Telesa živih organizmov so lahko ena celica, skupina le-teh ali ogromna kopica, ki šteje na milijarde takšnih elementarnih struktur. Med slednje spada večina višjih rastlin. Študija celice - glavnega elementa strukture in funkcij živih organizmov - se ukvarja s citologijo. Ta veja biologije se je začela hitro razvijati po odkritju elektronskega mikroskopa, izboljšanju kromatografije in drugih metod biokemije. Razmislite o glavnih značilnostih, pa tudi o značilnostih, po katerih se rastlinska celica razlikuje od najmanjših strukturnih enot strukture bakterij, gliv in živali.
Odpiranje celice R. Hooke
Teorija drobnih elementov zgradbe vseh živih bitij je prehodila pot razvoja, merjeno v stotih letih. Strukturo rastlinske celične membrane je v svojem mikroskopu prvi videl britanski znanstvenik R. Hooke. Splošne določbe hipoteze o celici sta oblikovala Schleiden in Schwann, pred tem pa so drugi raziskovalci prišli do podobnih zaključkov.
Anglež R. Hooke je pod mikroskopom pregledal rezino hrastove plute in rezultate predstavil na srečanju Kraljeve družbe v Londonu 13. aprila 1663 (podrugi viri, se je dogodek zgodil leta 1665). Izkazalo se je, da je lubje drevesa sestavljeno iz drobnih celic, ki jih Hooke imenuje "celice". Znanstvenik je stene teh komor, ki tvorijo vzorec v obliki satja, štel za živo snov, votlina pa je bila prepoznana kot brezživljenjska pomožna struktura. Kasneje je bilo dokazano, da v celicah rastlin in živali vsebujejo snov, brez katere njihov obstoj ni mogoč, in delovanje celotnega organizma.
celična teorija
Pomembno odkritje R. Hookea je bilo razvito v delih drugih znanstvenikov, ki so preučevali strukturo živalskih in rastlinskih celic. Podobne strukturne elemente so znanstveniki opazili na mikroskopskih delih večceličnih gliv. Ugotovljeno je bilo, da imajo strukturne enote živih organizmov sposobnost delitve. Na podlagi raziskave sta predstavnika bioloških znanosti Nemčije M. Schleiden in T. Schwann oblikovala hipotezo, ki je kasneje postala celična teorija.
Primerjava rastlinskih in živalskih celic z bakterijami, algami in glivami je nemškim raziskovalcem omogočila, da so prišli do naslednjega zaključka: »komora«, ki jih je odkril R. Hooke, so osnovne strukturne enote in procesi, ki se v njih odvijajo, so osnova življenja večine organizmov na Zemlji. Pomemben dodatek je dal R. Virkhov leta 1855 in opozoril, da je delitev celic edini način za njihovo razmnoževanje. Schleiden-Schwannova teorija z izboljšavami je v biologiji postala splošno sprejeta.
Celica je najmanjši element v zgradbi in življenju rastlin
V skladu s teoretičnimi stališči Schleidena in Schwanna,organski svet je en sam, kar dokazuje podobno mikroskopsko zgradbo živali in rastlin. Poleg teh dveh kraljestev je celični obstoj značilen za glive, bakterije in virusi so odsotni. Rast in razvoj živih organizmov je zagotovljena s pojavom novih celic v procesu delitve obstoječih.
Večcelični organizem ni le kopičenje strukturnih elementov. Majhne enote strukture medsebojno delujejo in tvorijo tkiva in organe. Enocelični organizmi živijo izolirano, kar jim ne preprečuje ustvarjanja kolonij. Glavne značilnosti celice:
- zmožnost samostojnega obstoja;
- lastni metabolizem;
- samoreprodukcija;
- razvoj.
V evoluciji življenja je bila ena najpomembnejših stopenj ločitev jedra od citoplazme s pomočjo zaščitne membrane. Povezava se je ohranila, ker te strukture ne morejo obstajati ločeno. Trenutno obstajata dve nadkraljestvi - nejedrski in jedrski organizmi. Drugo skupino tvorijo rastline, glive in živali, ki jih preučujejo ustrezne veje znanosti in biologije nasploh. Rastlinska celica ima jedro, citoplazmo in organele, o katerih bomo razpravljali v nadaljevanju.
Raznolikost rastlinskih celic
Na prelomu zrele lubenice, jabolka ali krompirja lahko s prostim očesom vidite strukturne "celice", napolnjene s tekočino. To so celice fetalnega parenhima s premerom do 1 mm. Ličja vlakna so podolgovate strukture, katerih dolžina znatno presega širino. na primercelica rastline, imenovane bombaž, doseže dolžino 65 mm. Lična vlakna lanu in konoplje imajo linearne dimenzije 40–60 mm. Tipične celice so veliko manjše -20–50 µm. Takšne drobne strukturne elemente je mogoče videti le pod mikroskopom. Značilnosti najmanjših strukturnih enot rastlinskega organizma se ne kažejo le v razlikah v obliki in velikosti, temveč tudi v funkcijah, ki se izvajajo v sestavi tkiv.
Rastlinska celica: osnovne strukturne značilnosti
Jedro in citoplazma sta med seboj tesno povezana in medsebojno delujeta, kar potrjujejo raziskave znanstvenikov. To so glavni deli evkariontske celice, od njih so odvisni vsi ostali strukturni elementi. Jedro služi za shranjevanje in prenos genetskih informacij, potrebnih za sintezo beljakovin.
Britanski znanstvenik R. Brown je leta 1831 prvič opazil posebno telo (jedro) v celici rastline iz družine orhidej. To je bilo jedro, obdano s poltekočo citoplazmo. Ime te snovi v dobesednem prevodu iz grščine pomeni "primarna masa celice". Lahko je bolj tekoč ali viskozen, vendar je nujno pokrit z membrano. Zunanja lupina celice je sestavljena predvsem iz celuloze, lignina in voska. Ena od značilnosti, ki razlikuje rastlinske in živalske celice, je prisotnost te močne celulozne stene.
Struktura citoplazme
Notranji del rastlinske celice je napolnjen s hialoplazmo z drobnimi zrnci, obešenimi v njej. Bližje lupini tako imenovana endoplazma preide v bolj viskozno eksoplazmo. Točno takote snovi, s katerimi je napolnjena rastlinska celica, služijo kot prostor za potek biokemičnih reakcij in transport spojin, postavitev organelov in vključkov.
Približno 70-85% citoplazme predstavlja voda, 10-20% beljakovine, druge kemične sestavine - ogljikovi hidrati, lipidi, mineralne spojine. Rastlinske celice imajo citoplazmo, v kateri so med končnimi produkti sinteze bioregulatorji funkcij in rezervne snovi (vitamini, encimi, olja, škrob).
Core
Primerjava rastlinskih in živalskih celic pokaže, da imajo podobno zgradbo jedra, ki se nahaja v citoplazmi in zavzema do 20% njene prostornine. Anglež R. Brown, ki je prvi pod mikroskopom pregledal to najpomembnejšo in stalno komponento vseh evkariontov, ji je dal ime iz latinske besede nucleus. Videz jeder običajno korelira z obliko in velikostjo celic, včasih pa se od njih razlikuje. Obvezni elementi strukture so membrana, kariolimfa, nukleolus in kromatin.
V membrani so pore, ki ločujejo jedro od citoplazme. Prenašajo snovi iz jedra v citoplazmo in obratno. Kariolimfa je tekoča ali viskozna jedrska vsebina z območji kromatina. Jedro vsebuje ribonukleinsko kislino (RNA), ki vstopi v ribosome citoplazme in sodeluje pri sintezi beljakovin. V velikih količinah je prisotna tudi druga nukleinska kislina, deoksiribonukleinska kislina (DNK). DNK in RNA sta bili prvič odkriti v živalskih celicah leta 1869 in nato najdeni v rastlinah. Jedro je središčeupravljanje” znotrajceličnih procesov, prostor za shranjevanje informacij o dednih značilnostih celotnega organizma.
Endoplazemski retikulum (ER)
Zgradba živalskih in rastlinskih celic je precej podobna. V citoplazmi so nujno prisotne notranje tubule, napolnjene s snovmi različnega izvora in sestave. Zrnati tip EPS se od agranularnega razlikuje po prisotnosti ribosomov na površini membrane. Prvi sodeluje pri sintezi beljakovin, drugi ima vlogo pri tvorbi ogljikovih hidratov in lipidov. Kot so ugotovili raziskovalci, kanali ne prodrejo le v citoplazmo, ampak so povezani z vsako organelo žive celice. Zato je vrednost EPS zelo cenjena kot udeleženec v presnovi, sistemu komunikacije z okoljem.
ribosome
Strukturo rastlinske ali živalske celice si je težko predstavljati brez teh majhnih delcev. Ribosomi so zelo majhni in jih je mogoče videti le z elektronskim mikroskopom. V sestavi teles prevladujejo beljakovine in molekule ribonukleinskih kislin, majhna je količina kalcijevih in magnezijevih ionov. Skoraj vsa RNA celice je koncentrirana v ribosomih; ti zagotavljajo sintezo beljakovin z "sestavljanjem" beljakovin iz aminokislin. Nato proteini vstopijo v kanale ER in jih mreža prenaša po celi celici, prodrejo v jedro.
mitohondrije
Te organele celice veljajo za njene energijske postaje, vidne so, če jih povečamo v običajnem svetlobnem mikroskopu. Število mitohondrijev se razlikuje v zelo širokem razponu, lahko je enot ali na tisoče. Struktura organoida ni zelo zapletena, obstajata dvemembrane in matriks v notranjosti. Mitohondriji so sestavljeni iz beljakovinskih lipidov, DNK in RNA, so odgovorni za biosintezo ATP - adenozin trifosforne kisline. Za to snov rastlinske ali živalske celice je značilna prisotnost treh fosfatov. Razcepitev vsakega od njih zagotavlja energijo, potrebno za vse življenjske procese v sami celici in po telesu. Nasprotno, dodatek ostankov fosforne kisline omogoča shranjevanje energije in jo v tej obliki prenaša po celici.
Upoštevajte celične organele na spodnji sliki in poimenujte tiste, ki jih že poznate. Upoštevajte velike vezikule (vakuole) in zelene plastide (kloroplaste). O njih bomo govorili kasneje.
Golgijev kompleks
Kompleksni celični organoid je sestavljen iz zrnc, membran in vakuol. Kompleks je bil odprt leta 1898 in je dobil ime po italijanskem biologu. Značilnosti rastlinskih celic so enakomerna porazdelitev Golgijevih delcev po citoplazmi. Znanstveniki verjamejo, da je kompleks potreben za uravnavanje vsebnosti vode in odpadnih produktov, odstranjevanje odvečnih snovi.
Plastidi
Samo celice rastlinskega tkiva vsebujejo zelene organele. Poleg tega obstajajo brezbarvni, rumeni in oranžni plastidi. Njihova struktura in funkcije odražajo vrsto prehrane rastlin, zaradi kemičnih reakcij pa lahko spremenijo barvo. Glavne vrste plastidov:
- oranžni in rumeni kromoplasti, ki jih tvorita karoten in ksantofil;
- kloroplasti, ki vsebujejo zrna klorofila -zeleni pigment;
- levkoplasti so brezbarvni plastidi.
Zgradba rastlinske celice je povezana s kemičnimi reakcijami sinteze organske snovi iz ogljikovega dioksida in vode z uporabo svetlobne energije. Ime tega neverjetnega in zelo zapletenega procesa je fotosinteza. Reakcije se izvajajo zahvaljujoč klorofilu, prav ta snov je sposobna zajeti energijo svetlobnega snopa. Prisotnost zelenega pigmenta pojasnjuje značilno barvo listov, zelnatih stebel, nezrelih plodov. Klorofil je po strukturi podoben hemoglobinu v krvi živali in ljudi.
Rdeča, rumena in oranžna barva različnih rastlinskih organov je posledica prisotnosti kromoplastov v celicah. Temeljijo na veliki skupini karotenoidov, ki igrajo pomembno vlogo pri presnovi. Leukoplasti so odgovorni za sintezo in kopičenje škroba. Plastidi rastejo in se množijo v citoplazmi ter se skupaj z njo premikajo po notranji membrani rastlinske celice. Bogati so z encimi, ioni in drugimi biološko aktivnimi spojinami.
Razlike v mikroskopski strukturi glavnih skupin živih organizmov
Večina celic spominja na drobno vrečko, napolnjeno s sluzi, telesi, zrnci in mehurčki. Pogosto so različni vključki v obliki trdnih kristalov mineralov, kapljic olj, škrobnih zrn. Celice so v sestavi rastlinskih tkiv v tesnem stiku, življenje kot celota je odvisno od aktivnosti teh najmanjših strukturnih enot, ki tvorijo celoto.
Z večcelično strukturo obstajaspecializacija, ki se izraža v različnih fizioloških nalogah in funkcijah mikroskopskih strukturnih elementov. Določajo jih predvsem lokacija tkiv v listih, korenini, steblu ali generativnih organih rastline.
Izpostavimo glavne elemente primerjave rastlinske celice z osnovnimi strukturnimi enotami drugih živih organizmov:
- Gosta lupina, značilna samo za rastline, je sestavljena iz vlaken (celuloze). Pri glivah je membrana sestavljena iz trajnega hitina (posebne beljakovine).
- Celice rastlin in gliv se razlikujejo po barvi zaradi prisotnosti ali odsotnosti plastidov. Telesa, kot so kloroplasti, kromoplasti in levkoplasti, so prisotna samo v rastlinski citoplazmi.
- Obstaja organoid, ki razlikuje živali - to je centriol (celični center).
- Samo v rastlinski celici je velika osrednja vakuola, napolnjena s tekočo vsebino. Običajno je ta celični sok obarvan s pigmenti v različnih barvah.
- Glavna rezervna spojina rastlinskega organizma je škrob. Gobe in živali kopičijo glikogen v svojih celicah.
Med algami je znanih veliko posameznih prostoživečih celic. Na primer, tak neodvisen organizem je klamidomonas. Čeprav se rastline od živali razlikujejo po prisotnosti celulozne celične stene, vendar zarodne celice nimajo tako goste lupine - to je še en dokaz enotnosti organskega sveta.
