Клітини рослин, як і більшості живих організмів, оточені клітинною оболонкою, що відмежовує вміст клітини (протопласт) від навколишнього середовища. Вона складається з досить жорсткої та міцної клітинної стінки (зовні) й тонкої, еластичної цитоплазматичної мембрани чи плазмалеми (всередині).
Зовнішній шар рослинної клітинної стінки є пористою целюлозною оболонкою з присутнім у ній лігніном і складається з пектинів. Такі складові запобігають механічному пошкодженню клітини, оскільки надають їй міцності та жорсткості, забезпечують певну форму та зберігають тиск всередині клітини, сприяють кращому захисту внутрішньоклітинного вмісту (протопласта) від зовнішніх патогенів тощо.
Складові цитоплазматичної мембрани – білки й ліпіди. Як клітинна стінка, так і мембрана мають напівпроникні властивості і виконують транспортну функцію: вони пропускають всередину клітини воду та необхідні для її життєдіяльності елементи живлення, а також регулюють обмін речовин між клітинами і середовищем.
Протопласт рослинної клітини є внутрішнім напіврідким середовищем дрібнозернистої структури – цитоплазмою, яка складається з води (до 80%), органічних сполук і мінеральних солей, де знаходяться ядро – головна частина клітини – та інші органели. Уперше опис в’язкого середовища клітини (у 1825–1827 роках) зробив чеський фізіолог, мікроскопіст Ян Пуркіне. Він також дав йому назву, запровадивши новий термін протоплазма (1839 р.), який нині вже не використовується.
Органели – це сталі клітинні структури, які виконують специфічні, властиві лише їм функції. Крім того, вони відрізняються між собою за будовою й хімічним складом. Розрізняють немембранні органели (центріолі, рибосоми, мікротрубочки. мікрофіламенти) та мембранні, що своєю чергою поділяються на одномембранні (вакуолі, лізосоми, комплекс Ґольджі, ендоплазматичний ретикулум, пероксисоми) й двомембранні (пластиди, мітохрондрії, клітинне ядро).
Вакуоль (одна чи декілька) – найважливіша складова протопласта, характерна тільки для рослинних клітин. У молодих клітинах зазвичай присутні кілька невеликих вакуолей, але з подальшим ростом, розвитком і старінням клітини, дрібні вакуолі зливаються в одну велику (центральну) вакуоль. Вона являє собою обмежений мембраною (тонопластом) резервуар, наповнений всередині клітинним соком.
Основний компонент клітинного соку – це вода (70–95%), в якій знаходяться розчинені органічні та неорганічні сполуки: солі, цукри (фруктоза, глюкоза, сахароза), органічні кислоти (щавлева, яблучна, лимонна, оцтова та ін.), білки, амінокислоти. Всі ці продукти є проміжним результатом метаболізму і тимчасово накопичуються у вакуолях як запасні поживні речовини, щоб згодом повторно брати участь в обмінних процесах клітини.
Також у клітинному соку присутні таніни (дубильні речовини), феноли, алкалоїди, антоціани й різні пігменти, які виводяться до вакуоль, ізолюючись таким чином від цитоплазми. У вакуолі надходять і непотрібні продукти життєдіяльності клітини (відходи) – наприклад, калій щавлевокислий.
Завдяки вакуолям клітина забезпечується запасами води і поживних речовин (білків, жирів, вітамінів, мінеральних солей), а також у ній підтримується осмотичний внутрішньоклітинний тиск (тургор). У вакуолях відбувається розщеплення старих білків та органел.
Друга відмінна риса рослинної клітини – присутність у ній двомембранних органел – пластид. Відкриття цих органел, їх опис і класифікація (1880–1883 роки) належать німецьким вченим – натуралісту А. Шимперу та ботаніку А. Меєру. Пластиди являють собою в’язкі білкові тільця і поділяються на три основних типи: лейкопласти, хромопласти та хлоропласти. Усі вони під впливом дії певних факторів середовища здатні переходити з одного виду в інший.
Серед усіх типів пластид найважливішу роль відіграють хлоропласти: саме в них відбувається процес фотосинтезу. Ці органели відрізняються зеленим забарвленням, що пояснюється наявністю в їх складі значної кількості хлорофілу – зеленого пігменту, який поглинає енергію сонячного світла і синтезує органічні речовини з води й вуглекислого газу.
Хлоропласти відмежовуються від цитоплазми клітини двома мембранами (зовнішньою та внутрішньою) і мають лінзоподібну овальну форму (довжина становить близько 5–10 мкм, а ширина може складати від 2 до 4 мкм). Окрім хлорофілу в хлоропластах присутні каротиноїди (допоміжні пігменти оранжевого кольору). Кількість хлоропластів у рослинній клітині може варіюватися від 1–2-х (найпростіші водорості) до 15–20 штук (клітини листка вищих рослин).
Дрібні, безбарвні пластиди лейкопласти зустрічаються в клітинах тих органів рослини, які позбавлені вливу прямого сонячного світла (корені або кореневища, бульби, цибулини, насіння). Форма їх дуже різноманітна (кулясті, еліпсоїдні, чашоподібні, гантелеподібні). Вони здійснюють синтез поживних речовин (здебільшого крохмалю, рідше – жирів та білків) з моно- й дисахаридів. Під дією солнячного проміння лейкопласти здатні перетворюватись на хлоропласти.
Хромопласти утворюються внаслідок накопичення каротиноїдів і містять значну кількість пігментів жовтого, оранжевого, червоного, бурого кольору. Вони присутні в клітинах плодів і пелюсток, що й зумовлює їх яскраве забарвлення. За формою хромопласти бувають дископодібні, серповидні, зубчасті, кулясті, ромбовидні, трикутні та ін. Брати участь у процесі фотосинтезу вони не можуть через відсутність у них хлорофілу.
Двомембранні органели мітохондрії – це невеликі (декілька мікронів завдовжки) утворення переважно циліндричної, але також гранульоподібної, ниткоподібної або округлої форми. Вперше виявлені шляхом застосування методу спеціального фарбування та описані німецьким біологом Р. Альтманом як біопласт (у 1890 р.). Назву мітохондрій їм дав німецький патолог К. Бенда (у 1897 р.).
Зовнішня мембрана мітохондрії складається з ліпідів і вдвічі меншої кількості білкових сполук, вона має гладку поверхню. У складі внутрішньої мембрани переважають білкові комплекси, а кількість ліпідів не перевищує третьої частини від них. Внутрішня мембрана має нерівну поверхню, вона утворює гребінчасті складки (кристи). Така форма мембрани сприяє значному збільшенню площі її поверхні. Всередині мітохондрія заповнена щільнішою за цитоплазму, в’язкою речовиною білкового походження – матриксом. Мітохондрії надзвичайно чутливі до умов навколишнього середовища, і під його впливом вони можуть руйнуватися або змінювати форму.
Вони виконують дуже складну фізіологічну роль у процесах обміну речовин клітини. Саме в мітохондріях відбувається ферментативне розщеплення органічних сполук (жирних кислот, вуглеводів, амінокислот), і, знову-таки під впливом ферментів, синтезуються молекули аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ), що є універсальним джерелом енергії для всіх живих організмів.
Мітохондрії синтезують енергію і є, по суті, «енергетичної станцією» клітини. Кількість цих органоїдів в одній клітині не постійна і коливається в межах від декількох десятків до декількох тисяч. Чим активніша життєдіяльність клітини, тим більшу кількість мітохондрій вона містить. У процесі поділу клітини мітохондрії також здатні ділитися шляхом створення перетяжки. Крім того, вони можуть зливатися між собою й утворювати одну мітохондрію.
Комплекс Ґольджі отримав свою назву від імені його першовідкривача, італійського вченого К. Ґольджі (у 1897–1988 роках). Органела знаходиться поблизу ядра і являє собою одномембранну структуру, що має вигляд багатоярусних плоских дископодібних порожнин, розташованих одна над іншою та відомих як цистерни. Стоси цистерн називаються диктіосомами. Від цистерн відгалужуються численні трубчасті утворення, що завершуються сферичними пухирцями – везикулами.
Основна функція комплексу Ґольджі – це зберігання продуктів життєдіяльності та видалення їх надлишків з клітини. КҐ має властивість накопичувати всередині порожнин секреторні речовини, що включають пектини, ксилозу, глюкозу, рибозу, галактозу. Система дрібних бульбашок (везикул), розташованих на периферії цієї органели, виконує внутрішньоклітинну транспортну роль: вона переміщає синтезовані всередині порожнин полісахариди до периферії. Досягнувши клітинної стінки або вакуолі, везикули, руйнуючись, віддають їм свій внутрішній вміст. У комплексі Ґольджі також відбувається утворення первинних лізосом.
Лізосоми були відкриті бельгійським біохіміком Крістіаном де Дювом (1955 р.). Це невеликі тільця, обмежені захисною мембраною, які є однією з форм везикул. Містять понад 40 різних гідролітичних ферментів (глікозидази, протеїнази, фосфатази, нуклеази, ліпази тощо), здатних розщеплювати білки, жири, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, тому вони беруть участь у процесах руйнування окремих органоїдів або ділянок цитоплазми. Лізосоми виконують важливу роль у захисних реакціях і внутрішньоклітинному харчуванні.
Рибосоми – це дуже дрібні немембранні органели майже кулястої або еліпсоїдної форми. Формуються в ядрі клітини. Через незначні розміри вони сприймаються як «зернистість» цитоплазми. Деяка частина їх вільно розташовується у внутрішньому середовищі клітини (цитоплазмі, ядрі, мітохондріях, пластидах), інші ж прикріплені до зовнішніх поверхонь мембран ендоплазматичного ретикулюму.
Кількість рибосом у рослинній клітині відносно невелика і складає в середньому близько 30000 шт. Рибосоми розташовуються поодинці, але іноді можуть утворювати й групи – полірибосоми (полісоми). Ця органела складається з двох різних за величиною частин, які можуть існувати нарізно, але в момент функціонування органели об’єднуються в одну структуру. Основна функція рибосом – синтез молекул білка з амінокислот.
Цитоплазму рослинної клітини пронизує безліч ультрамікроскопічних джгутів, розгалужених трубочок, пухирців, каналів і порожнин, обмежених тришаровими мембранами. Усі вони утворюють систему, відому як ендоплазматичний ретикулюм (ЕПР) або ендоплазматична сітка (ЕПС). Відкриття цієї системи належить англійському вченому К. Портеру (1945 р.).
ЕПР контактує з усіма органелами клітини й складає разом з ними єдину внутрішньоклітинну систему, яка здійснює обмін речовин та енергії, а також забезпечує внутрішньоклітинний транспорт. Мембрани ЕПР з одного боку пов’язані із зовнішньою цитоплазматичною мембраною, а з іншого – із зовнішньою оболонкою ядерної мембрани.
За своєю будовою ЕПР неоднорідний, розрізняють два його типи: гранулярний, на мембранах якого розташовані рибосоми та агранулярний (гладкий) – без рибосом. У рибосомах гранулярного ретикулюму відбувається синтез білка, який потім надходить всередину каналів ЕПР, а на мембранах гладкого синтезуються вуглеводи й ліпіди, що потім також надходять у канали ЕПР.
Таким чином, у каналах і порожнинах ЕПР відбувається накопичення продуктів біосинтезу, які згодом транспортуються до органел клітини. Крім того, ендоплазматичний ретикулюм розділяє цитоплазму клітини на ізольовані відсіки, чим забезпечує окреме середовище для різних реакцій.
Ядро являє собою найбільшу клітинну органелу, відмежовану від цитоплазми надзвичайно тонкою та еластичною двомембранною ядерною оболонкою. Воно є найважливішою частиною живої клітини. Відкриття ядра рослинної клітини належить шотландському ботаніку Р. Брауну (1831 р.). У молодих клітинах ядро розміщене ближче до центру, в старих – зміщується до периферії внаслідок утворення однієї великої вакуолі, яка займає значну частину протопласта. Зазвичай у рослинних клітинах є лише одне ядро, хоча трапляються двоядерні та багатоядерні клітини. Хімічний склад ядра представлений білками і нуклеїновими кислотами.
Ядро містить значну кількість ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти), що виконує роль носія спадкових властивостей. Саме в ядрі (у хромосомах) зберігається і відтворюється вся спадкова інформація, яка визначає індивідуальність, особливості, функції, ознаки клітини і загалом всього організму. Крім того, одним з найбільш важливих призначень ядра є керування обміном речовин і більшістю процесів, що відбуваються в клітині. Інформація, яка надходить з ядра, визначає фізіологічний та біохімічний розвиток рослинної клітини.
Всередині ядра знаходяться від одного до трьох немембранних дрібних тілець округлої форми – ядерець, занурених у безбарвну, однорідну, гелеподібну масу – ядерний сік (каріоплазму). Ядерця складаються переважно з білка; 5% їх вмісту займає РНК (рибонуклеїнова кислота). Основна функція ядерець – синтез РНК і формування рибосом.
Поділитись в соцмережах:
