės savybės:
- gebėjimas savarankiškai egzistuoti;
- savo medžiagų apykaita;
- savęs atgaminimas;
- plėtra.
Gyvybės evoliucijoje vienas iš svarbiausių etapų buvo branduolio atskyrimas nuo citoplazmos apsauginės membranos pagalba. Ryšys išsaugotas, nes šios struktūros negali egzistuoti atskirai. Šiuo metu egzistuoja dvi superkaralystės – nebranduoliniai ir branduoliniai organizmai. Antrąją grupę sudaro augalai, grybai ir gyvūnai, kuriuos tiria atitinkamos mokslo šakos ir apskritai biologija. Augalo ląstelė turi branduolį, citoplazmą ir organelius, kurie bus aptarti toliau.
Augalų ląstelių įvairovė
Prinokusio arbūzo, obuolio ar bulvės pertraukoje plika akimi galite pamatyti struktūrines „ląsteles“, užpildytas skysčiu. Tai vaisiaus parenchimos ląstelės, kurių skersmuo yra iki 1 mm. Bast pluoštai yra pailgos struktūros, kurių ilgis žymiai viršija plotį. Pavyzdžiui,augalo, vadinamo medvilne, ląstelė siekia 65 mm ilgį. Linų ir kanapių pluošto linijiniai matmenys yra 40–60 mm. Tipiškos ląstelės yra daug mažesnės – 20–50 µm. Tokius mažyčius konstrukcinius elementus galima pamatyti tik pro mikroskopą. Mažiausių augalo organizmo struktūrinių vienetų ypatumai pasireiškia ne tik formos ir dydžio skirtumais, bet ir audinių sudėties atliekamomis funkcijomis.
Augalų ląstelė: pagrindinės struktūros ypatybės
Branduolys ir citoplazma yra glaudžiai tarpusavyje susiję ir sąveikauja vienas su kitu – tai patvirtina mokslininkų tyrimai. Tai pagrindinės eukariotinės ląstelės dalys, nuo jų priklauso visi kiti struktūriniai elementai. Branduolys saugo ir perduoda genetinę informaciją, reikalingą b altymų sintezei.
Britų mokslininkas R. Brownas 1831 m. pirmą kartą pastebėjo ypatingą kūną (branduolą) orchidėjų šeimos augalo ląstelėje. Tai buvo branduolys, apsuptas pusiau skystos citoplazmos. Šios medžiagos pavadinimas pažodiniu vertimu iš graikų kalbos reiškia „pirminė ląstelės masė“. Jis gali būti skystesnis arba klampesnis, bet būtinai padengtas membrana. Išorinį ląstelės apvalkalą daugiausia sudaro celiuliozė, ligninas ir vaškas. Viena iš augalų ir gyvūnų ląstelių ypatybių yra šios stiprios celiuliozės sienelės buvimas.
Citoplazmos struktūra
Vidinė augalo ląstelės dalis užpildyta hialoplazma su joje pakibusiomis mažytėmis granulėmis. Arčiau apvalkalo vadinamoji endoplazma pereina į klampesnę egzoplazmą. Būtentšios medžiagos, kuriomis užpildoma augalo ląstelė, atlieka biocheminių reakcijų srauto ir junginių pernešimo, organelių ir inkliuzų išsidėstymo vietą.
Maždaug 70-85% citoplazmos yra vanduo, 10-20% - b altymai, kiti cheminiai komponentai - angliavandeniai, lipidai, mineraliniai junginiai. Augalų ląstelės turi citoplazmą, kurioje tarp galutinių sintezės produktų yra funkcijų bioreguliatorių ir atsarginių medžiagų (vitaminų, fermentų, aliejų, krakmolo).
Pagrindinis
Augalų ir gyvūnų ląstelių palyginimas rodo, kad jų branduolys yra panašios struktūros, esančios citoplazmoje ir užimančios iki 20% jos tūrio. Anglas R. Brownas, pirmą kartą mikroskopu ištyręs šį svarbiausią ir pastoviausią visų eukariotų komponentą, jam suteikė pavadinimą iš lotyniško žodžio nucleus. Branduolių išvaizda dažniausiai koreliuoja su ląstelių forma ir dydžiu, bet kartais skiriasi nuo jų. Privalomi struktūros elementai yra membrana, kariolimfa, branduolys ir chromatinas.
Membranoje yra porų, kurios atskiria branduolį nuo citoplazmos. Jie perneša medžiagas iš branduolio į citoplazmą ir atvirkščiai. Kariolimfa yra skystas arba klampus branduolinis turinys su chromatino sritimis. Nukleolyje yra ribonukleino rūgšties (RNR), kuri patenka į citoplazmos ribosomas, kad dalyvautų b altymų sintezėje. Kita nukleorūgštis – dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) – taip pat yra dideliais kiekiais. DNR ir RNR pirmą kartą buvo aptiktos gyvūnų ląstelėse 1869 m., o vėliau aptiktos augaluose. Branduolys yra centrasintraląstelinių procesų valdymas“, vieta, kurioje saugoma informacija apie paveldimas viso organizmo savybes.
Endoplazminis tinklas (ER)
Gyvūnų ir augalų ląstelių struktūra yra labai panaši. Citoplazmoje būtinai yra vidinių kanalėlių, užpildytų skirtingos kilmės ir sudėties medžiagomis. Granuliuotas EPS tipas skiriasi nuo agranulinio tipo tuo, kad membranos paviršiuje yra ribosomų. Pirmasis dalyvauja b altymų sintezėje, antrasis vaidina angliavandenių ir lipidų susidarymą. Kaip nustatė mokslininkai, kanalai ne tik prasiskverbia į citoplazmą, bet ir yra susiję su kiekviena gyvos ląstelės organele. Todėl EPS vertė labai vertinama kaip medžiagų apykaitos dalyvis, bendravimo su aplinka sistema.
Ribosoma
Augalų ar gyvūnų ląstelės struktūrą sunku įsivaizduoti be šių mažų dalelių. Ribosomos yra labai mažos ir gali būti matomos tik elektroniniu mikroskopu. Kūnų sudėtyje vyrauja b altymai ir ribonukleino rūgščių molekulės, yra nedidelis kalcio ir magnio jonų kiekis. Beveik visa ląstelės RNR yra sutelkta ribosomose, jos užtikrina b altymų sintezę „surinkdamos“b altymus iš aminorūgščių. Tada b altymai patenka į ER kanalus ir tinklo pernešami per visą ląstelę, prasiskverbia į branduolį.
Mitochondrijos
Šios ląstelės organelės laikomos jos energijos stotimis, jos matomos padidintos įprastu šviesos mikroskopu. Mitochondrijų skaičius kinta labai plačiame diapazone, gali būti vienetai ar tūkstančiai. Organoido struktūra nėra labai sudėtinga, yra dvimembranos ir matrica viduje. Mitochondrijos susideda iš b altymų lipidų, DNR ir RNR, yra atsakingos už ATP - adenozino trifosforo rūgšties biosintezę. Šiai augalo ar gyvūno ląstelės medžiagai būdingi trys fosfatai. Kiekvieno iš jų skilimas suteikia energijos, reikalingos visiems gyvybės procesams pačioje ląstelėje ir visame kūne. Priešingai, fosforo rūgšties likučių pridėjimas leidžia kaupti energiją ir perduoti ją tokia forma visoje ląstelėje.
Apsvarstykite ląstelių organeles žemiau esančiame paveikslėlyje ir įvardykite tas, kurias jau žinote. Atkreipkite dėmesį į didelę pūslelę (vakuolę) ir žalius plastidus (chloroplastus). Apie juos pakalbėsime vėliau.
Golgi kompleksas
Sudėtingas ląstelių organoidas susideda iš granulių, membranų ir vakuolių. Kompleksas buvo atidarytas 1898 m. ir buvo pavadintas italų biologo vardu. Augalų ląstelių ypatybės yra vienodas Golgi dalelių pasiskirstymas citoplazmoje. Mokslininkai mano, kad kompleksas yra būtinas vandens ir atliekų kiekiui reguliuoti, medžiagų pertekliui pašalinti.
Plastids
Tik augalų audinių ląstelėse yra žalių organelių. Be to, yra bespalvių, geltonų ir oranžinių plastidžių. Jų struktūra ir funkcijos atspindi augalų mitybos tipą, o dėl cheminių reakcijų jie gali keisti spalvą. Pagrindiniai plastidų tipai:
- oranžiniai ir geltoni chromoplastai, sudaryti iš karotino ir ksantofilo;
- chloroplastai, kuriuose yra chlorofilo grūdelių –žalias pigmentas;
- leukoplastai yra bespalviai plastidai.
Augalų ląstelės struktūra siejama su cheminėmis organinių medžiagų sintezės iš anglies dioksido ir vandens reakcijomis naudojant šviesos energiją. Šio nuostabaus ir labai sudėtingo proceso pavadinimas yra fotosintezė. Reakcijos vyksta chlorofilo dėka, būtent ši medžiaga gali užfiksuoti šviesos pluošto energiją. Žaliojo pigmento buvimas paaiškina būdingą lapų, žolinių stiebų, neprinokusių vaisių spalvą. Chlorofilas savo struktūra panaši į gyvūnų ir žmonių kraujyje esantį hemoglobiną.
Įvairių augalų organų raudona, geltona ir oranžinė spalva atsiranda dėl to, kad ląstelėse yra chromoplastų. Jie yra pagrįsti didele karotinoidų grupe, kuri vaidina svarbų vaidmenį metabolizme. Leukoplastai yra atsakingi už krakmolo sintezę ir kaupimąsi. Plastidės auga ir dauginasi citoplazmoje, judėdamos kartu su ja išilgai augalo ląstelės vidinės membranos. Juose gausu fermentų, jonų ir kitų biologiškai aktyvių junginių.
Pagrindinių gyvų organizmų grupių mikroskopinės struktūros skirtumai
Dauguma ląstelių primena mažytį maišelį, pripildytą gleivių, kūnelių, granulių ir pūslelių. Dažnai yra įvairių intarpų kietų mineralų kristalų, aliejaus lašų, krakmolo grūdelių pavidalu. Ląstelės glaudžiai kontaktuoja augalų audinių sudėtyje, visa gyvybė priklauso nuo šių mažiausių struktūrinių vienetų, sudarančių visumą, veiklos.
Dėl daugialąstės struktūros yraspecializacija, kuri išreiškiama įvairiomis fiziologinėmis užduotimis ir mikroskopinių struktūrinių elementų funkcijomis. Jas daugiausia lemia audinių vieta augalo lapuose, šaknyse, stiebe arba generatyviniuose organuose.
Išskirkime pagrindinius augalo ląstelės palyginimo su kitų gyvų organizmų elementariais struktūriniais vienetais elementus:
- Tankų apvalkalą, būdingą tik augalams, sudaro pluoštas (celiuliozė). Grybų membraną sudaro patvarus chitinas (specialus b altymas).
- Augalų ir grybų ląstelės skiriasi spalva dėl plastidžių buvimo arba nebuvimo. Tokių kūnų kaip chloroplastai, chromoplastai ir leukoplastai yra tik augalų citoplazmoje.
- Yra organoidas, išskiriantis gyvūnus – tai centriolė (ląstelės centras).
- Tik augalo ląstelėje yra didelė centrinė vakuolė, užpildyta skystu turiniu. Paprastai šios ląstelių sultys yra nudažytos skirtingų spalvų pigmentais.
- Pagrindinis atsarginis augalo organizmo junginys yra krakmolas. Grybai ir gyvūnai kaupia glikogeną savo ląstelėse.
Tarp dumblių žinoma daug pavienių laisvai gyvenančių ląstelių. Pavyzdžiui, toks nepriklausomas organizmas yra chlamidomonas. Nors augalai nuo gyvūnų skiriasi tuo, kad yra celiuliozės ląstelės sienelė, tačiau lytinėms ląstelėms trūksta tokio tankaus apvalkalo – tai dar vienas organinio pasaulio vienybės įrodymas.
