Шпаргалка: Основные свойства цитоплазмы. Цитоплазма реферат

Цитоплазма — Уикипедия

Цитоплазма (гр. kytos — жасуша және гр. плазма — қалыптасқан) — жасуша жарғақшасы мен ядро арасын толтырып тұратын қоймалжың сұйықтық. Клетка Цитоплазмасының сырты плазмолеммамен қапталған. Плазмолемма — Цитоплазманың ақуызды-билипидті қабықшасы, оның орт. қалыңд. 6 — 10 нм, құрамында ферменттер болады. Ол жасуша мен оны қоршаған орта арасындағы зат алмасу процесін қамтамасыз етеді. Цитоплазманың негізгі құрамы гиалоплазмадан, органеллалардан және қосындылардан тұрады.

Тірі ағзалардың құрамына кіретін жасушаларды екі топқа бөлуге болады: ядро қабаты болмайтыны прокариоттар оларға көк жасыл балдырлар және бактериялар жатады, ядро қабаты жақсы жетілгені эукариоттар, бұған өсімдіктер мен жануарлар жасушалары жатады.

Эукариотты жасушалар үш бөлімнен тұрады: сыртын қоршап жатқан плазматикалық мембранадан, цитоплазмадан және ядродан.

Прокариоттар мен өсімдік жасушаларының плазматикалық мембраналарының сыртында жасуша қабаты болады, ал жануарлар жасушаларында мұндай қабат болмайды. Клетканың ядросын қоршап жатқан қоймалжың затты цитоплазма деп атайды Эукариотты жасушалар цитоплазмасының әртектілігі оның құрамында гиалоплазманың болуынан. Гиалоплазма мембраналы және мембранасыз компоненттерден тұрады. Мембраналы компоненттерге митохондриялар, пластидтер, эндоплазмалық тор, Гольджи аппараты, лизосомалар, ал мембранасыз компоненттерге центриольдар, рибосомдар, микротүтікшелер, микрофиламенттер жатады. Цитоплазманың құрамындағы жоғарыда аталған компоненттер бір-бірімен өте тығыз байланыста болады.

Гиалоплазма[өңдеу]

Гиалоплазма — Цитоплазманың нағыз ішкі ортасын түзетін, оның негізгі плазмасы. Онда ақуыз молекулалары кешендерінің түзілуі мен ыдырау процестері үздіксіз жүріп жатады.

Гиалоплазма (гр. hyalinos — мөлдір, шыны тәрізді; гр. plasmos — плазма) — жануарлар және өсімдік жасушалары цитоплазмасының органеллалар (тұрақты кездесетін құрылымдар - жасушаның тым ұсақ мүшелері) мен қосындылар (тұрақсыз құрылымдар) орналасатын біркелкі қоймалжың заты, жасуша цитоплазмасының негізгі заты.

Гиалоплазма жасушаның ішкі ортасын құрайды. Гиалоплазманың құрамына негізінен глобулалы протеиндер кіреді. Олар жалпы жасуша протеиндерінің 20-25% құрайды. Гиалоплазмада қант, азоттық негіздер, амин қышқылдары, липидтер т.б. қосылыстар метаболизмінің ферменттері болады. Гиалоплазмадағы бос рибосомалар мен полисомаларда жасушаның өз керегіне пайдаланылатын протеиндер түзіледі.

Органеллалар (organellae, гр. organon — құрал, мүше, ағза; гр. еllа — майда, кішірейту) — жасуша тіршілігі үшін әртүрлі қызмет атқаратын жасуша цитоплазмасындағы тұрақты құрылымдар. Адам мен жануарлар жасушаларында органеллалардың екі түрі болады. Олар: жалпы органеллалар және арнайы органеллалар. Жалпы органеллалар ағза жасушаларының барлығына түгелдей ортақ, яғни барлық жасушаларда кездеседі. Өз кезеңінде жалпы органеллалар: жарғақты (мембраналы) және жарғақсыз органеллалар болып екі топқа бөлінді. Жарғақты органеллаларға: митохондриялар, гранулалы эндоплазмалық тор, агранулалы (тегіс) эндоплазмалық тор, пластинкалық кешен (Гольджи кешені), лизосомалар, ал жарғақсыз органеллаларға: бос рибосомалар, полисомалар, центросома (центриольдер), микротүтікшелер, кірпікшелер, талшықтар және микрофиламенттер жатады. Арнайы органеллалар тек кейбір жасушаларда ғана болады. Оларға миофибриллалар (ет жасушаларында, ет талшықтарында — миосимпласттарда), тонофибриллалар (эпителиоциттерде), нейрофибриллалар (нейроциттерде), кірпікшелер, талшықтар жатады. Өсімдіктер жасушаларында аталған жалпы органеллалардан басқа пластидтер (хлоропласт, хромопласт, лейкопласт) болады.

Органеллалар жалпы және арнайы болып бөлінеді. Жалпы органеллалар — жануарлар мен өсімдіктер жасушаларында болатын және тұрақты қызметтер атқаратын құрылымдар. Арнайы органеллалар — тек кейбір маманданған жасушаларға тән (биожіпше, тоножіпше, нейрожіпше, кірпікшелер, микробүрлер). Бұлардың әрқайсысының атқаратын қызметтері бар. Органелла жасушасының қаңқасын түзетін және оның митоздық бөлінуін қамтамасыз ететін органелла — центросоманы құрайды. Жоғары сатыдағы өсімдік жасушалары Гиалоплазмасында центросома центриольдері болмайды, оларда арнайы органоидтар — пластидтер (лейкопластар, хлоропластар, хромопластар) болады, ал Гольджи кешені Органеллада шашырап жатқан диктиосома түрінде берілген. Қосындылар — Органелланың тұрақсыз құрылымдары. Бұған: трофик. (ақуыздар, майлар, көмірсулар), секреторлық (биол. белсенді заттар), пигменттік (каротин, гемоглобин, билирубин, меланин, т.б.) заттар жатады. Өсімдік жасушасының Органелласында өсімдік шырынына толған, арнайы жарғақпен (тонопластпен) қапталған қосынды — вакуольдер болады; қ. Клетка.[1]

Цитоплазма мембраналары[өңдеу]

Клеткада кездесетін барлық мембраналар (плазматикалық органоидтардың мембраналары.

Мембраналардың құрылыстарын анықтайтын көптеген модельдер ұсынылды. Олар негізінде ақуыздар мен фосфолипидтердің байланысын көрсетеді. Кейбір модельде мембрана үзілмейтін қатпарлы құрылым, кейбіреуінде мицелла түрінде көрсетіледі. Мембрананың ішкі глобулярлы түйіршіктері ашылғаннан кейін мембраналарды ақуыздар кіретін сұйық құрылым ретінде қарайды және ішкі жасуша мембраналары құрылысы және химиялық құрамы жағынан бір-біріне ұқсас келеді. Электронды микроскоптан мембрананың үш қабаттан тұратынын анық көруге болады. Ортаңғы ашық қабат бимолекулалы май қабатынан, ал шеткі күңгірт қабаттары ақуыз молекулаларынан түзіледі. Клетканың сыртқы қабаты (плазматикалық) оны сыртқы ортадан бөліп тұрады, ал ішкі мембраналар көпіршік түрінде келіп, өзінің құрамындағы заттарды цитоплазмадан ажыратады.

Клетка цитоплазмасындағы мембраналар қуыстар, түтікшелер немесе көпіршіктер жасап, өздерінің ішіндегі заттарды гиалоплазмадан бөліп, күрделі тор құрайды. Мұндай мембраналарға митохондрия, пластидтер, эндоплазмалық торлардың мембраналары жатады.[2]

Плазмалемма[өңдеу]

Клетканың ішкі мембраналарына қарағанда плазмалемма холестеринге бай. Плазмалемманың бір ерекшелігі оның сыртында көмірсулардан тұратын гликокаликс қабаты орналасады. Бұл қабаттың қалыңдығы 3—4 мм-дей болады. Плазмалемма негізгі атқаратын қызметі: қорғаныштық, өткізгіштік және тасымалдаушы. Тасымалдаушы плазмалемма сулардың, иондардың және молекулалардың сыртқы ортадан жасушаға өтуін және кері өтуін реттеп отырады. Зат алмасу процесінде жасушада пайда болған қорытылған заттар да осы плазмалемма арқылы сыртқа шығарылып отырады. Плазмалемманың сыртқы бетіне рецепторлық ферменттер орналасады, олар жасушаның күйін басқа көрші жасушаларға жеткізіп тұрады. Плазмалемма жасушаның бөліну процесінде маңызды рөл атқарады. Оның сыртында микротүтікшелер, талшықтар сияқты әр түрлі өсінділер болады.

Плазмалемманың тасымалдаушы қызметі[өңдеу]

Үлкен молекулалар жай өтеді де, кіші молекулалар жылдам өтеді. Ең жылдам өтетін су және оның құрамындағы ерітінділер екен. Егер эритроцитті өзінің цитоплазмасынан гөрі шоғырлануы аз тұзды ерітіндіге салсақ, онда сыртқы ортадан су жасушаға көп енеді де жасушаның көлемі өсіп, оның сыртқы мембранасы жарылып кетеді. Керісінше, егер эритроцитті шоғырлануы көп тұзды суға салсақ, онда жасушадағы су бөлініп шығады да, ол қабысып, жиырылып қалады. Клетканың сыртқы мембранасында линопротеин қабатында «порлар» болады, олар арқылы иондар және сулар өтеді. Осы мембрана арқылы К+, N+ катиондары аса жылдамдықпен жүреді. Мембрананың тасымалдау қызметі: иондар мен судың шоғырлануы көп ортадан шоғырлануы аз ортаға (пассивті тасымалдау), және керісінше, шоғырлануы аз заттың Шоғырлануы көп ортаға енуін (активті тасымалдау) реттеп отырады. Активті тасымалдау энергия жұмсау арқылы өтеді (АТФ), К+, Na+ -иондарының шоғырлануын реттеп тұратын К+, Na+—«насосы» плазмалеммаға орналасады. Осы «насостардың» жұмыстарын зерттеу үшін эритроцитті алуға болады. Бұл жасушада К+, Na+ иондарының шоғырлануы қанның плазмасына қарағанда өзгеше болады (бірақ концентрациясының жиынтығы шамалас, жасушаның сыртында және ішінде изотониялы). Белоктар, нуклеин қышқылдары, майлар, ыдырап барып мономерлер түрінде ғана плазмалеммадан өте алады.

Кейбір жағдайларда макромолекулалар немесе ірі түйіршіктер жасушаға эндоцитоз процесі арқылы өтуі мүмкін. Эндоцитозды фагоцитоз жәме пиноцитоз деп екі түрге бөлуге болады: фагоцитоз процесі дегеніміз жасушалардың ірі түйіршіктерді қабылдап цитоплазмасына өткізуі. Бұл процесті бірінші рет зерттеген орыс ғалымы — И. И. Мечников. Пиноцитоз процесінде жасуша цитоплазмасына ерітінділерді қабылдайды. Плазмалемма арқылы ішінде сұйық заттары бар көпіршіктердің жасушаға өтуін пиноцинтоз деп атаймыз. Эндоцитоздың бірінші кезеңінде (адсобция) энергия жұмсалмайды. Сырттан келген көпіршіктер плазмалемманы итеріп, ойыс жасап барып өтеді немесе плазмалемма өсінділері біртіндеп жасушаға енеді, жасушаға енген көпіршіктер плазмалеммадан жеке бөлініп барып орналасады. Клеткаға түскен түйіршікті заттар лизосомадағы гидролаза ферменттер арқылы қорытылады. Пиноцинтоз процесін көптеген жасушалардан, яғни өзіне қоректік заттарды сіңіретін, мысалы ішек жасушаларынан (энтороциттер) байқауға болады. Энтороциттердің жоғарғы (апикальді) бөлімінде пиноцитоз көпіршіктері орналасады, олар жасушаға ыдырап майларды, көмірсуларды т. б. өткізіп отырады.

Дереккөздер[өңдеу]

1. ↑ Биоморфология терминдерінің түсіндірме сөздігі/ - Алматы: "Сөздік-Словарь", 2009. ISBN 9965-822-54-9
2. ↑ Цитология және гистология. Оқу құралы. Сапаров Қ.Ә. - Алматы: Қазақ университеті, 2009. - 128 бет. ISBN 978-601-247-057-4

kk.wikipedia.org

Цитоплазма — реферат

Цитоплазма

Цитоплазма – это важнейшая составная часть клетки, к которой относится все ее живое вещество, за исключением ядра. Термин был предложен Страсбургером в 1882 г., чтобы отличать внеядерную часть плазмы клетки от ядерной – кариоплазмы или нуклеоплазмы. Цитоплазма ограничена с одной стороны плазматической мембраной, с другой – ядерной мембраной.

Органоиды, включения, другие структуры  погружены в основное вещество клетки – гиалоплазму или цитозоль.

Цитоплазма составляет основную массу клетки – это весь ее внутреннее содержание, за исключением ядра. Содержит 75-85% воды, 15-25% белков и многие другие вещества, но в меньших количествах. При изучении клетки с помощью светового микроскопа цитоплазма есть гомогенной, бесцветной, прозрачной, вязкой жидкостью. Однако электронный микроскоп позволил выявить сложную многокомпонентную, полифункциональную, высокоупорядоченную структуру цитоплазмы. Цитоплазма состоит из цитозоля (цитоплазматический матрикс), внутриклеточных органелл и включений.

Цитозоль составляет большую часть цитоплазмы (55% от общего объема клеток), не содержит органелл. Это коллоид, состоящий из сложной смеси растворенных в воде органических макромолекул - белков, жиров, углеводов и неорганических веществ. Содержит до 10000 различных видов белков, главным образом ферментов.

Химический состав и свойства цитозоля.

В цитозоле находятся неорганические (вода, соли, газы) и органические вещества.

Неорганические вещества. Вода является основной составляющей частью цитозоля. В среднем в клетках содержится около 75% воды. Благодаря своим свойствам  водная среда обеспечивает почти  все жизненные процессы в клетках. В частности, вода обладает следующими свойствами:

1) растворитель для веществ в  клетке, в результате чего многие  из них ионизируются водой,  что облегчает химические реакции,

2) способствует передвижению веществ  в клетке, из клетки в клетку  в растворенном состоянии,

3) эффективнный термостабилизатор, сохраняет тепло, образованное клеткой;

4) обеспечивает постоянное броуновское движение молекул.

Соли составляют 1-2% цитозоля. В  водной среде они образуют ионы. Большинство солей клеток - это  карбонаты, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты и хлориды солей натрия, калия, кальция, магния и железа. В первую очередь, они играют существенную роль в поддержании осмотичности и  кислотности цитозоля. Многие из них  участвуют в биологических процессах  и входят в состав некоторых белков.

Газы. В клетках имеются кислород, углекислый газ, азот и аммиак. Кислород и азот поступают из атмосферы  путем диффузии. Углекислый газ и  аммиак образуются в клетке в результате обмена веществ. С02 образуется как конечный продукт при окислительных реакциях и постоянно удаляется из клеток. Азот – инертный газ, он не участвует в клеточных реакциях. Органические вещества составляют 20-25% от массы живой клетки.

Основными группами этих веществ являются: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые  кислоты. Они, прежде всего, обеспечивают специфику строения и функции  клеток, являются энергетическими субстратами  окисления, образуют запасные вещества и т.д.

Физические свойства цитозоля. Коллоидное содержание может переходить из жидкого состояния - золя - в более твердый - гель. Изменения в коллоидном состоянии связанные с различным распределением коллоидных частиц в цитозоле. Переход из одного состояния в другое называют фазовым переходом. В состоянии золя его частицы распределены менее случайно и равномерно, что обеспечивает четкое движение молекул. В состоянии геля доли образуют агрегаты между собой и с водой, что приводит к связыванию свободной воды и потери движения цитоплазмы. Подвижность молекул значительно уменьшается. Это означает, что в местах "твердого" цитозоля скорость обмена веществ ограничено, а на участках "жидкого" цитозоля наблюдаются максимальные скорости биохимических процессов. Переход участков цитоплазмы из состояния геля в золь и наоборот приводит циклоз - движение участков цитоплазмы.

В цитозоле происходит постоянное броуновское движение молекул, постоянное их столкновения, что обуславливает высокую скорость метаболических реакций. Коллоидное состояние цитозоля обеспечивает объем и форму клеток, а с помощью химических буферов поддерживается постоянство рН. Броуновское движение молекул зависит от состояния цитозоля: чем он более "жидкий" - тем интенсивнее движение молекул. Повышение температуры также приводит к увеличению интенсивности движения и ускорения биохимических реакций. Броуновское движение обеспечивается тепловым движением молекул. При этом каждая молекула совершает вращательное - поступательные движения. Это обеспечивает частое столкновение молекул, например, каждая молекула цитозоля имеет примерно 1 млн. столкновений в секунду. Таким образом, броуновское движение лежит в основе и является необходимым условием протекания всех биохимических реакций обмена веществ.

Биологические свойства цитозоля. Химический состав и физическое состояние предопределяют биологические свойства цитозоля, служащие структурной целостности и функциональной активности клеток. Прежде всего - это  поддержка метаболизма. Цитозоль - это  среда, где протекают одновременно тысяча биохимических реакций. Считается, что около 70% реакций клеточного метаболизма происходит в цитозоле, содержащий тысячи разновидностей ферментов. Это реакции гликолиза, глюконеогенеза, синтеза белков, жирных кислот, аминокислот, нуклеотидов и другие. На рибосомах  в цитозоле синтезируется много  белков, которые используются клеткой  для собственных нужд. Рибосомы, связанные с ЭПС, образуют белки  на "экспорт".

Функции органелл клетки обеспечиваются постоянным, необходимым для них  окружением цитозоля. С цитозоля органеллы  получают необходимые вещества и  выбрасывают в него отходы. Цитозоль берет участие в процессе поддержания  гомеостаза клетки. Реакции, происходящие в цитозоле, обеспечивают постоянство  состава клетки и ее структурной  организации. В цитозоле постоянно  поддерживается концентрация воды, газов, субстратов химических реакций, рН. Эти условия необходимые для протекания биохимических и физиологических процессов. Вследствие постоянного синтеза молекул (Белков, аминокислот, нуклеотидов, углеводов, жиров и др.) возможен обмен поврежденных молекул на новые, синтезированы. Это касается и постоянной поддержки структуры и состава всех органелл. В цитозоле присутствуют нелизосомальные протеазы, которые переваривают дефектные белки с низкой продолжительностью жизни. Цитозоль являются резервуаром различных субстратов (аминокислот, нуклеотидов, глюкозы и других), которые постоянно используются в обмене веществ для образования новых структур или их восстановления.

Цитозоль обеспечивает рост и дифференцировку  клетки. После деления клетки имеют  малый размер и слабо дифференцированы. Рост их всего связан с синтезом и накоплением необходимых органических веществ, большинство которых образуются в цитозоле. Эти вещества увеличивают  объем клетки, а также используются для формирования или роста органелл. В процессе развития клеток появляются специфические органеллы, изменяется форма клеток, они постепенно приобретают  черты и свойства клеток- предшественников. Таким образом, цитозоль является одним  из основных компонентов клетки. 

Цитоплазматические структуры  клетки представлены включениями и  органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках  некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например, в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов подлежащих выделению  из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства  клеток, имеющим специфическую структуру  и выполняющим жизненно важную функцию.

Органеллы цитоплазмы по принципу своего строения разделяются на две группы: мембранные и немембранные.

Мембранные органеллы представляют собой замкнутые компартменты, ограниченные мембраной, которая представляет собой их стенку.

Немембранные органеллы не являются клеточными компартментами и имеют иное строение.

К мембранным органоидам эукариотической  клетки относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.

К немембранным органеллам общего назначения относятся рибосомы, центриоли, микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты.

Цитоскелет

Цитоскелет - это сетка белковых фибрилл и микротрубочек, покрывающие изнутри цитоплазматическую мембрану и пронизывают внутреннее пространство клетки. Он характерен для всех эукариотических клеток, а также является основным компонентом ворсинок и жгутиков простейших, хвостика сперматозоидов, веретена деления клеток.

Цитоскелет состоит из трех типов  структур:

1) микротрубочки (толстые), образованные несколькими белковыми фибриллы, содержащие глобулярный белок - тубулин,

2) микрофиламенты (тончайшие), имеющих  способность сокращаться, образуются  глобулярным белком - актином,

3) промежуточные филаменты (комбинация  нескольких микрофиламентов). Фибриллы цитоскелета могут при необходимости сгруппироваться из мономеров белков и распадаться после выполнения функции. Обладают способностью к сокращению и движению. В клетке фибриллы взаимодействуют между собой при участии вспомогательных белков. Они покрывают с внутренней стороны цитоплазматическую мембрану и пронизывают внутреннее пространство клетки. Этим достигается стабильность формы и объема клетки, а также возможность изменения формы, движения органелл и клетки.

Функции цитоскелета:

1. Поддержка объема и формы  клеток. Основную роль в этом  играет фибриллярные сетка, покрывающая  изнутри мембрану (кортекс). Эта сетка  специальным белком (онкерин) прикреплена  к цитолемму. К этой сетки  присоединены нити микрофиламентов и микротрубочек, что в значительной степени стабилизирует форму клетки.

2. Изменение формы клеток. Система  белковых фибрилл способна к  сокращению или растяжения. За  счет этого может происходить  изменение формы клеток (например, формирование псевдоподий в лейкоцитах).

3. Передвижения органелл и транспортных  везикул. Фибриллы цитоскелета прикреплены к клеточным органеллам. Это стабилизирует их положение в цитоплазме. Кроме того, изменение длины фибрилл приводит к перемещение клеточных структур.

4. Образование мультиферментных компонентов. В местах переплетения нескольких фибрилл цитоскелета создаются благоприятные условия для размещения комплекса ферментативных белков. Это обеспечивает структурною единство ферментов и определенный метаболический процесс.

5. Благодаря наличию плотной  сетки микрофибрилл цитозоль приобретает определенные структуры, что способствует координированному размещению комплексов ферментов. Этим достигается интеграция всей цитоплазмы – объединение в единое целое.

6. Образование веретена деления  во время митоза. Веретено деления  образованное сеткой микротрубочек,  что "Собираются" с участием  центриоль и четко упорядочен  располагаются в цитозоле.

7. Образование ворсинок и жгутиков  у простейших.

8. Образования межклеточных контактов (десмосом). Десмосомы - структуры цитоплазматических мембран, принадлежащих одновременно двум соседним клеткам. Связывание клеток происходит благодаря микрофиламентам, проникающих через десмосомы из одной клетки в другую.

9. Обеспечение сократительной функции мышечных волокон. Активность филаментов является одной из главных частей сократительного актиномиозинового комплекса.

Цитоплазма находится в постоянном движении, чем обеспечивается транспорт  веществ в различных участков клетки. Движение цитоплазмы – универсальной  параметр всех живых клеток. Он обеспечивает структурную организацию живой  клетки, ее энергетический обмен, ведет  к сбалансированному распространения  предшественников биосинтеза, продуктов  биогенеза, влияет на мембранные потоки. Движение цитоплазмы происходит путем  колебания, струйного направления, кругового движения, фонтанирующего движения и др.

Список используемых источников литературы:

1. Третьяков Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. / Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; Под ред. Н.Н. Третьякова. – М.: Колос, 2009. - 640 с.

2. Кузнецов В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева. – М.: Высшая школа, 2006. - 736 с.

3. Лебедев С.И. Физиология растений / С.И. Лебедев. – М.: Колос, 2008. - 544 с.

4. Либберт Э. Физиология растений / Э. Либберт. – М.: Мир, 2006. - 580 с.

referat911.ru

Курсовая работа - Основные свойства цитоплазмы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЦИТОПЛАЗМЫ

Физико-химические свойства цитоплазмы. Цитоплазма, представляющая собой основную массу протопласта (за вычетом ядра, митохондрии и пластид), имеет сложное строение, детали которого до сих пор еще не выяснены. Она состоит из большого количества высокомолекулярных веществ — биополимеров. Часть последних формирует особые структурные образования — мембраны, придающие цитоплазме значительную структурность. Цитоплазма проявляет свойства сравнительно вязкой жидкости, но одновременно и некоторые свойства твердого тела (эластичность). Подобное сочетание свойств возможно благодаря тому, что молекулы биополимеров способны образовывать временные ассоциации различных размеров. Разрушение этих ассоциаций способствует проявлению жидкостных свойств, их восстановлению — проявлению свойств твердого тела.

Структурную основу всей цитоплазмы, так называемый цитоскелет, составляют особые белки, способные преобразовывать химическую энергию в механическую работу. Это — сократительные белки, подобные тем белкам, из которых построены мышцы животных. Благодаря пустой сети мембран внутри цитоплазмы образуется множество так называемых отделов. Тем самым создаются условия для пространственного разграничения различных биохимических процессов. Эти процессы могут протекать одновременно в разных частях цитоплазмы одной и той же клетки, не мешая друг другу.

/>

Схема строения геля

Молекулы биополимеров — белков и липидов — в мембранах расположены в строго определенной последовательности.

Благодаря такому строению мембрана обладает способностью избирательно пропускать молекулы одних веществ и не пропускать молекулы других веществ, т. е. она обладает избирательной проницаемостью, и играет важную роль в жизнедеятельности.

Цитоплазма имеет две пограничные мембраны. Одна из этих мембран, называемая плазма леммой, отграничивает цитоплазму от вакуоли. Тонопласт — наиболее устойчивая часть цитоплазмы; при гибели содержимого клетки он отмирает последним.

Значительную роль в процессах структурообразования в цитоплазме играют ионы, а также молекулы низкомолекулярных соединений, обладающие полярными группами.

/>

Схематическое изображение различных форм плазмолиза: 1 — выпуклая; 2 — вогнутая; 3, 4 — судорож

Поступление веществ в цитоплазму. Вещество, поступившее в цитоплазму, либо связывается самой цитоплазмой, либо поступает из нее в клеточный сок. Растворы солей или Сахаров высокой концентрации обычно не проникают в цитоплазму, а оттягивают из нее воду. При этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название плазмолиза. При отхождении цитоплазмы от стенок клетки она образует вогнутую поверхность (вогнутый плазмолиз), которая затем через 15—30 мин переходит в выпуклую форму (выпуклый плазмолиз).

Своеобразную форму плазмолиза можно вызвать действием раствора роданистого калия (KCNS) на клетку чешуи лука. Анионы CNSпроникают в клетку и вызывают набухание мезоплазмы, внутрь вакуоли они не проникают. Мезоплазма при этом становится хорошо заметной в виде колпачков на полюсах плазмолизированного протопласта. Отсюда данный тип плазмолиза получил название колпачкового плазмолиза.

Колпачковый плазмолиз обнаруживает первый тип проницаемости цитоплазмы, когда проникшее вещество связывается самой цитоплазмой и не поступает в вакуоль.

Другой тип проницаемости цитоплазмы связан с проникновением вещества в вакуоль. Далеко не все растворы вызывают долго длящийся плазмолиз. Если плазмолизировать протопласт клетки раствором мочевины или глицерина, то сначала наблюдается плазмолиз. Затем плазмолиз сравнительно быстро заканчивается. Мочевина и глицерин быстро проникают внутрь вакуоли, увеличивают концентрацию клеточного сока, который начинает поглощать воду из окружающего раствора. При этом цитоплазма вновь подходит к стенкам клетки. Это явление получило название деплазмолиза, и такой плазмолиз называется временным.

/>

Колпачковый плазмолиз в растворе роданистого калия

Проникновение вещества в вакуоли клетки можно наблюдать на примере действия красителя метиленового синего (водный раствор 1:5000) на какое-нибудь водное растение, например элодею. Краситель скопляется внутри вакуолей, и очень часто в них даже образуется осадок из красителя, связанного с дубильными веществами вакуолей.

Проницаемость цитоплазмы связана с активной жизнедеятельностью (дыханием) растения. Поступление веществ (солей или, вернее, их катионов и анионов) в цитоплазму идет за счет обмена их на ионы, выходящие из клетки. Это происходит таким образом, что образованные в процессе дыхания Н+и НСОз (ионы угольной кислоты) выделяются в окружающий раствор, а на их место в цитоплазму поступают ионы калия и натрия вместо ионов водорода, а на место иона НСОз— соответственные анионы.

Не всегда вещества проникают в цитоплазму за счет ее активной жизнедеятельности. Дело в том, что поверхностные слои цитоплазмы богаты липидами, которые не образуют сплошной пленки на поверхности цитоплазмы, а чередуются с молекулами белков или вкраплены в белковый остов поверхностных слоев, т. е. на поверхности цитоплазмы образуется своеобразная мозаика из участков белков и липидов. Растворимые в липидах вещества (спирт, эфир, хлороформ и др.) очень легко проникают в цитоплазму.

Вода и соли, нерастворимые в липидах, проникают в цитоплазму через белковые слои.

Проницаемость цитоплазмы не остается постоянной в течение жизни растения, а меняется с возрастом, а также увеличивается при повышении температуры и интенсивности освещения.

Движение цитоплазмы. Одним из характерных свойств цитоплазмы является ее способность к движению. Движение цитоплазмы и находящихся в ней включений происходит как в постенном слое, так и в тяжах, связывающих ядро с цитоплазмой.

Скорость перемещения цитоплазмы в эпидермисе чешуи лука составляет примерно 5—7 м/с. На скорость движения Цитоплазмы влияют температура, свет и другие факторы. В одном из опытов движение цитоплазмы в клетках водного растения валлиснерии начиналось при температуре 1,25°С, шло с наибольшей интенсивностью при 38,5°С и останавливалось при 45°С.

Движение цитоплазмы играет большую роль в жизнедеятельности растительного организма, способствуя перемещению веществ из одной клетки в другую.

Вязкость — одно из важнейших свойств цитоплазмы. Она очень сильно колеблется в зависимости от вида растения, а также от фаз его развития. У некоторых растений вязкость цитоплазмы немного превышает вязкость воды, а у других достигает вязкости глицерина, превосходящего в этом отношении воду в 87 раз. Вязкость цитоплазмы тесно связана с обменом веществ: чем выше вязкость, тем обычно менее интенсивен обмен. У созревших семян цитоплазма переходит в студенистое состояние — гель. Высокая вязкость цитоплазмы способствует увеличению устойчивости растений к повышенной температуре.

Сравнительное определение вязкости цитоплазмы производят по времени перехода вогнутого плазмолиза в выпуклый.

Насколько тесно связана вязкость цитоплазмы с температурой коагуляции белков, видно на примере озимой ржи. Вязкость цитоплазмы в различных органах ржи неодинакова. В тех органах, где она выше, белки цитоплазмы свертываются при более высокой температуре.

/>

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ

Помимо цитоплазмы, в световом микроскопе можно наблюдать и другие составные части, получившие название органоидов клетки. К ним относятся ядро, пластиды, митохондрии.

Крупные органоиды (ядро, пластиды) хорошо видны в световом микроскопе, другие органоиды (митохондрии, рыбосомы) и структурные элементы цитоплазмы (аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть) только лишь в электронном микроскопе.

Ядро является обязательной составной частью любой растительной и животной клетки. Оно имеет обычно округлую или слегка вытянутую форму. Абсолютные размеры ядра не превышают 7—8 мкм. Ядро состоит из ядерной плазмы (кариоплазмы), ядрышка, ядерной оболочки, отграничивающей ядро от окружающей цитоплазмы. Кариоплазма содержит твердую часть — хроматин и жидкую — ядерный сок. Хроматин — это сложное образование, в состав которого входят нуклеопротеиды, т. е. соединения белков с нуклеиновыми кислотами. В ядре содержится дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК, а в ядрышке — рибонуклеиновая кислота — РНК.

/>

Лейкопласты в эпидермисе листьев традесканции: 1— лейкопласты; 2—ядро; 3— оболочка

Ядро играет огромную роль в жизни клеток. При делении клеток (митозе) из хроматина ядра образуются хромосомы, которые являются носителями наследственности. Число хромосом строго определенно для каждого отдельного вида растений и животных. Ядро имеет большое значение и в неделящейся клетке. О роли ядра можно судить по изучению физиологии безъядерных клеток. В 1890 г. И.И. Герасимов, действуя на делящуюся клетку водоросли спирогиры низкой температурой, или эфиром, получал безъядерные клетки и клетки, содержащие двойное количество ядерного вещества. Безъядерные клетки хотя и продолжали некоторое время жить, но переставали расти, обмен веществ в них шел ненормально. Образовавшийся в процессе фотосинтеза крахмал не претерпевал дальнейших превращений, и клетки им переполнялись.

Отделенная от ядра цитоплазма сравнительно быстро погибает из-за нарушения обмена веществ. Изолированное от цитоплазмы ядро также не может существовать. Жизнеспособными являются только клетки, содержащие цитоплазму и ядро. Пластиды. Пластидами называются особые органоиды в клетке. К ним относят бесцветные лейкопласты, зеленые хлоропласты и оранжевые хромопласты. Все виды пластид могут возникать из бесцветных пропластид. Окраска пластид обусловлена особыми пигментами (красящими веществами): в хлоропластах — зеленым хлорофилле м, а в хромопластах — оранжевым каротином.

Лейкопласты имеются в клубнях и корневищах растений, где они образуют запасной крахмал. Кроме того, они встречаются в эпидермисе листьев некоторых растений, например в листьях традесканции. Роль их в эпидермисе связана с тем, что они содержат ряд ферментов и способствуют ферментативной деятельности клеток.

Известно, что выращенные в темноте растения бывают бледно- желтого цвета.

/>

Хлоропласты в листьях лехалениума

/>

Хромопласты лепестков настурции

Хлоропласты встречаются в лепестках, плодах и некоторых корнях (морковь). Могут возникать из пропластид и из хлоропластов. Плоды многих растений бывают сначала зелеными — содержат хлоропласты (томаты, рябина, шиповник), затем они краснеют, так как у них разрушается — хлорофилл и остается оранжевый пигмент каротин. В хлоропластах также имеется каротин, но он маскируется зеленым пигментом хлорофиллом. Хромопласты часто имеют игольчатую или неправильную форму, так как каротиноиды в них кристаллизуются.

Помимо пластид, в клетках имеются и другие органоиды — митохондрии, размером около 1 мкм, играющие большую роль в дыхании растений.

СУБМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Электронный микроскоп и основные принципы его работы.

Создание и применение светового микроскопа способствовало развитию ряда биологических наук — цитологии, гистологии, микробиологии, успехи которых привели к крупным практическим результатам в области медицины, сельского хозяйства и ряда отраслей промышленности.

Однако уже к концу XIX в. выяснилось, что возможности светового микроскопа ограничены. Частицы мельче 0,2 мкм в световом микроскопе уже неразличимы. Они лежат ниже разрешающей способнорти микроскопа, т.е. способности различать две отдельные точки.

Развитие физики электронных явлений дало возможность использовать для микроскопа электронные излучения. На смену стеклянным линзам пришли «электронные линзы» — электромагнитные поля, способные фокусировать и преломлять электронный пучок.

В сороковых годах XX в. начали изготовляться первые электронные микроскопы. Разрешающая способность лучших из них составляет в настоящее время около 10-8— 2-10-8см, причем увеличение достигает 1 000 000 раз.

Строение клетки под электронным микроскопом. Изучение ультратонких срезов клеток привело к открытию, что все структурные элементы цитоплазмы клетки и клеточные органоиды имеют мембранное строение. Электронный микроскоп помог увидеть тонкое строение клеток растений и животных. Цитоплазма состоит из матрикса (основы) и заключенных в нееорганелл (хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи и др.), а также мембран. На поверхности цитоплазмы имеются мембраны — плазмалемма а на поверхности вакуоли — тонопласт. Мембраны клетки состоят из липидов и белков. Таким образом, строение мембраны имеет мозаичный характер.

Эндоплазматическая сеть состоит из длинных канальцев, пронизывающих цитоплазму; представляет собой выросты двойной ядерной мембраны. Эндоплазматическая сеть образует в цитоплазме непрерывную систему, ограничивающую полости, по которым перемещаются вещества между ядром и цитоплазмой. Эндоплазматическая сеть увеличивает поверхность цитоплазмы и, как бы изолируя ее на отдельные участки, способствует протеканию разнообразных процессов в [различных частях клетки.

Аппарат Гольджи — структурный элемент цитоплазмы клетки, названный в честь итальянского ученого, который впервые описал это образование. Долгое время считали, что аппарат Гольджи имеется только в животных клетках. В дальнейшем он был обнаружен и в растительных клетках.

Аппарат Гольджи состоит из системы мембран, сгруппированных в стопки. По концам мембран наблюдаются вздутия, которые отшнуровываются от них в виде пузырьков, способных превращаться в вакуоли или цистерны.

Ядро. Изучение ядра в электронном микроскопе показало, 100% то оно окружено оболочкой, состоящей из двух мембран — внутренней и наружной. Предполагают, что наружная мембрана является продолжением мембран, составляющих эндоплазматическую сеть цитоплазмы. В ядерной оболочке имеются поры (до двухсот), через которые происходит обмен между веществами ядра и цитоплазмы. Ядро состоит из округлых гранул, образованных ДНК и РНК в соединении с белками. Кроме того, в ядре имеется одно или несколько ядрышек, содержащих в основном рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Хлоропласты. Хлоропласт отделен от цитоплазмы оболочкой. Внутри хлоропласта расположены пачки мембран, образующих пары, соединенные концами. В результате этого образуется замкнутый диск. Пачки дисков, расположенных в определенном порядке образуют граны ^Хлоропластов. У большинства растений мембрана граны переводит в более тонкую мембрану стромы. Строма является основным веществом хлоропласта и заполняет объем, не заснятый мембранной системой.

В строме находятся капельки жира, крахмальные зерна, гранулярное вещество, содержащее ферменты. Считается, что мембрана хлоропласта (толщина около 70-10-8см) состоит из двух слоев липидов, находящихся между двумя тонкими слоями белка. Хлорофилл образует мономолекулярный слой по всей поверхности диска.

Митохондрии. Электронномикроскопическое изучение митохондрий в клетках показало, что они одеты поверхностной мембраной, под которой находится множество внутренних мембран, расположенных параллельно друг другу. Все мембраны, как мы уже знаем, состоят из нескольких слоев. Толщина слоев и расстояние между ними довольно постоянны. Между мембранами находится внутреннее пространство митохондрий, величина его различна у митохондрий разных клеток.

Митохондрии подвижны и могут перемещаться в клетке за счет собственного движения. Однако по большей части они передвигаются током движущейся цитоплазмы. На свету митохондрии движутся к хлоропластам, а в темноте — к стенкам клетки.

Митохондрии состоят на 30—40% (сухое вещество) из белков, на 25—38% из липидов. В них содержится от 1 до 6% рибонуклеиновой кислоты.

Большую роль в образовании митохондрии играют ионы кальция. При недостатке солей кальция в растении число митохондрий уменьшается.

Мембраны митохондрий содержат постоянный набор ферментов, которые участвуют в процессах окисления и накопления энергии при дыхании. Митохондрии могут осуществлять синтез близких к белкам веществ — пептидов, по-видимому, принимают участие в жировом обмене, а также в поглощении солей и воды. Под влиянием высокой температуры митохондрии набухают и теряют свою структуру.

Рибосомы в отличие от пластид и митохондрий представляют собой не микроскопические, а субмикроскопические органоиды размером от 200-10-8—280-10-8см.

Рибосомы состоят из белков (55%), фосфолипидов (4%) и рибонуклеиновой кислоты (40% от сухого вещества). Они содержат 65% всей рибонуклеиновой кислоты клеток.

Рибосомы образуются в ядре, вернее, в ядрышке,' где происходит их сборка из отдельных более мелких частиц. Рибосомы содержатся в цитоплазме и хлоропластах. Особенное хорошо они заметны в клетках, интенсивно синтезирующих белок, так как основная их функция — синтез белка.

Лизосомы. Круглые пузырьки, осуществляющие внутреннее переваривание веществ. Содержат ряд ферментов, отделены мембраной от цитоплазмы.

Пероксисомы. Мелкие пузырьки. В них происходит фотодыхание.

Микротрубочки. Располагаются в наружном слое цитоплазмы. Состоят из белка тубулина. Входят в состав веретена при делении клеток (митозе).

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Основное свойство образовывать один и тот же вид при развитии растения из воспроизводящей клетки, т. е. свойство наследственности, заключено в ядре и связано с ДНК.

Большое значение в регуляции функций организма играет цитоплазматическая связь между клетками. Они соединены цитоплазматическими нитями — плазмодесмами, объединяющими клетки как бы в единое целое. Впервые плазмодесмы были обнаружены проф. Горожанкиным.

Очень важную роль играет гормональная регуляция физиологических функций. В растениях образуются следующие гормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. О значении каждого из этих гормонов будет идти речь ниже.

Световая регуляция осуществляется длиной дня, продолжительность которого влияет на развитие растений. Растения делятся на растения короткого дня, зацветающие лишь при укорочении длины дня осенью, растения длинного дня, зацветающие только при длине дня больше 12 ч, и нейтральные растения, зацветающие как на коротком, так и на длинном дне. Наконец, регулирование светом может осуществляться с помощью специального вещества — фитохрома. Фитохром имеет две формы: активную и неактивную. Активная форма тормозит рост, неактивная форма дает симптомы этиоляции. По своей природе фитохром близок к пигментам сине-зеленых и красных водорослей фикоциану и фикоэритрину. Освещение красным светом с длиной волны 660 нм переводит фитохром в активную форму, а более длинноволновый красный свет приводит фитохром уже в неактивное состояние.

Таковы в очень коротких чертах основы регуляции отдельных функций растений.

Как мы уже знаем, белковые вещества, составляющие основу живых организмов, построены из аминокислот. В организмах имеется свыше 20 аминокислот. Эти 20 аминокислот могут складываться различным образом и образовывать разнообразные белки, которые выполняют ту или иную функцию в организме. Число комбинаций сложения аминокислот почти безгранично, и это определяет специфичность отдельных белков. План построения белка из аминокислот заложен, или, как говорят, «закодирован», в молекуле ДНК, находящейся в ядре.

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК состоят из трех структурных элементов: азотистых оснований, сахара и фосфорной кислоты. Соединяясь, эти вещества образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют собой продукты полимеризации (уплотнения) большого числа нуклеотидов.

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из одинаковых, периодически повторяющихся групп атомов. Например, полиэтилен имеет строение: (—СНг—СНг)л—СНг—СНг— ДНК — сложный полимер с молекулярной массой от 4 до 10 млн. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образованных большим числом соединенных между собой нуклеотидов. В состав ДНК входит сахар дезоксирибоза (С5Н10О4). ДНК очень чувствительна к действию кислот и при гидролизе в молекулярном растворе соляной кислоты при 60°С через несколько минут распадается на нуклеотиды.

/>

Схема молекулы ДНК

РНК в отличие от ДНК состоит из одной цепи полинуклеотидов и вместо дезоксирибозы содержит d-рибозу (С5Н10О5). РНК распадается на нуклеотиды под влиянием щелочей. В ядре при непосредственном участии ДНК образуется РНК, которая содержит полученные oт ДНК сведения о порядке сложения аминокислот в различные белки. Эта РНК носит название информационной или посредника. На каждую нить информационной РНК садится по нескольку рибосом. Эта цепочка рибосом называется полисомой. В полисомах происходит синтез белка при участии содержащейся в рибосомах рибосомальной РНК. Отдельныерибосомы движутся по нити РНК, считывают заложенную в ней информацию (сведения), полученную в ядре от ДНК и укладывают аминокислоты в полипептидные цепи. Аминокислоты, образовавшиеся в процессе обмена веществ, под водятся к полисомам особой, тоже образовавшейся первоначально в ядре РНК-переносчиком или транспортной РНК названной так потому, что она переносит активированны соответственными ферментами аминокислоты на рибосомы. Таких различных РНК-переносчиков имеется примерно 20 по числу аминокислот, из которых строятся белки.

Таким образом, в синтезе белка в растениях участвуют различные РНК: рибосомальная РНК, информационная РНК передающая порядок укладки аминокислот в полипептидны цепи, и транспортная РНК, которая доставляет активированные соответственными ферментами аминокислоты к полисе мам. Такова схема синтеза белков в растении.

Каждая клетка организма содержит полный набор информации о строении всех белков, которые она может синтезировать. Поэтому из маленького кусочка листа многих растений, например бегонии, может развиться целое растение ил даже из одной клетки (в культуре тканей, см. ниже) может развиться целый организм. С другой стороны, только из ядра или только из цитоплазмы новый организм не образуется, так как весь процесс образования белков происходит только в целостной клетке, состоящей из ядра и цитоплазмы.

/>

Схема биосинтеза белка в клетке

www.ronl.ru

Шпаргалка - Основные свойства цитоплазмы

Физико-химические свойства цитоплазмы. Цитоплазма, представляющая собой основную массу протопласта (за вычетом ядра, митохондрии и пластид), имеет сложное строение, детали которого до сих пор еще не выяснены. Она состоит из большого количества высокомолекулярных веществ — биополимеров. Часть последних формирует особые структурные образования — мембраны, придающие цитоплазме значительную структурность. Цитоплазма проявляет свойства сравнительно вязкой жидкости, но одновременно и некоторые свойства твердого тела (эластичность). Подобное сочетание свойств возможно благодаря тому, что молекулы биополимеров способны образовывать временные ассоциации различных размеров. Разрушение этих ассоциаций способствует проявлению жидкостных свойств, их восстановлению — проявлению свойств твердого тела.

Структурную основу всей цитоплазмы, так называемый цитоскелет, составляют особые белки, способные преобразовывать химическую энергию в механическую работу. Это — сократительные белки, подобные тем белкам, из которых построены мышцы животных. Благодаря пустой сети мембран внутри цитоплазмы образуется множество так называемых отделов. Тем самым создаются условия для пространственного разграничения различных биохимических процессов. Эти процессы могут протекать одновременно в разных частях цитоплазмы одной и той же клетки, не мешая друг другу.

Схема строения геля

Молекулы биополимеров — белков и липидов — в мембранах расположены в строго определенной последовательности.

Благодаря такому строению мембрана обладает способностью избирательно пропускать молекулы одних веществ и не пропускать молекулы других веществ, т. е. она обладает избирательной проницаемостью, и играет важную роль в жизнедеятельности.

Цитоплазма имеет две пограничные мембраны. Одна из этих мембран, называемая плазма леммой, отграничивает цитоплазму от вакуоли. Тонопласт — наиболее устойчивая часть цитоплазмы; при гибели содержимого клетки он отмирает последним.

Значительную роль в процессах структурообразования в цитоплазме играют ионы, а также молекулы низкомолекулярных соединений, обладающие полярными группами.

Схематическое изображение различных форм плазмолиза: 1 — выпуклая; 2 — вогнутая; 3, 4 — судорож

Поступление веществ в цитоплазму. Вещество, поступившее в цитоплазму, либо связывается самой цитоплазмой, либо поступает из нее в клеточный сок. Растворы солей или Сахаров высокой концентрации обычно не проникают в цитоплазму, а оттягивают из нее воду. При этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название плазмолиза. При отхождении цитоплазмы от стенок клетки она образует вогнутую поверхность (вогнутый плазмолиз), которая затем через 15—30 мин переходит в выпуклую форму (выпуклый плазмолиз).

Своеобразную форму плазмолиза можно вызвать действием раствора роданистого калия (KCNS) на клетку чешуи лука. Анионы CNS проникают в клетку и вызывают набухание мезоплазмы, внутрь вакуоли они не проникают. Мезоплазма при этом становится хорошо заметной в виде колпачков на полюсах плазмолизированного протопласта. Отсюда данный тип плазмолиза получил название колпачкового плазмолиза.

Колпачковый плазмолиз обнаруживает первый тип проницаемости цитоплазмы, когда проникшее вещество связывается самой цитоплазмой и не поступает в вакуоль.

Другой тип проницаемости цитоплазмы связан с проникновением вещества в вакуоль. Далеко не все растворы вызывают долго длящийся плазмолиз. Если плазмолизировать протопласт клетки раствором мочевины или глицерина, то сначала наблюдается плазмолиз. Затем плазмолиз сравнительно быстро заканчивается. Мочевина и глицерин быстро проникают внутрь вакуоли, увеличивают концентрацию клеточного сока, который начинает поглощать воду из окружающего раствора. При этом цитоплазма вновь подходит к стенкам клетки. Это явление получило название деплазмолиза, и такой плазмолиз называется временным.

Колпачковый плазмолиз в растворе роданистого калия

Проникновение вещества в вакуоли клетки можно наблюдать на примере действия красителя метиленового синего (водный раствор 1:5000) на какое-нибудь водное растение, например элодею. Краситель скопляется внутри вакуолей, и очень часто в них даже образуется осадок из красителя, связанного с дубильными веществами вакуолей.

Проницаемость цитоплазмы связана с активной жизнедеятельностью (дыханием) растения. Поступление веществ (солей или, вернее, их катионов и анионов) в цитоплазму идет за счет обмена их на ионы, выходящие из клетки. Это происходит таким образом, что образованные в процессе дыхания Н+ и НСОз (ионы угольной кислоты) выделяются в окружающий раствор, а на их место в цитоплазму поступают ионы калия и натрия вместо ионов водорода, а на место иона НСОз— соответственные анионы.

Не всегда вещества проникают в цитоплазму за счет ее активной жизнедеятельности. Дело в том, что поверхностные слои цитоплазмы богаты липидами, которые не образуют сплошной пленки на поверхности цитоплазмы, а чередуются с молекулами белков или вкраплены в белковый остов поверхностных слоев, т. е. на поверхности цитоплазмы образуется своеобразная мозаика из участков белков и липидов. Растворимые в липидах вещества (спирт, эфир, хлороформ и др.) очень легко проникают в цитоплазму.

Вода и соли, нерастворимые в липидах, проникают в цитоплазму через белковые слои.

Проницаемость цитоплазмы не остается постоянной в течение жизни растения, а меняется с возрастом, а также увеличивается при повышении температуры и интенсивности освещения.

Движение цитоплазмы. Одним из характерных свойств цитоплазмы является ее способность к движению. Движение цитоплазмы и находящихся в ней включений происходит как в постенном слое, так и в тяжах, связывающих ядро с цитоплазмой.

Скорость перемещения цитоплазмы в эпидермисе чешуи лука составляет примерно 5—7 м/с. На скорость движения Цитоплазмы влияют температура, свет и другие факторы. В одном из опытов движение цитоплазмы в клетках водного растения валлиснерии начиналось при температуре 1,25°С, шло с наибольшей интенсивностью при 38,5°С и останавливалось при 45°С.

Движение цитоплазмы играет большую роль в жизнедеятельности растительного организма, способствуя перемещению веществ из одной клетки в другую.

Вязкость — одно из важнейших свойств цитоплазмы. Она очень сильно колеблется в зависимости от вида растения, а также от фаз его развития. У некоторых растений вязкость цитоплазмы немного превышает вязкость воды, а у других достигает вязкости глицерина, превосходящего в этом отношении воду в 87 раз. Вязкость цитоплазмы тесно связана с обменом веществ: чем выше вязкость, тем обычно менее интенсивен обмен. У созревших семян цитоплазма переходит в студенистое состояние — гель. Высокая вязкость цитоплазмы способствует увеличению устойчивости растений к повышенной температуре.

Сравнительное определение вязкости цитоплазмы производят по времени перехода вогнутого плазмолиза в выпуклый.

Насколько тесно связана вязкость цитоплазмы с температурой коагуляции белков, видно на примере озимой ржи. Вязкость цитоплазмы в различных органах ржи неодинакова. В тех органах, где она выше, белки цитоплазмы свертываются при более высокой температуре.

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ

Помимо цитоплазмы, в световом микроскопе можно наблюдать и другие составные части, получившие название органоидов клетки. К ним относятся ядро, пластиды, митохондрии.

Крупные органоиды (ядро, пластиды) хорошо видны в световом микроскопе, другие органоиды (митохондрии, рыбосомы) и структурные элементы цитоплазмы (аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть) только лишь в электронном микроскопе.

Ядро является обязательной составной частью любой растительной и животной клетки. Оно имеет обычно округлую или слегка вытянутую форму. Абсолютные размеры ядра не превышают 7—8 мкм. Ядро состоит из ядерной плазмы (кариоплазмы), ядрышка, ядерной оболочки, отграничивающей ядро от окружающей цитоплазмы. Кариоплазма содержит твердую часть — хроматин и жидкую — ядерный сок. Хроматин — это сложное образование, в состав которого входят нуклеопротеиды, т. е. соединения белков с нуклеиновыми кислотами. В ядре содержится дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК, а в ядрышке — рибонуклеиновая кислота — РНК.

Лейкопласты в эпидермисе листьев традесканции: 1— лейкопласты; 2—ядро; 3— оболочка

Ядро играет огромную роль в жизни клеток. При делении клеток (митозе) из хроматина ядра образуются хромосомы, которые являются носителями наследственности. Число хромосом строго определенно для каждого отдельного вида растений и животных. Ядро имеет большое значение и в неделящейся клетке. О роли ядра можно судить по изучению физиологии безъядерных клеток. В 1890 г. И.И. Герасимов, действуя на делящуюся клетку водоросли спирогиры низкой температурой, или эфиром, получал безъядерные клетки и клетки, содержащие двойное количество ядерного вещества. Безъядерные клетки хотя и продолжали некоторое время жить, но переставали расти, обмен веществ в них шел ненормально. Образовавшийся в процессе фотосинтеза крахмал не претерпевал дальнейших превращений, и клетки им переполнялись.

Отделенная от ядра цитоплазма сравнительно быстро погибает из-за нарушения обмена веществ. Изолированное от цитоплазмы ядро также не может существовать. Жизнеспособными являются только клетки, содержащие цитоплазму и ядро. Пластиды. Пластидами называются особые органоиды в клетке. К ним относят бесцветные лейкопласты, зеленые хлоропласты и оранжевые хромопласты. Все виды пластид могут возникать из бесцветных пропластид. Окраска пластид обусловлена особыми пигментами (красящими веществами): в хлоропластах — зеленым хлорофилле м, а в хромопластах — оранжевым каротином.

Лейкопласты имеются в клубнях и корневищах растений, где они образуют запасной крахмал. Кроме того, они встречаются в эпидермисе листьев некоторых растений, например в листьях традесканции. Роль их в эпидермисе связана с тем, что они содержат ряд ферментов и способствуют ферментативной деятельности клеток.

Известно, что выращенные в темноте растения бывают бледно- желтого цвета.

Хлоропласты в листьях лехалениума

Хромопласты лепестков настурции

Хлоропласты встречаются в лепестках, плодах и некоторых корнях (морковь). Могут возникать из пропластид и из хлоропластов. Плоды многих растений бывают сначала зелеными — содержат хлоропласты (томаты, рябина, шиповник), затем они краснеют, так как у них разрушается — хлорофилл и остается оранжевый пигмент каротин. В хлоропластах также имеется каротин, но он маскируется зеленым пигментом хлорофиллом. Хромопласты часто имеют игольчатую или неправильную форму, так как каротиноиды в них кристаллизуются.

Помимо пластид, в клетках имеются и другие органоиды — митохондрии, размером около 1 мкм, играющие большую роль в дыхании растений.

СУБМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Электронный микроскоп и основные принципы его работы.

Создание и применение светового микроскопа способствовало развитию ряда биологических наук — цитологии, гистологии, микробиологии, успехи которых привели к крупным практическим результатам в области медицины, сельского хозяйства и ряда отраслей промышленности.

Однако уже к концу XIX в. выяснилось, что возможности светового микроскопа ограничены. Частицы мельче 0,2 мкм в световом микроскопе уже неразличимы. Они лежат ниже разрешающей способнорти микроскопа, т.е. способности различать две отдельные точки.

Развитие физики электронных явлений дало возможность использовать для микроскопа электронные излучения. На смену стеклянным линзам пришли «электронные линзы» — электромагнитные поля, способные фокусировать и преломлять электронный пучок.

В сороковых годах XX в. начали изготовляться первые электронные микроскопы. Разрешающая способность лучших из них составляет в настоящее время около 10-8 — 2-10-8 см, причем увеличение достигает 1 000 000 раз.

Строение клетки под электронным микроскопом. Изучение ультратонких срезов клеток привело к открытию, что все структурные элементы цитоплазмы клетки и клеточные органоиды имеют мембранное строение. Электронный микроскоп помог увидеть тонкое строение клеток растений и животных. Цитоплазма состоит из матрикса (основы) и заключенных в нееорганелл (хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи и др.), а также мембран. На поверхности цитоплазмы имеются мембраны — плазмалемма а на поверхности вакуоли — тонопласт. Мембраны клетки состоят из липидов и белков. Таким образом, строение мембраны имеет мозаичный характер.

Эндоплазматическая сеть состоит из длинных канальцев, пронизывающих цитоплазму; представляет собой выросты двойной ядерной мембраны. Эндоплазматическая сеть образует в цитоплазме непрерывную систему, ограничивающую полости, по которым перемещаются вещества между ядром и цитоплазмой. Эндоплазматическая сеть увеличивает поверхность цитоплазмы и, как бы изолируя ее на отдельные участки, способствует протеканию разнообразных процессов в [различных частях клетки.

Аппарат Гольджи — структурный элемент цитоплазмы клетки, названный в честь итальянского ученого, который впервые описал это образование. Долгое время считали, что аппарат Гольджи имеется только в животных клетках. В дальнейшем он был обнаружен и в растительных клетках.

Аппарат Гольджи состоит из системы мембран, сгруппированных в стопки. По концам мембран наблюдаются вздутия, которые отшнуровываются от них в виде пузырьков, способных превращаться в вакуоли или цистерны.

Ядро. Изучение ядра в электронном микроскопе показало, 100% то оно окружено оболочкой, состоящей из двух мембран — внутренней и наружной. Предполагают, что наружная мембрана является продолжением мембран, составляющих эндоплазматическую сеть цитоплазмы. В ядерной оболочке имеются поры (до двухсот), через которые происходит обмен между веществами ядра и цитоплазмы. Ядро состоит из округлых гранул, образованных ДНК и РНК в соединении с белками. Кроме того, в ядре имеется одно или несколько ядрышек, содержащих в основном рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Хлоропласты. Хлоропласт отделен от цитоплазмы оболочкой. Внутри хлоропласта расположены пачки мембран, образующих пары, соединенные концами. В результате этого образуется замкнутый диск. Пачки дисков, расположенных в определенном порядке образуют граны ^Хлоропластов. У большинства растений мембрана граны переводит в более тонкую мембрану стромы. Строма является основным веществом хлоропласта и заполняет объем, не заснятый мембранной системой.

В строме находятся капельки жира, крахмальные зерна, гранулярное вещество, содержащее ферменты. Считается, что мембрана хлоропласта (толщина около 70-10-8 см) состоит из двух слоев липидов, находящихся между двумя тонкими слоями белка. Хлорофилл образует мономолекулярный слой по всей поверхности диска.

Митохондрии. Электронномикроскопическое изучение митохондрий в клетках показало, что они одеты поверхностной мембраной, под которой находится множество внутренних мембран, расположенных параллельно друг другу. Все мембраны, как мы уже знаем, состоят из нескольких слоев. Толщина слоев и расстояние между ними довольно постоянны. Между мембранами находится внутреннее пространство митохондрий, величина его различна у митохондрий разных клеток.

Митохондрии подвижны и могут перемещаться в клетке за счет собственного движения. Однако по большей части они передвигаются током движущейся цитоплазмы. На свету митохондрии движутся к хлоропластам, а в темноте — к стенкам клетки.

Митохондрии состоят на 30—40% (сухое вещество) из белков, на 25—38% из липидов. В них содержится от 1 до 6% рибонуклеиновой кислоты.

Большую роль в образовании митохондрии играют ионы кальция. При недостатке солей кальция в растении число митохондрий уменьшается.

Мембраны митохондрий содержат постоянный набор ферментов, которые участвуют в процессах окисления и накопления энергии при дыхании. Митохондрии могут осуществлять синтез близких к белкам веществ — пептидов, по-видимому, принимают участие в жировом обмене, а также в поглощении солей и воды. Под влиянием высокой температуры митохондрии набухают и теряют свою структуру.

Рибосомы в отличие от пластид и митохондрий представляют собой не микроскопические, а субмикроскопические органоиды размером от 200-10-8 —280-10-8 см.

Рибосомы состоят из белков (55%), фосфолипидов (4%) и рибонуклеиновой кислоты (40% от сухого вещества). Они содержат 65% всей рибонуклеиновой кислоты клеток.

Рибосомы образуются в ядре, вернее, в ядрышке,' где происходит их сборка из отдельных более мелких частиц. Рибосомы содержатся в цитоплазме и хлоропластах. Особенное хорошо они заметны в клетках, интенсивно синтезирующих белок, так как основная их функция — синтез белка.

Лизосомы. Круглые пузырьки, осуществляющие внутреннее переваривание веществ. Содержат ряд ферментов, отделены мембраной от цитоплазмы.

Пероксисомы. Мелкие пузырьки. В них происходит фотодыхание.

Микротрубочки. Располагаются в наружном слое цитоплазмы. Состоят из белка тубулина. Входят в состав веретена при делении клеток (митозе).

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Основное свойство образовывать один и тот же вид при развитии растения из воспроизводящей клетки, т. е. свойство наследственности, заключено в ядре и связано с ДНК.

Большое значение в регуляции функций организма играет цитоплазматическая связь между клетками. Они соединены цитоплазматическими нитями — плазмодесмами, объединяющими клетки как бы в единое целое. Впервые плазмодесмы были обнаружены проф. Горожанкиным.

Очень важную роль играет гормональная регуляция физиологических функций. В растениях образуются следующие гормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. О значении каждого из этих гормонов будет идти речь ниже.

Световая регуляция осуществляется длиной дня, продолжительность которого влияет на развитие растений. Растения делятся на растения короткого дня, зацветающие лишь при укорочении длины дня осенью, растения длинного дня, зацветающие только при длине дня больше 12 ч, и нейтральные растения, зацветающие как на коротком, так и на длинном дне. Наконец, регулирование светом может осуществляться с помощью специального вещества — фитохрома. Фитохром имеет две формы: активную и неактивную. Активная форма тормозит рост, неактивная форма дает симптомы этиоляции. По своей природе фитохром близок к пигментам сине-зеленых и красных водорослей фикоциану и фикоэритрину. Освещение красным светом с длиной волны 660 нм переводит фитохром в активную форму, а более длинноволновый красный свет приводит фитохром уже в неактивное состояние.

Таковы в очень коротких чертах основы регуляции отдельных функций растений.

Как мы уже знаем, белковые вещества, составляющие основу живых организмов, построены из аминокислот. В организмах имеется свыше 20 аминокислот. Эти 20 аминокислот могут складываться различным образом и образовывать разнообразные белки, которые выполняют ту или иную функцию в организме. Число комбинаций сложения аминокислот почти безгранично, и это определяет специфичность отдельных белков. План построения белка из аминокислот заложен, или, как говорят, «закодирован», в молекуле ДНК, находящейся в ядре.

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК состоят из трех структурных элементов: азотистых оснований, сахара и фосфорной кислоты. Соединяясь, эти вещества образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют собой продукты полимеризации (уплотнения) большого числа нуклеотидов.

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из одинаковых, периодически повторяющихся групп атомов. Например, полиэтилен имеет строение: (—СНг—СНг)л —СНг—СНг— ДНК — сложный полимер с молекулярной массой от 4 до 10 млн. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образованных большим числом соединенных между собой нуклеотидов. В состав ДНК входит сахар дезоксирибоза (С5Н10О4). ДНК очень чувствительна к действию кислот и при гидролизе в молекулярном растворе соляной кислоты при 60°С через несколько минут распадается на нуклеотиды.

Схема молекулы ДНК

РНК в отличие от ДНК состоит из одной цепи полинуклеотидов и вместо дезоксирибозы содержит d-рибозу (С5Н10О5). РНК распадается на нуклеотиды под влиянием щелочей. В ядре при непосредственном участии ДНК образуется РНК, которая содержит полученные oт ДНК сведения о порядке сложения аминокислот в различные белки. Эта РНК носит название информационной или посредника. На каждую нить информационной РНК садится по нескольку рибосом. Эта цепочка рибосом называется полисомой. В полисомах происходит синтез белка при участии содержащейся в рибосомах рибосомальной РНК. Отдельныерибосомы движутся по нити РНК, считывают заложенную в ней информацию (сведения), полученную в ядре от ДНК и укладывают аминокислоты в полипептидные цепи. Аминокислоты, образовавшиеся в процессе обмена веществ, под водятся к полисомам особой, тоже образовавшейся первоначально в ядре РНК-переносчиком или транспортной РНК названной так потому, что она переносит активированны соответственными ферментами аминокислоты на рибосомы. Таких различных РНК-переносчиков имеется примерно 20 по числу аминокислот, из которых строятся белки.

Таким образом, в синтезе белка в растениях участвуют различные РНК: рибосомальная РНК, информационная РНК передающая порядок укладки аминокислот в полипептидны цепи, и транспортная РНК, которая доставляет активированные соответственными ферментами аминокислоты к полисе мам. Такова схема синтеза белков в растении.

Каждая клетка организма содержит полный набор информации о строении всех белков, которые она может синтезировать. Поэтому из маленького кусочка листа многих растений, например бегонии, может развиться целое растение ил даже из одной клетки (в культуре тканей, см. ниже) может развиться целый организм. С другой стороны, только из ядра или только из цитоплазмы новый организм не образуется, так как весь процесс образования белков происходит только в целостной клетке, состоящей из ядра и цитоплазмы.

Схема биосинтеза белка в клетке

www.ronl.ru

Курсовая работа : Основные свойства цитоплазмы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЦИТОПЛАЗМЫ

Физико-химические свойства цитоплазмы. Цитоплазма, представляющая собой основную массу протопласта (за вычетом ядра, митохондрии и пластид), имеет сложное строение, детали которого до сих пор еще не выяснены. Она состоит из большого количества высокомолекулярных веществ — биополимеров. Часть последних формирует особые структурные образования — мембраны, придающие цитоплазме значительную структурность. Цитоплазма проявляет свойства сравнительно вязкой жидкости, но одновременно и некоторые свойства твердого тела (эластичность). Подобное сочетание свойств возможно благодаря тому, что молекулы биополимеров способны образовывать временные ассоциации различных размеров. Разрушение этих ассоциаций способствует проявлению жидкостных свойств, их восстановлению — проявлению свойств твердого тела.

Структурную основу всей цитоплазмы, так называемый цитоскелет, составляют особые белки, способные преобразовывать химическую энергию в механическую работу. Это — сократительные белки, подобные тем белкам, из которых построены мышцы животных. Благодаря пустой сети мембран внутри цитоплазмы образуется множество так называемых отделов. Тем самым создаются условия для пространственного разграничения различных биохимических процессов. Эти процессы могут протекать одновременно в разных частях цитоплазмы одной и той же клетки, не мешая друг другу.

Схема строения геля

Молекулы биополимеров — белков и липидов — в мембранах расположены в строго определенной последовательности.

Благодаря такому строению мембрана обладает способностью избирательно пропускать молекулы одних веществ и не пропускать молекулы других веществ, т. е. она обладает избирательной проницаемостью, и играет важную роль в жизнедеятельности.

Цитоплазма имеет две пограничные мембраны. Одна из этих мембран, называемая плазма леммой, отграничивает цитоплазму от вакуоли. Тонопласт — наиболее устойчивая часть цитоплазмы; при гибели содержимого клетки он отмирает последним.

Значительную роль в процессах структурообразования в цитоплазме играют ионы, а также молекулы низкомолекулярных соединений, обладающие полярными группами.

Схематическое изображение различных форм плазмолиза: 1 — выпуклая; 2 — вогнутая; 3, 4 — судорож

Поступление веществ в цитоплазму. Вещество, поступившее в цитоплазму, либо связывается самой цитоплазмой, либо поступает из нее в клеточный сок. Растворы солей или Сахаров высокой концентрации обычно не проникают в цитоплазму, а оттягивают из нее воду. При этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название плазмолиза. При отхождении цитоплазмы от стенок клетки она образует вогнутую поверхность (вогнутый плазмолиз), которая затем через 15—30 мин переходит в выпуклую форму (выпуклый плазмолиз).

Своеобразную форму плазмолиза можно вызвать действием раствора роданистого калия (KCNS) на клетку чешуи лука. Анионы CNS проникают в клетку и вызывают набухание мезоплазмы, внутрь вакуоли они не проникают. Мезоплазма при этом становится хорошо заметной в виде колпачков на полюсах плазмолизированного протопласта. Отсюда данный тип плазмолиза получил название колпачкового плазмолиза.

Колпачковый плазмолиз обнаруживает первый тип проницаемости цитоплазмы, когда проникшее вещество связывается самой цитоплазмой и не поступает в вакуоль.

Другой тип проницаемости цитоплазмы связан с проникновением вещества в вакуоль. Далеко не все растворы вызывают долго длящийся плазмолиз. Если плазмолизировать протопласт клетки раствором мочевины или глицерина, то сначала наблюдается плазмолиз. Затем плазмолиз сравнительно быстро заканчивается. Мочевина и глицерин быстро проникают внутрь вакуоли, увеличивают концентрацию клеточного сока, который начинает поглощать воду из окружающего раствора. При этом цитоплазма вновь подходит к стенкам клетки. Это явление получило название деплазмолиза, и такой плазмолиз называется временным.

Колпачковый плазмолиз в растворе роданистого калия

Проникновение вещества в вакуоли клетки можно наблюдать на примере действия красителя метиленового синего (водный раствор 1:5000) на какое-нибудь водное растение, например элодею. Краситель скопляется внутри вакуолей, и очень часто в них даже образуется осадок из красителя, связанного с дубильными веществами вакуолей.

Проницаемость цитоплазмы связана с активной жизнедеятельностью (дыханием) растения. Поступление веществ (солей или, вернее, их катионов и анионов) в цитоплазму идет за счет обмена их на ионы, выходящие из клетки. Это происходит таким образом, что образованные в процессе дыхания Н+ и НСОз (ионы угольной кислоты) выделяются в окружающий раствор, а на их место в цитоплазму поступают ионы калия и натрия вместо ионов водорода, а на место иона НСОз— соответственные анионы.

Не всегда вещества проникают в цитоплазму за счет ее активной жизнедеятельности. Дело в том, что поверхностные слои цитоплазмы богаты липидами, которые не образуют сплошной пленки на поверхности цитоплазмы, а чередуются с молекулами белков или вкраплены в белковый остов поверхностных слоев, т. е. на поверхности цитоплазмы образуется своеобразная мозаика из участков белков и липидов. Растворимые в липидах вещества (спирт, эфир, хлороформ и др.) очень легко проникают в цитоплазму.

Вода и соли, нерастворимые в липидах, проникают в цитоплазму через белковые слои.

Проницаемость цитоплазмы не остается постоянной в течение жизни растения, а меняется с возрастом, а также увеличивается при повышении температуры и интенсивности освещения.

Движение цитоплазмы. Одним из характерных свойств цитоплазмы является ее способность к движению. Движение цитоплазмы и находящихся в ней включений происходит как в постенном слое, так и в тяжах, связывающих ядро с цитоплазмой.

Скорость перемещения цитоплазмы в эпидермисе чешуи лука составляет примерно 5—7 м/с. На скорость движения Цитоплазмы влияют температура, свет и другие факторы. В одном из опытов движение цитоплазмы в клетках водного растения валлиснерии начиналось при температуре 1,25°С, шло с наибольшей интенсивностью при 38,5°С и останавливалось при 45°С.

Движение цитоплазмы играет большую роль в жизнедеятельности растительного организма, способствуя перемещению веществ из одной клетки в другую.

Вязкость — одно из важнейших свойств цитоплазмы. Она очень сильно колеблется в зависимости от вида растения, а также от фаз его развития. У некоторых растений вязкость цитоплазмы немного превышает вязкость воды, а у других достигает вязкости глицерина, превосходящего в этом отношении воду в 87 раз. Вязкость цитоплазмы тесно связана с обменом веществ: чем выше вязкость, тем обычно менее интенсивен обмен. У созревших семян цитоплазма переходит в студенистое состояние — гель. Высокая вязкость цитоплазмы способствует увеличению устойчивости растений к повышенной температуре.

Сравнительное определение вязкости цитоплазмы производят по времени перехода вогнутого плазмолиза в выпуклый.

Насколько тесно связана вязкость цитоплазмы с температурой коагуляции белков, видно на примере озимой ржи. Вязкость цитоплазмы в различных органах ржи неодинакова. В тех органах, где она выше, белки цитоплазмы свертываются при более высокой температуре.

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ

Помимо цитоплазмы, в световом микроскопе можно наблюдать и другие составные части, получившие название органоидов клетки. К ним относятся ядро, пластиды, митохондрии.

Крупные органоиды (ядро, пластиды) хорошо видны в световом микроскопе, другие органоиды (митохондрии, рыбосомы) и структурные элементы цитоплазмы (аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть) только лишь в электронном микроскопе.

Ядро является обязательной составной частью любой растительной и животной клетки. Оно имеет обычно округлую или слегка вытянутую форму. Абсолютные размеры ядра не превышают 7—8 мкм. Ядро состоит из ядерной плазмы (кариоплазмы), ядрышка, ядерной оболочки, отграничивающей ядро от окружающей цитоплазмы. Кариоплазма содержит твердую часть — хроматин и жидкую — ядерный сок. Хроматин — это сложное образование, в состав которого входят нуклеопротеиды, т. е. соединения белков с нуклеиновыми кислотами. В ядре содержится дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК, а в ядрышке — рибонуклеиновая кислота — РНК.

Лейкопласты в эпидермисе листьев традесканции: 1— лейкопласты; 2—ядро; 3— оболочка

Ядро играет огромную роль в жизни клеток. При делении клеток (митозе) из хроматина ядра образуются хромосомы, которые являются носителями наследственности. Число хромосом строго определенно для каждого отдельного вида растений и животных. Ядро имеет большое значение и в неделящейся клетке. О роли ядра можно судить по изучению физиологии безъядерных клеток. В 1890 г. И.И. Герасимов, действуя на делящуюся клетку водоросли спирогиры низкой температурой, или эфиром, получал безъядерные клетки и клетки, содержащие двойное количество ядерного вещества. Безъядерные клетки хотя и продолжали некоторое время жить, но переставали расти, обмен веществ в них шел ненормально. Образовавшийся в процессе фотосинтеза крахмал не претерпевал дальнейших превращений, и клетки им переполнялись.

Отделенная от ядра цитоплазма сравнительно быстро погибает из-за нарушения обмена веществ. Изолированное от цитоплазмы ядро также не может существовать. Жизнеспособными являются только клетки, содержащие цитоплазму и ядро. Пластиды. Пластидами называются особые органоиды в клетке. К ним относят бесцветные лейкопласты, зеленые хлоропласты и оранжевые хромопласты. Все виды пластид могут возникать из бесцветных пропластид. Окраска пластид обусловлена особыми пигментами (красящими веществами): в хлоропластах — зеленым хлорофилле м, а в хромопластах — оранжевым каротином.

Лейкопласты имеются в клубнях и корневищах растений, где они образуют запасной крахмал. Кроме того, они встречаются в эпидермисе листьев некоторых растений, например в листьях традесканции. Роль их в эпидермисе связана с тем, что они содержат ряд ферментов и способствуют ферментативной деятельности клеток.

Известно, что выращенные в темноте растения бывают бледно- желтого цвета.

Хлоропласты в листьях лехалениума

Хромопласты лепестков настурции

Хлоропласты встречаются в лепестках, плодах и некоторых корнях (морковь). Могут возникать из пропластид и из хлоропластов. Плоды многих растений бывают сначала зелеными — содержат хлоропласты (томаты, рябина, шиповник), затем они краснеют, так как у них разрушается — хлорофилл и остается оранжевый пигмент каротин. В хлоропластах также имеется каротин, но он маскируется зеленым пигментом хлорофиллом. Хромопласты часто имеют игольчатую или неправильную форму, так как каротиноиды в них кристаллизуются.

Помимо пластид, в клетках имеются и другие органоиды — митохондрии, размером около 1 мкм, играющие большую роль в дыхании растений.

СУБМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Электронный микроскоп и основные принципы его работы.

Создание и применение светового микроскопа способствовало развитию ряда биологических наук — цитологии, гистологии, микробиологии, успехи которых привели к крупным практическим результатам в области медицины, сельского хозяйства и ряда отраслей промышленности.

Однако уже к концу XIX в. выяснилось, что возможности светового микроскопа ограничены. Частицы мельче 0,2 мкм в световом микроскопе уже неразличимы. Они лежат ниже разрешающей способнорти микроскопа, т.е. способности различать две отдельные точки.

Развитие физики электронных явлений дало возможность использовать для микроскопа электронные излучения. На смену стеклянным линзам пришли "электронные линзы" — электромагнитные поля, способные фокусировать и преломлять электронный пучок.

В сороковых годах XX в. начали изготовляться первые электронные микроскопы. Разрешающая способность лучших из них составляет в настоящее время около 10-8— 2-10-8 см, причем увеличение достигает 1 000 000 раз.

Строение клетки под электронным микроскопом. Изучение ультратонких срезов клеток привело к открытию, что все структурные элементы цитоплазмы клетки и клеточные органоиды имеют мембранное строение. Электронный микроскоп помог увидеть тонкое строение клеток растений и животных. Цитоплазма состоит из матрикса (основы) и заключенных в нее органелл (хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи и др.), а также мембран. На поверхности цитоплазмы имеются мембраны — плазмалемма а на поверхности вакуоли — тонопласт. Мембраны клетки состоят из липидов и белков. Таким образом, строение мембраны имеет мозаичный характер.

Эндоплазматическая сеть состоит из длинных канальцев, пронизывающих цитоплазму; представляет собой выросты двойной ядерной мембраны. Эндоплазматическая сеть образует в цитоплазме непрерывную систему, ограничивающую полости, по которым перемещаются вещества между ядром и цитоплазмой. Эндоплазматическая сеть увеличивает поверхность цитоплазмы и, как бы изолируя ее на отдельные участки, способствует протеканию разнообразных процессов в [различных частях клетки.

Аппарат Гольджи — структурный элемент цитоплазмы клетки, названный в честь итальянского ученого, который впервые описал это образование. Долгое время считали, что аппарат Гольджи имеется только в животных клетках. В дальнейшем он был обнаружен и в растительных клетках.

Аппарат Гольджи состоит из системы мембран, сгруппированных в стопки. По концам мембран наблюдаются вздутия, которые отшнуровываются от них в виде пузырьков, способных превращаться в вакуоли или цистерны.

Ядро. Изучение ядра в электронном микроскопе показало, 100% то оно окружено оболочкой, состоящей из двух мембран — внутренней и наружной. Предполагают, что наружная мембрана является продолжением мембран, составляющих эндоплазматическую сеть цитоплазмы. В ядерной оболочке имеются поры (до двухсот), через которые происходит обмен между веществами ядра и цитоплазмы. Ядро состоит из округлых гранул, образованных ДНК и РНК в соединении с белками. Кроме того, в ядре имеется одно или несколько ядрышек, содержащих в основном рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Хлоропласты. Хлоропласт отделен от цитоплазмы оболочкой. Внутри хлоропласта расположены пачки мембран, образующих пары, соединенные концами. В результате этого образуется замкнутый диск. Пачки дисков, расположенных в определенном порядке образуют граны ^Хлоропластов. У большинства растений мембрана граны переводит в более тонкую мембрану стромы. Строма является основным веществом хлоропласта и заполняет объем, не заснятый мембранной системой.

В строме находятся капельки жира, крахмальные зерна, гранулярное вещество, содержащее ферменты. Считается, что мембрана хлоропласта (толщина около 70-10-8 см) состоит из двух слоев липидов, находящихся между двумя тонкими слоями белка. Хлорофилл образует мономолекулярный слой по всей поверхности диска.

Митохондрии. Электронномикроскопическое изучение митохондрий в клетках показало, что они одеты поверхностной мембраной, под которой находится множество внутренних мембран, расположенных параллельно друг другу. Все мембраны, как мы уже знаем, состоят из нескольких слоев. Толщина слоев и расстояние между ними довольно постоянны. Между мембранами находится внутреннее пространство митохондрий, величина его различна у митохондрий разных клеток.

Митохондрии подвижны и могут перемещаться в клетке за счет собственного движения. Однако по большей части они передвигаются током движущейся цитоплазмы. На свету митохондрии движутся к хлоропластам, а в темноте — к стенкам клетки.

Митохондрии состоят на 30—40% (сухое вещество) из белков, на 25—38% из липидов. В них содержится от 1 до 6% рибонуклеиновой кислоты.

Большую роль в образовании митохондрии играют ионы кальция. При недостатке солей кальция в растении число митохондрий уменьшается.

Мембраны митохондрий содержат постоянный набор ферментов, которые участвуют в процессах окисления и накопления энергии при дыхании. Митохондрии могут осуществлять синтез близких к белкам веществ — пептидов, по-видимому, принимают участие в жировом обмене, а также в поглощении солей и воды. Под влиянием высокой температуры митохондрии набухают и теряют свою структуру.

Рибосомы в отличие от пластид и митохондрий представляют собой не микроскопические, а субмикроскопические органоиды размером от 200-10-8 —280-10-8 см.

Рибосомы состоят из белков (55%), фосфолипидов (4%) и рибонуклеиновой кислоты (40% от сухого вещества). Они содержат 65% всей рибонуклеиновой кислоты клеток.

Рибосомы образуются в ядре, вернее, в ядрышке,' где происходит их сборка из отдельных более мелких частиц. Рибосомы содержатся в цитоплазме и хлоропластах. Особенное хорошо они заметны в клетках, интенсивно синтезирующих белок, так как основная их функция — синтез белка.

Лизосомы. Круглые пузырьки, осуществляющие внутреннее переваривание веществ. Содержат ряд ферментов, отделены мембраной от цитоплазмы.

Пероксисомы. Мелкие пузырьки. В них происходит фотодыхание.

Микротрубочки. Располагаются в наружном слое цитоплазмы. Состоят из белка тубулина. Входят в состав веретена при делении клеток (митозе).

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Основное свойство образовывать один и тот же вид при развитии растения из воспроизводящей клетки, т. е. свойство наследственности, заключено в ядре и связано с ДНК.

Большое значение в регуляции функций организма играет цитоплазматическая связь между клетками. Они соединены цитоплазматическими нитями — плазмодесмами, объединяющими клетки как бы в единое целое. Впервые плазмодесмы были обнаружены проф. Горожанкиным.

Очень важную роль играет гормональная регуляция физиологических функций. В растениях образуются следующие гормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. О значении каждого из этих гормонов будет идти речь ниже.

Световая регуляция осуществляется длиной дня, продолжительность которого влияет на развитие растений. Растения делятся на растения короткого дня, зацветающие лишь при укорочении длины дня осенью, растения длинного дня, зацветающие только при длине дня больше 12 ч, и нейтральные растения, зацветающие как на коротком, так и на длинном дне. Наконец, регулирование светом может осуществляться с помощью специального вещества — фитохрома. Фитохром имеет две формы: активную и неактивную. Активная форма тормозит рост, неактивная форма дает симптомы этиоляции. По своей природе фитохром близок к пигментам сине-зеленых и красных водорослей фикоциану и фикоэритрину. Освещение красным светом с длиной волны 660 нм переводит фитохром в активную форму, а более длинноволновый красный свет приводит фитохром уже в неактивное состояние.

Таковы в очень коротких чертах основы регуляции отдельных функций растений.

Как мы уже знаем, белковые вещества, составляющие основу живых организмов, построены из аминокислот. В организмах имеется свыше 20 аминокислот. Эти 20 аминокислот могут складываться различным образом и образовывать разнообразные белки, которые выполняют ту или иную функцию в организме. Число комбинаций сложения аминокислот почти безгранично, и это определяет специфичность отдельных белков. План построения белка из аминокислот заложен, или, как говорят, "закодирован", в молекуле ДНК, находящейся в ядре.

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК состоят из трех структурных элементов: азотистых оснований, сахара и фосфорной кислоты. Соединяясь, эти вещества образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют собой продукты полимеризации (уплотнения) большого числа нуклеотидов.

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из одинаковых, периодически повторяющихся групп атомов. Например, полиэтилен имеет строение: (—СНг—СНг)л—СНг—СНг— ДНК — сложный полимер с молекулярной массой от 4 до 10 млн. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образованных большим числом соединенных между собой нуклеотидов. В состав ДНК входит сахар дезоксирибоза (С5Н10О4). ДНК очень чувствительна к действию кислот и при гидролизе в молекулярном растворе соляной кислоты при 60°С через несколько минут распадается на нуклеотиды.

Схема молекулы ДНК

РНК в отличие от ДНК состоит из одной цепи полинуклеотидов и вместо дезоксирибозы содержит d-рибозу (С5Н10О5). РНК распадается на нуклеотиды под влиянием щелочей. В ядре при непосредственном участии ДНК образуется РНК, которая содержит полученные oт ДНК сведения о порядке сложения аминокислот в различные белки. Эта РНК носит название информационной или посредника. На каждую нить информационной РНК садится по нескольку рибосом. Эта цепочка рибосом называется полисомой. В полисомах происходит синтез белка при участии содержащейся в рибосомах рибосомальной РНК. Отдельныерибосомы движутся по нити РНК, считывают заложенную в ней информацию (сведения), полученную в ядре от ДНК и укладывают аминокислоты в полипептидные цепи. Аминокислоты, образовавшиеся в процессе обмена веществ, под водятся к полисомам особой, тоже образовавшейся первоначально в ядре РНК-переносчиком или транспортной РНК названной так потому, что она переносит активированны соответственными ферментами аминокислоты на рибосомы. Таких различных РНК-переносчиков имеется примерно 20 по числу аминокислот, из которых строятся белки.

Таким образом, в синтезе белка в растениях участвуют различные РНК: рибосомальная РНК, информационная РНК передающая порядок укладки аминокислот в полипептидны цепи, и транспортная РНК, которая доставляет активированные соответственными ферментами аминокислоты к полисе мам. Такова схема синтеза белков в растении.

Каждая клетка организма содержит полный набор информации о строении всех белков, которые она может синтезировать. Поэтому из маленького кусочка листа многих растений, например бегонии, может развиться целое растение ил даже из одной клетки (в культуре тканей, см. ниже) может развиться целый организм. С другой стороны, только из ядра или только из цитоплазмы новый организм не образуется, так как весь процесс образования белков происходит только в целостной клетке, состоящей из ядра и цитоплазмы.

Схема биосинтеза белка в клетке

topref.ru

Смотрите также

• 
  Реферат цитоплазма
• 
  Реферат венеция
• 
  Парацельс реферат
• 
  Муковисцидоз реферат
• 
  Реферат муковисцидоз
• 
  Преэклампсия реферат
• 
  Гидроэлектростанции реферат
• 
  Реферат гидроэлектростанции
• 
  Легизм реферат
• 
  Реферат беті
• 
  Тотемизм реферат