Строение растительной клетки

Термин клетка (от греч. «cytos» - клетка или лат. «cellula» - полость) впервые применил Роберт Гук в 1665 г. при описании строения пробки. Клетка – функциональная и структурная единица всех живых организмов.

Растительная клетка состоит из протопласта и его производных – вакуоли и клеточной стенки. Протопластпласт окружен мембраной – тонопластом. В состав протопласта входит цитоплазма, ядро с ядрышком, пластиды, митохондрии, аппарат Гольджи, ЭПС, рибосомы, микротельца, компоненты цитоскелета – микротрубочки и микрофиламенты (Рис.1).

Рис.1. Строение растительной клетки

Строение и функции органоидов растительной клетки представлены в таблице 1.

Таб.1. Строение и функции органоидов растительной клетки

 

Пространственная организация цитоплазмы обеспечивается цитоскелетом – внутриклеточной сетью специальных белковых филаментов. Цитоскелет определяет трехмерное распределение органелл в клетке, играет важную роль в процессах митоза, мейоза, цитокенеза, циклоза, в синтезе компонентов клеточной стенки, в клеточной дифференцировке, определяет форму клеток.

Цитоскелет составляют микротрубочки (состоят из тубулина) и микрофилдаменты (состоят из актина) и промежуточные филаменты. Диаметр микротрубочек 24 нм, микрофиламентов - 5-7 нм, промежуточных филаментов – 8-10 нм.

4. Химический состав растительной клетки

Химический состав растительной клетки разнообразен и неодинаков в разных органах и тканях, на разных этапах онтогенеза.

1) белки (40-50% сухой массы протопласта), которые в свою очередь могут образовывать комплексы с другими веществами, липидами (липопротеиды), углеводами (гликопротеиды), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды) и другими. В качестве ферментов белки регулируют все жизненные процессы клетки;

2) нуклеиновые кислоты (составляет 1-2% массы протопласта клетки) – это ДНК (сосредоточено в ядре) и РНК (сосредоточено в ядре и цитоплазме), которые являются веществами хранения и передачи информации;

3) липиды – 2-3%, часть из них представляет энергетические вещества, другие – входят в состав клеточных мембран;

4) углеводы – 1-2% входят в состав клетки либо в виде мономеров (глюкоза, фруктоза), либо в виде полисахаридов (крахмал – это резервное энергетическое вещество; целлюлозы – основной компонент клеточной стенки, и др.);

5) минеральные вещества – 1%;

6) кроме того – витамины, фитогормоны, вторичные метаболиты и др.

5. Биологические мембраны и их функции

Существует несколько теорий строения биологических мембран, наиболее признанной считается жидкостно-мозаичная. Согласно этой гипотезе основу мембраны составляет двойной слой фосфолипидов с некоторым количеством других липидов (галактолипидов, стеринов, жирных кислот и др.). Фосфолипиды в биологических мембранах ориентированы таким образом, что гидрофобные концы обращены друг к другу, а гидрофильные головки – наружу. Ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов, обеспечивают несколько разрыхленное (жидкое) состояние мембран при физиологических температурах.

Липиды, входящие в состав мембранного бислоя, не закреплены жестко, а непрерывно меняются местами. Перемещения липидных молекул бывают двух типов: 1) в пределах своего монослоя (латеральная диффузия) и 2) путем перестановки двух молекул, противостоящих друг другу в двух слоях (флип-флоп)

В состав биологических мембран входят также белковые комплексы. Липопротеины погружены в липидную фазу и удерживаются гидрофобными связями (интегральные белки). Гидрофильные белки (периферические) удерживаются на внутренней и внешней поверхностях мембран электростатическими связями, взаимодействуя с гидрофильными головками полярных липидов. Основную роль в формировании мембран играют гидрофобные связи: липид - липид, липид – белок, белок – белок. Толщина биомембран – 6-10 нм.

В состав мембран входят белки, выполняющие функции ферментов, насосов, переносчиков, ионных каналов, а также белки-регуляторы и структурные белки (Рис.2).

Интегральные белки располагаются в фосфолипидных слоях ориентированно. Эта ориентация определяется особенностями гидрофобной поверхности каждого белка, локализацией и свойствами его гидрофильных участков, составом фосфолипидов, величиной электростатического заряда мембран. Функциональная активность мембран и изменения мембранного потенциала сопровождаются всплыванием и погружением белков, их латеральным перемещением.

Рис. 2. Схема строения цитоплазматической мембраны и основные группы мембранных белков

Первоначальным назначением мембран было отделение внутренней среды от внешней. Далее в ходе эволюции возникло большое количество специализированных внутриклеточных отсеков, что позволило клетке и органоидам удерживать в небольших объемах необходимые ферменты, метаболиты, создавать гетерогенную физико-химическую микросреду, осуществлять на разных сторонах мембраны разнообразные, иногда противоположно направленные биохимические реакции. Лабильная структура мембран позволяет выполнять им различные функции: барьерные, транспортные, осмотические, электрические, структурные, энергетические, биосиснтетические, секреторные, пищеварительные, рецепторно-регуляторные и др. Наиболее подробно все функции будут рассмотрены далее.