Свойства растительной клетки

Размещено на http://www.allbest.ru

Тема: Свойства растительной клетки

Основные свойства растительной клетки в большой степени зависят от физико-химических свойств цитоплазмы и клеточной стенки.

Физическое состояние и химический состав цитоплазмы. Цитоплазма имеет сложный химический состав и представляет собой густой прозрачный коллоидный раствор. Любой коллоидный раствор состоит из двух фаз: 1) жидкой дисперсионной среды; 2) раздробленного твердого вещества, которое является дисперсной фазой. Жидкой дисперсионной средой в цитоплазме является вода с растворенными в ней минеральными солями. Дисперсной фазой являются крупные молекулы органических веществ, преимущественно белков. Под влиянием изменяющихся условий внешней среды могут изменяться и свойства цитоплазмы. Так, например, при созревании семян цитоплазма становится очень плотной, почти твердой в результате резкого обезвоживания. При этом содержание воды в ней сильно уменьшается и доходит до 8-16 %, но, в то же время, сохраняется ее жизнеспособность. При наступлении благоприятных условий цитоплазма разжижается и переходит в активное состояние.

В зависимости от выполняемых физиологических функций каждая клетка имеет свой химический состав. Основу цитоплазмы составляет ее гиалоплазма, или матрикс, роль которой заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними. Цитоплазма имеет щелочную реакцию среды и на 60-90 % состоит из воды, в которой растворены различные вещества: до 10 - 20% белков, 2 - 3% жироподобных веществ, 1,5% органических и 2-3 % неорганических соединений. В цитоплазме осуществляется важнейший физиологический процесс - дыхание, или гликолиз, в результате которого происходит расщепление глюкозы без доступа кислорода в присутствии ферментов с освобождением энергии и образованием энергетически бедных веществ - воды и диоксида углерода. Процесс начинается в цитоплазме и заканчивается в митохондриях. Процесс гликолиза идет в три этапа: гликолиз, цикл Кребса, электронно-транспортная цепь.

К неорганическим соединениям относятся макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Макроэлементы. На их долю приходится около 99 % всей массы клетки. Особенно высока концентрация кислорода, углерода, азота и водорода. Их доля составляет 98 % всех макроэлементов. К оставшимся 2 %, содержание которых исчисляется десятыми и сотыми долями процента, относятся калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор. Микроэлементы. К ним принадлежат преимущественно ионы тяжелых металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных веществ. Содержание их в клетке колеблется от 0,001 до 0,000001 %. К микроэлементам относятся бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром и др. Ультрамикроэлементы. Доля их не превышает 0,000001 %. Физиологическая роль большинства этих элементов пока не установлена. К ним относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и другие редкие металлы.

Движение цитоплазмы. В клетках многих растений можно наблюдать активное движение цитоплазмы. Можно видеть, как органоиды и включение вовлекаются в это движение, называемое током цитоплазмы, или циклозом. Движение бывает вращательное и струйчатое. Вращательное движение цитоплазмы в листе элодеи хорошо заметно в середине листа, где находится жилка, а также в клетках, прилегающих к ней. Цитоплазма в клетках, прилегающих друг к другу, может двигаться в разных направлениях. При струйчатом движении цитоплазма в клетке движется в нескольких направлениях. Скорость движения цитоплазмы зависит от определенных условий - температуры, вязкости и др. Движение цитоплазмы способствует аэрации и активизации процессов обмена веществ в клетке. Наиболее благоприятной для движения цитоплазмы является температура около + 37 °С.

Осмотическое давление и тургор. Все живые растительные клетки обладают упругостью, или тургором. 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. Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на цитоплазму, а через нее - на стенку клетки, вызывая упругое ее состояние, т. е. обеспечивая тургор. Нехватка воды в клетке ведет к плазмолизу, т. е. к сокращению объема вакуоли и отделению протопластов от оболочки. Плазмолиз может быть обратимым.

Строение и функции клеточной стенки. Клетки растений, в отличие от клеток животных, окружены плотной, механически прочной полисахаридной оболочкой, называемой клеточной стенкой. Клеточная стенка состоит из комплекса полисахаридов и некоторых других полимеров, которые секретируются клеткой, а затем собираются в сложную структуру за счет ковалентных и нековалентных связей. В этот комплекс входят, кроме полисахаридов, структурные белки, ферменты, полимеры фенольных соединений и некоторые другие вещества. Между клеточными стенками соседних клеток находится срединная пластинка, которая состоит в основном из пектинов и не содержит целлюлозы.

Клеточная стенка формируется при митотическом делении клеток на стадии телофазы. Различают первичную клеточную стенку эмбриональных тканей и клеток, растущих растяжением, и вторичную, которая формируется внутри первичной после прекращения роста клетки. Клеточные стенки различных клеток непосредственно контактируют друг с другом, формируя единую систему клеточных стенок в ткани, которая называется апопластом. Наличие апопласта облегчает передвижение воды и растворенных в ней веществ по растительным тканям.

В первичной клеточной стенке микрофибриллы целлюлозы встроены в матрикс, состоящий из гемицеллюлоз, пектинов и структурных белков. Целлюлозные микрофибриллы являются жесткими структурами и служат основой клеточной стенки. Целлюлоза очень устойчива при химических и энзиматических воздействиях и столь же прочна при растяжении, как сталь. Для гидролиза гликозидных связей этого полимера необходимо длительное нагревание с сильной кислотой. Целлюлоза может разрушаться гидролитическими ферментами бактерий и грибов.Гемицеллюлозы представляют более гибкие полисахаридные структуры. Они связываются с поверхностью целлюлозных микрофибрилл и сшивают их в сеть. Кроме того, они предотвращают трение микрофибрилл целлюлозы друг о друга. Пектины формируют гелевую фазу, в которую встроены и целлюлоза, и гемицеллюлоза.

Первичная клеточная стенка среднестатистической клетки содержит около 25 % целлюлозы, 25 % гемицеллюлозы, 35 % пектина и 1-8 % структурных белков. Но полисахаридный состав клеточной стенки сильно варьирует. В первичной клеточной стенке содержится очень много воды (75-80 %), вторичная клеточная стенка состоит в основном из целлюлозы и лигнина.

Вторичная клеточная стенка является более жесткой, прочной и по своей структуре более дифференцирована. Клетки ксилемы древесных растений, например, обладают очень прочной вторичной клеточной стенкой, в состав которой входят не только полисахариды, но и лигнин. Лигнин - гетерополимерное соединение, содержащее в качестве мономеров фенольные соединения. Лигнин заполняет все пространство между фибриллами целлюлозы и цементирует клеточную стенку. В состав клеточной стенки также могут входить суберин, силикаты и карбонаты кальция.

С возрастом клеточные стенки претерпевают видоизменения, пропитываются различными веществами. Типы видоизменений: опробковение, одревеснение, кутинизация, минерализация и ослизнение. Так, при опробковении клеточные стенки пропитываются особым веществом суберином, при одревеснении - лигнином, при кутинизации - жироподобным веществом кутином, при минерализации - минеральными солями, чаще всего углекислым кальцием и кремнеземом, при ослизнении клеточные стенки поглощают большое количество воды и сильно разбухают (семена, водоросли, клетки корней некоторых лекарственных растений, например алтея). К слизям близки камеди, но они являются болезненными перерождениями клеток, наиболее часто встречающимися на стволах фруктовых деревьев и их плодах (абрикос, вишня).

цитоплазма клетка тургорное давление

Литература

Основная:

1. Яковлев Г.П., Челомбитько В.А., «Ботаника». Санкт-Петербург, 2003.

2. Положий А.В., Гуреева И.И. Высшие растения. Анатомия, морфология, систематика. Томск, 2004.

3. Долгачева В.С., Алексахина Е.М. М.: Academia, 2003. 416с. ISBN 5-7695-0916-3

Дополнительная:

1.Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. «Современная ботаника»,М., Мир,1990.

2. Бавтуто Г.А., Еремин В.М. Практикум по анатомии и морфологии растений //Минск: ООО «Новое знание», 2002.

3. Бавтуто Г.А., Еремин В.М., Жигар М.П. Атлас по анатомии растений //Минск. Ураджай, 2001.

4. Медведев С.С. Физиология растений. СПб, 2004.

Размещено на http://www.allbest.ru