СТРУКТУРА НА РАСТИТЕЛНАТА КЛЕТКА
ИСТОРИЯ НА РАЗВИТИЕТО НА КЛЕТКАТА
Клетката е основната структурна и функционална единица на животните, растенията и гъбите. Концепцията за клетка и нейната структура възниква във връзка с изобретяването на микроскопа през 1590 г. от холандските майстори братята Янсен. За първи път английският натуралист Робърт Хук вижда и описва клетката през 1665 г. Изследвайки тънък участък от тапа на бутилка през микроскоп, той открива, че тапата се състои от множество камери и ги нарича клетки. М. Малпиги (1671) и Н. Грю (1682) са първите, които описват микроскопичната структура на растителните органи, потвърждавайки тяхната клетъчна структура. През 1676 г. А. Льовенхук открива света на микроскопичните растения и описва цветни включвания в клетките на висши растения и водорасли. До 19-ти век съществува идеята, че основните функции на клетката са свързани с нейната стена, а на съдържанието на клетката се отрежда второстепенна роля. С усъвършенстването на микротехнологиите познанията за вътрешното съдържание на клетката също се разшириха. И така, през 1831 г. Р. Браун открива ядрото в клетката и го описва като най-важната формация. През 1839 г. J. Purkinje въвежда нов термин "протоплазма", т.е. живо съдържание на клетката. Обобщавайки всички натрупани знания в областта на клетките, ботаникът М. Шлейден (1838 г.) и зоологът Т. Шван (1839 г.) формулират клетъчната теория, чието основно твърдение е: клетката е единна елементарна и функционална структура на всички живи организми. През 1858 г. R. Virchow добавя нова позиция към клетъчната теория, обосновавайки принципа на непрекъснатост на клетката чрез делене (всяка клетка се образува от клетка).
През 1946 г. с помощта на електронен микроскоп е установена фината структура на клетката, наречена ултраструктура.
СТРОЙ НА РАСТИТЕЛНАТА КЛЕТКА
Всички растения са еукариоти, защото имат оформено ядро (гр.карион- ядро). По-примитивните организми - бактериите и по-специално цианобактериите (синьо-зелени водорасли), които са прокариоти (предядрени организми), се различават по редица начини от еукариотите (Таблица 1.1).
Таблица 1.1. Основни характеристики на прокариотите и укариотите
Край на таблица
Забележка. ДНК - дезоксирибонуклеинова киселина, EPS - ендоплазмен ретикулум.
ПРОТОПЛАСТ
В една възрастна растителна клетка (фиг. 1.1) се разграничават:протопласт - живото съдържание на клетката ипроизводни на протопластаПротопластът ецитоплазмаиядро;
Съставът на цитоплазмата включва хиалоплазма - вътрешната течна среда на клетката, в която са потопени клетъчните органели. Живите растителни клетки се характеризират с движение на цитоплазмата, заедно с органелите и ядрото, потопено в нея, наречено поток на цитоплазмата илициклоза. Хиалоплазматае сложен безцветен колоиден разтвор със слизеста консистенция. Една от проявите на живото състояние на хиалоплазмата е преходът на колоидна система с преобладаване на дисперсионна среда - вода(зол)къмгел,в по-твърдо състояние и обратно. Хиалоплазмата съдържа вода (70-90%), в която са разтворени йони на минерални соли, които играят важна роля в създаването на осмотично налягане в клетката. В състава на хиалоплазмата влизат още разтворими протеини, рибонуклеинова киселина (РНК), полизахариди, липиди.
Веществата, които изграждат живата клетка, се обединяват в понятиетоконституционални,т.е. участващи в метаболизма. Основните класове конституционални органични вещества са протеини, нуклеинови киселини, липиди ивъглехидрати.
Фиг. 1.1. Схема на структурата на растителна клетка (електронна микроскопия):
1 - сърцевина; 2 - ядрена обвивка (две мембрани - вътрешна и външна и перинуклеарно пространство); 3 - ядрено време; 4 - ядро; 5 - кондензиран хроматин; 6 - дифузен хроматин; 7 - клетъчна стена; 8 - плазмалема; 9 - плазмодесмати; 10 - ендоплазмена агрануларна мрежа; 11 - гранулиран ендоплазмен ретикулум; 12 - митохондрии; 13 - свободни рибозоми; 14 - лизозоми; 15 - хлоропласт; 16 - диктиозома на апарата на Голджи; 17- хиалоплазма; 18 - тонопласт; 19 - вакуола с клетъчен сок
Белтъчини- вещества, които определят структурата и свойствата на живата материя. Те представляват основната част от органичната материя на клетката. Те участват в изграждането на структурата и функциите на всички клетъчни органели. Протеините изпълняват важна ензимна функция, като постоянно участват в процесите на синтез и разпадане на конституционални вещества. Протеините също могат да бъдат ергастични вещества на клетката, т.е. се депозират в резерва, а също така изпълняват контрактилни, транспортни функции и могат да служат като източник на енергия.
Протеините са биополимери, състоящи се от аминокиселини, свързани с пептидни връзки. От известните 40 аминокиселини протеините включват 20. Простите протеини -протеини- се състоят само от аминокиселини и се отлагат в клетката като резервни вещества. Простите протеини могат да се комбинират с въглехидрати (гликопротеини), нуклеинови киселини (нуклеопротеини), мастни киселини (липопротеини) и тогава те се наричат сложни протеини -протеиниПротеините саконституционнипротеини, тъй като те са част от цитоплазмата и ядрото.
Нуклеиновите киселини (ДНК и РНК)са важна група от фосфорсъдържащи биополимери, които осигуряват съхранение ипредаване на наследствена информация. Мономерът на нуклеиновата киселина е нуклеотид, който включва азотна основа, захар и остатък от фосфорна киселина. Всеки вид има свой собствен нуклеотиден състав от нуклеинови киселини.
Молекулата на ДНК се състои от 2 полинуклеотидни антипаралелни вериги, усукани в двойна спирала около централната ос. Веригите са подредени според вида на комплементарност между азотните бази, които образуват водородни връзки помежду си. Структурата на ДНК е описана през 1953 г. от Д. Уотсън и Ф. Крик. РНК, за разлика от ДНК, е едноверижна молекула (Таблица 1.2). ДНК и РНК могат да бъдат открити както в ядрото, така и в цитоплазмата, както и в митохондриите и хлоропластите.
Липидите(фосфолипидите) са мастноподобни вещества, които са структурните компоненти на клетката, тъй като са част от клетъчната мембрана (плазмолема, тонопласт). Протопластът на растителната клетка съдържа: прости липиди (мазни масла), полимерни липиди (восък, кутин, суберин) и сложни липиди (липоиди или мастноподобни вещества). Простите липиди са изградени от остатъци
Таблица 1.2. Състав на нуклеинови киселини (ДНК, РНК)
мастни киселини и алкохоли (мазнини, восъци). Сложните липиди са комплекси от липиди, техните съединения с протеини (липопротеини), фосфорна киселина (фосфолипиди), захари (гликолипиди). Някои пигменти (каротеноиди) също се класифицират като сложни липиди. Липидите са един от основните компоненти на биологичните мембрани и представляват техния енергиен резерв.
Въглехидратитеса част от хиалоплазмата под формата на монозахариди (глюкоза, фруктоза), дизахариди (захароза, малтоза и др.) и полизахариди (нишесте, гликоген).
В растенията монозахаридите са основният продукт на фотосинтезата и се използватза биосинтеза на полизахариди, аминокиселини, мастни киселини и др. Въглехидратите се съхраняват под формата на нишесте като енергиен резерв за растенията. Някои въглехидратни полимери служат като поддържащ материал за твърди клетъчни стени (целулоза) или действат като циментиращ материал в междуклетъчното пространство (пектини).