РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЧАСТИ (ОРГАНЕЛЛЫ) И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Клетки растений - это фундаментальные единицы, из которых состоят организмы, относящиеся к царству растений (царство Plantae).

Как и все живые существа, растения также состоят из клеток, известных как клетки растений . Для любого рассматриваемого живого организма клетка представляет собой самую базовую единицу, то есть самую маленькую часть человека, которая сохраняет характеристики всего живого.

Внутри него, а также внутри клеток животных, поскольку это тип эукариотической клетки, существует тип «жидкости» (цитозоль), в которую погружен ряд отсеков, ограниченных мембранами. , которые мы знаем как органеллы или органеллы.

Органеллы любой клетки можно рассматривать как аналог органов тела животного (сердце, печень, почки, легкие, желудок и т. Д.), Но в значительно меньшем масштабе, то есть меньшего размера (клетки растений могут иметь размер до 100 микрон). ).

Клетки растений лука с их ядрами. Источник: Laurararas / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

Таким образом, каждую клетку можно рассматривать как сообщество субклеточных компонентов, каждый со своими собственными функциями, которые делают возможной жизнь, но не могут выжить самостоятельно за пределами клетки.

Некоторые органеллы растительных клеток не присутствуют в клетках животных, поэтому между этими двумя типами всегда проводится особое различие. Среди этих органелл, присутствующих только в клетках растений, выделяются клеточная стенка, вакуоль и хлоропласты, последние ответственны за невероятный процесс фотосинтеза.

Характеристики

Растения, задуманные, как и все многоклеточные организмы, как большое клеточное сообщество, имеют клетки разных типов, которые выполняют разные функции.

Есть клетки, специализирующиеся на:

- защита,

- механическая опора,

- синтез пищевых запасов,

- транспорт, абсорбция и секреция,

- меристематическая активность и воспроизводство и

- связь между специализированными тканями

Общие характеристики

Клетки растений имеют много общих характеристик друг с другом, но, в свою очередь, они имеют общие характеристики с клетками животных, характеристики, которые присущи всем эукариотическим клеткам.

Фотография ткани водной травы, полученной с помощью микроскопа (Изображение Андреа Виршиллинг, www.pixabay.com)

Далее мы представим список некоторых общих характеристик и характеристик растительных клеток:

- Это эукариотические клетки : их генетический материал заключен в мембранное ядро, а другие компартменты окружены двойными или одинарными мембранами.

- Все они имеют клеточную стенку : плазматическая мембрана (та, которая окружает цитозоль с его органеллами) окружена и защищена жесткой стенкой, состоящей из сложных сетей полисахаридов, таких как целлюлоза (полимер молекул глюкозы).

- У них есть пластиды : среди особых органелл, которые есть только в растительных клетках, есть пластиды, выполняющие различные функции. В хлоропластах (где хлорофилл представляет собой фотосинтетический пигмент) являются наиболее важными, так как они являются основным местом происходит фотосинтез , процесс , посредством которого растения получают преимущество солнечного света, воды и углекислого газа для синтеза органические вещества и производят кислород.

- Это автотрофные клетки : присутствие хлоропластов внутри них дает растительным клеткам способность «синтезировать свою собственную пищу», поэтому они немного более автономны, чем животные клетки, в получении энергии и углерода.

- У них есть вакуоль : в цитозоле растительных клеток есть особая органелла - вакуоль, в которой хранятся вода, сахар и даже некоторые ферменты.

- Они тотипотентны : при определенных обстоятельствах многие дифференцированные растительные клетки обладают способностью бесполым производить новую особь.

Части (органеллы) растительной клетки и их функции

Органеллы растительной клетки

Цитозоль и плазматическая мембрана

Цитозоль - это все, что находится вокруг ядра. Это своего рода жидкость, которая включает в себя мембранные отсеки и другие структуры. Иногда термин «цитоплазма» используется для обозначения этой жидкости и плазматической мембраны одновременно.

Клеточная мембрана. Источник: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Такая «жидкость» окружена и содержится в мембране, плазматической мембране, которая представляет собой не что иное, как липидный бислой с сотнями связанных белков, интегральных или периферических, которые обеспечивают обмен веществами между клеткой и окружающей ее средой.

Поскольку растительные клетки окружены клеточной стенкой, многие авторы придумали термин протопласт для обозначения всего, что находится внутри этой стенки, то есть растительной клетки: плазматической мембраны и цитозоля с его органеллами.

цитоскелета

Цитоскелет, сеть нитчатых белков в цитоплазме клетки. Источник: Алиса Авелино / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Клетки растений, как и клетки животных, имеют цитоскелет. Цитоскелет состоит из серии молекулярных «каркасов», которые пересекают клетку и организуют все внутренние компоненты цитозоля.

Они участвуют в движении везикул, в транспортировке веществ и молекул через клетку и, кроме того, в структурировании и поддержке клетки.

Этот цитоскелет состоит из волокон белка, называемого F-актином, и микротрубочек, которые являются полимерами другого белка, известного как тубулин.

Ядро хроматина и ядерная оболочка

Ядро эукариотической клетки. Источник: Мариана Руис Вильярреал (LadyofHats), перевод Kelvinsong. / CC0

Ядро - это органелла, содержащая генетический материал ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), упакованный в виде хроматина (из которого состоят хромосомы). Это органелла, покрытая мембранной системой, известной как ядерная оболочка.

Ядрышка

Внутри него также есть область, известная как ядрышко, в которой находятся некоторые белки и гены, кодирующие рибосомную РНК (рибонуклеиновую кислоту).

Эта оболочка на самом деле состоит из ряда специализированных цистерн, которые окружают ядро ​​и контролируют обмен веществами между ядром и цитозолем, который происходит через комплексы ядерной поры.

Он состоит из двух мембран, которые ограничивают просвет или нуклеоплазму, одну внутреннюю и одну внешнюю, причем последняя продолжается мембранами грубого эндоплазматического ретикулума (тот, который содержит встроенные рибосомы).

Внутренняя мембрана связана с некоторыми внутренними компонентами ядра и, вероятно, организует их пространственно. Некоторые авторы указывают на существование ядра-скелета, чьи белковые нити (а также филаменты цитоскелета в цитозоле) позволяют организовать хроматин.

Эндоплазматический ретикулум

1-ядерная мембрана. 2-ядерная пора. 3-Грубый эндоплазматический ретикулум (RER). 4-Гладкая эндоплазматическая сеть (ГЭР). 5-рибосома прикреплена к грубой эндоплазматической сети. 6-макромолекулы. 7-Транспортные везикулы. 8-Аппарат Гольджи. 9-цис лицо аппарата Гольджи. 10-Транс лицо аппарата Гольджи. 11-Цистерны аппарата Гольджи. Источник: Nucleus ER golgi.jpg: Магнус Манске Производственная работа: Pbroks13 / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Это очень динамичная мембранная система, количество которой варьируется, равно как и ее структура, организация и расположение в цитозоле.

Обычно он делится на «гладкую» часть и другую «грубую» часть, продолжая внешнюю ядерную оболочку, в которую уже встроено множество рибосом, которые являются частью молекулярного механизма, отвечающего за синтез белка.

Клеточные белки процессируются и распределяются в эндоплазматическом ретикулуме, особенно те, которые предназначены для липидных мембран (секреторный путь). Если это происходит, то это один из участков, где происходят некоторые посттрансляционные модификации белков, такие как гликозилирование.

Во многих клетках, образующих железы, эта органелла очень многочисленна и участвует в секреции жиров, масел и ароматных масел.

Он также изобилует клетками эпидермиса, которые вырабатывают липиды, которые откладываются в виде воска на поверхности листьев и других органов растений.

аппарат Гольджи

Эта органелла, также перепончатая, состоит из серии уплощенных круглых цистерн, ограниченных единой мембраной. Содержимое этих резервуаров, их химический состав и их функции меняются от одного «лица» к другому.

У некоторых «низших» растений «внешняя» цистерна связана с эндоплазматическим ретикулумом и известна как цис- компартмент или «лицо» комплекса Гольджи, в то время как более «удаленные» цистерны образуют часть транс- лица. ,

Посередине между цис- и транс-цистернами находятся «средние» цистерны, а на транс-стороне образуются секреторные пузырьки.

Комплекс Гольджи отвечает за обработку и упаковку различных макромолекул, а также за их транспорт (экспорт) на поверхность клетки или внутрь вакуолей. Такие макромолекулы включают липиды и белки.

В отличие от клеток животных, Гольджи растительных клеток обладают важной активностью синтеза, поскольку они участвуют в синтезе de novo гликопротеинов, пектинов, гемицеллюлоз и некоторых секреторных продуктов и компонентов клеточных стенок.

Рибосомы

Схема рибосомы

Рибосомы - это очень маленькие органеллы сферической формы. Обычно они находятся на грубой эндоплазматической сети, но некоторые из них свободны в цитоплазме. Они состоят из РНК и белков.

Они участвуют в синтезе макромолекул, в основном белков.

Вакуоль и Тонопласт

Вакуоль - это многофункциональная органелла, которая участвует в хранении, пищеварении, осморегуляции и поддержании формы и размера растительных клеток.

Внутри этих органелл могут храниться многие вещества: цветные пигменты, такие как антоцианы, окрашивающие листья и лепестки, некоторые органические кислоты, регулирующие pH, некоторые «защитные» химические вещества от травоядных животных и вторичные метаболиты.

Под микроскопом их можно увидеть как «пустые участки» в цитозоле, имеющие сферический вид, а иногда и очень большие, поскольку они могут занимать до 90% объема клетки.

Поскольку это органелла, мы должны предположить, что она окружена мембраной, тонопластом . Эта мембрана отвечает за регулирование прохождения веществ между просветом вакуоля и цитозолем, для которого у нее есть некоторые специализированные белки.

Вакуоли также функционируют как «пищеварительные органеллы» клеток, поэтому они часто выполняют функции, аналогичные функциям лизосом в клетках животных.

Митохондрии

Как и в остальных эукариотических клетках, у растительных клеток есть митохондрии, которые представляют собой органеллы, окруженные двумя мембранами, одна внутренняя, а другая внешняя, которые заключают матрицу, они специализируются на синтезе энергии в форме АТФ и дыхании. Сотовая связь.

Это органеллы цилиндрической или эллиптической формы, немного удлиненные, а в некоторых случаях разветвленные. У них есть собственный геном, поэтому они способны кодировать и синтезировать многие из своих белков, хотя и не все, поскольку ядерная ДНК клетки кодирует другие.

Пластид

Пластиды - это группа различных клеточных компонентов, которые возникают из предшественников, известных как пропластиды. Обычно это более крупные организмы, чем митохондрии, с двойной мембраной и плотным матриксом, называемым стромой . У них тоже есть свой геном.

Хлоропласты, этиопласты, амилопласты и хромопласты принадлежат к этому семейству органелл. Таким образом, это основные органеллы, отличающие клетки растений от животных.

- Хлоропласты - это пластиды, ответственные за фотосинтез, и именно они содержат хлорофилл , фотосинтетический пигмент в первую очередь.

Схема хлоропласта. Источник: Kelvinsong / CC0, wikimedia commons.

- Амилопласты - это пластиды, которые хранят крахмал в различных тканях.

- Хромопласты - это пластиды, имеющие желтоватую или оранжевую окраску или пигментацию, поскольку они могут содержать внутри разные пигменты.

- С другой стороны, эфиопласты находятся в «этиолированных» тканях и фактически являются хлоропластами, утратившими хлорофилл. В недифференцированных тканях их можно назвать лейкопластами .

Пероксисомы или микротела

Базовая структура пероксисомы

Пероксисомы или микротела - это органеллы, окруженные простой мембраной, которые отличаются от везикул своим размером и содержанием. Их обычно называют пероксисомами, поскольку внутри них вырабатывается токсичное химическое вещество, называемое перекисью водорода (H ₂ O ₂ ), которое вредно для клеток.

Они представляют собой органеллы с большим количеством окислительных ферментов внутри и отвечают за синтез некоторых молекул, хотя их основная функция - окисление и разложение определенных типов липидов, аминокислот, азотистых оснований и т. Д.

Они особенно важны для клеток семени, поскольку они работают в преобразовании жиров и липидов, хранящихся в них, в углеводы, которые являются основным источником энергии для эмбриональных клеток.

Некоторые модифицированные пероксисомы известны как глиоксисомы, поскольку внутри них происходит глиоксилатный цикл, с помощью которого рециркулируются атомы углерода, полученные в результате фотосинтетических процессов.

Клеточная стенка

Стенка растительной клетки. Источник: Scuellar / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Это еще одна из характерных органелл растительных клеток (у грибов тоже есть клетки стенки, но состав их другой).

Клеточная стенка состоит из сложной сети полимера, называемого целлюлозой, который состоит из повторяющихся единиц сахара, называемого глюкозой. Эта структура выполняет множество функций, но самая важная из них - поддерживать структуру клеток и тканей растений и защищать их извне.

Хотя под микроскопом это кажется относительно тонкой структурой, она придает растительным клеткам некоторую механическую жесткость и устойчивость к деформации, особенно в различных климатических условиях.

плазмодесмы

В растительной ткани можно наблюдать узкие цитоплазматические каналы, окруженные плазматической мембраной и соединяющие соседние клетки через их протопласты (все, что находится внутри клеточной стенки).

Типы растительных клеток

У растительных организмов есть много разных типов клеток, которые являются продуктом процессов клеточной дифференцировки, которые контролируются как генетически, так и экологически.

Многие ученые признают совокупность растительных клеток, и вот некоторые из них:

- Начальные или меристематические клетки : они находятся в меристемах , которые являются основными центрами роста и деления всех растений, поскольку они находятся в постоянном митотическом делении. От них дифференцируются другие клетки тела растения.

- Дифференцированные клетки : все растения имеют три основных типа дифференцированных клеток, которые происходят из меристематических клеток, паренхимных клеток, колленхимных клеток и клеток склеренхимы .

Паренхиматозные или паренхиматозные клетки

Это самые распространенные клетки. Некоторые авторы описывают их как «вьючных животных» растения, поскольку они наиболее многочисленны, но наименее специализированы, то есть наименее дифференцированы.

Они имеют тонкую первичную клеточную стенку и не образуют вторичной стенки. Они отвечают за «заполнение» доступного пространства в тканях растений и обеспечивают структуру, поэтому они могут иметь разные формы и размеры.

Паренхиматозные клетки, которые специализируются на фотосинтезе, также известны как клетки хлоренхимы . Эти клетки также участвуют в хранении воды в корнях, стебле, листьях, плодах и семенах.

Холенхимные или колленхимальные клетки

Это клетки, которые обеспечивают «гибкую поддержку» растительным тканям. Они имеют удлиненную форму и различную форму, которая может меняться по мере роста растения. У них есть первичная стенка, которая может быть утолщена за счет отложения дополнительной целлюлозы.

Это «клеящие» клетки, поскольку именно они обеспечивают большую поддержку, чем паренхимные клетки, сохраняя при этом гибкость. Они всегда опухшие, так как их вакуоли заполнены водой.

Клетки склеренхимы

Эти клетки, в отличие от двух предыдущих, действительно имеют вторичную клеточную стенку, которая усилена лигнином, полимером, состоящим из различных кислот и довольно гетерогенных фенольных молекул. Термин происходит от греческого «склерос», что означает «твердый».

Это менее распространенные клетки, чем паренхимные и коленхимные клетки, и они погибают по достижении зрелости. Они придают структурную прочность тканям, которые перестают расти в длину.

Известны два типа клеток склеренхимы: волокна и склереиды . Первые - длинные, с толстыми одревесневшими клеточными стенками, что делает их прочными и гибкими.

С другой стороны, склереиды более разнообразны с точки зрения морфологии, но обычно имеют кубическую или сферическую форму. Эти клетки составляют кожуру и косточки многих фруктов. Они не гибкие, а довольно жесткие.

Клетки в тканях сосудов

Сосудистые ткани растений состоят из клеток. Это те, которые отвечают за передачу воды, питательных веществ и минералов через организм овощей.

Ткань ксилемы (ксилема) - это то, что переносит воду и минеральные питательные вещества от корня к остальным частям растения. С другой стороны, ткань флоэмы (флоэма) передает сахар и органические питательные вещества от листьев к остальным частям растения. Сумма обеих жидкостей известна как сок .

Ксилема состоит из трахеид , которые длинные клетки, сужающих на их концах. Они считаются разновидностью клеток склеренхимы. Эти клетки умирают, когда достигают зрелости, поэтому «остается» «оболочка», образованная утолщенной клеточной стенкой.

В этой ткани есть и другие клетки, называемые сосудистыми элементами , которые переносят воду и минералы быстрее, чем трахеиды. Они также умирают в зрелом возрасте, что делает их полыми «трубками», короче и уже, чем трахеиды.

Флоэмы состоят из клеточного типа , известный как элементы ситовидных трубок . Это живые метаболически активные клетки. Они соединяются на концах, образуя ситовидную трубку , по которой продукты фотосинтеза транспортируются от листьев к остальным частям тела.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2013). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Ганнинг, Б. Э., и Стир, М. В. (1996). Биология растительной клетки: структура и функции. Джонс и Бартлетт Обучение.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., Мацудаира, П., Балтимор, Д., и Дарнелл, Дж. (2000). Молекулярная клеточная биология 4-е издание. Национальный центр биотехнологической информации, книжная полка.
4. Nabors, MW (2004). Введение в ботанику (№ 580 N117i). Пирсон,.
5. Соломон, Е.П., Берг, Л.Р., и Мартин, Д.В. (2011). Биология (9-е изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.