Ciała żywych organizmów mogą być pojedynczą komórką, ich grupą lub ogromnym nagromadzeniem, liczącym miliardy takich elementarnych struktur. Te ostatnie obejmują większość roślin wyższych. Cytologią zajmuje się badanie komórki - głównego elementu budowy i funkcji organizmów żywych. Ta gałąź biologii zaczęła się szybko rozwijać po odkryciu mikroskopu elektronowego, udoskonaleniu chromatografii i innych metod biochemicznych. Rozważ główne cechy, a także cechy, którymi komórka roślinna różni się od najmniejszych jednostek strukturalnych struktury bakterii, grzybów i zwierząt.
Otwarcie celi przez R. Hooke
Teoria maleńkich elementów struktury wszystkich żywych istot przeszła ścieżkę rozwoju mierzoną w setkach lat. Strukturę błony komórkowej roślin po raz pierwszy zaobserwował w jego mikroskopie brytyjski naukowiec R. Hooke. Ogólne założenia hipotezy komórkowej zostały sformułowane przez Schleidena i Schwanna, zanim inni badacze doszli do podobnych wniosków.
Anglik R. Hooke zbadał kawałek dębowego korka pod mikroskopem i przedstawił wyniki na spotkaniu Royal Society w Londynie 13 kwietnia 1663 r. (zgodnie zz innych źródeł zdarzenie miało miejsce w 1665 r.). Okazało się, że kora drzewa składa się z maleńkich komórek, nazywanych przez Hooke „komórkami”. Ściany tych komór, tworzące wzór w postaci plastra miodu, naukowiec uznał za żywą substancję, a wnękę uznano za martwą, pomocniczą strukturę. Później udowodniono, że wewnątrz komórek roślin i zwierząt zawierają one substancję, bez której ich istnienie jest niemożliwe i aktywność całego organizmu.
Teoria komórkowa
Ważne odkrycie R. Hooke'a zostało opracowane w pracach innych naukowców, którzy badali strukturę komórek zwierzęcych i roślinnych. Podobne elementy strukturalne zaobserwowali naukowcy na mikroskopijnych skrawkach grzybów wielokomórkowych. Stwierdzono, że jednostki strukturalne organizmów żywych mają zdolność dzielenia się. Na podstawie przeprowadzonych badań przedstawiciele nauk biologicznych Niemiec M. Schleiden i T. Schwann sformułowali hipotezę, która później stała się teorią komórki.
Porównanie komórek roślinnych i zwierzęcych z bakteriami, glonami i grzybami pozwoliło niemieckim badaczom dojść do następującego wniosku: „komory” odkryte przez R. Hooke'a to elementarne jednostki strukturalne, a procesy w nich zachodzące leżą u podstaw życia większości organizmów na Ziemi. Ważny dodatek wprowadził R. Virkhov w 1855 r., Zwracając uwagę, że podział komórek jest jedynym sposobem ich rozmnażania. Teoria Schleidena-Schwanna z udoskonaleniami stała się powszechnie akceptowana w biologii.
Komórka to najmniejszy element w strukturze i życiu roślin
Zgodnie z teoretycznymi stanowiskami Schleidena i Schwanna,świat organiczny jest taki, który dowodzi podobnej mikroskopijnej budowy zwierząt i roślin. Oprócz tych dwóch królestw, istnienie komórek jest charakterystyczne dla grzybów, bakterie i wirusy są nieobecne. Wzrost i rozwój żywych organizmów zapewnia pojawienie się nowych komórek w procesie podziału już istniejących.
Organizm wielokomórkowy to nie tylko nagromadzenie elementów strukturalnych. Małe jednostki struktury oddziałują ze sobą, tworząc tkanki i narządy. Organizmy jednokomórkowe żyją w izolacji, co nie przeszkadza im w tworzeniu kolonii. Główne cechy komórki:
- zdolność do niezależnej egzystencji;
- własny metabolizm;
- autoreprodukcja;
- rozwój.
W ewolucji życia jednym z najważniejszych etapów było oddzielenie jądra komórkowego od cytoplazmy za pomocą ochronnej błony. Połączenie zostało zachowane, ponieważ struktury te nie mogą istnieć osobno. Obecnie istnieją dwa superkrólestwa - organizmy niejądrowe i jądrowe. Drugą grupę tworzą rośliny, grzyby i zwierzęta, które są badane przez odpowiednie działy nauki i ogólnie biologii. Komórka roślinna ma jądro, cytoplazmę i organelle, które zostaną omówione poniżej.
Różnorodność komórek roślinnych
Na pęknięciu dojrzałego arbuza, jabłka lub ziemniaka można gołym okiem zobaczyć strukturalne „komórki” wypełnione płynem. Są to komórki miąższu płodowego o średnicy do 1 mm. Włókna łykowe to wydłużone struktury, których długość znacznie przekracza szerokość. Na przykład,komórka rośliny zwanej bawełną osiąga długość 65 mm. Włókna łykowe z lnu i konopi mają wymiary liniowe 40-60 mm. Typowe komórki są znacznie mniejsze -20-50 µm. Takie drobne elementy strukturalne można zobaczyć tylko pod mikroskopem. Cechy najmniejszych jednostek strukturalnych organizmu roślinnego przejawiają się nie tylko różnicami w kształcie i wielkości, ale także funkcjami pełnionymi w składzie tkanek.
Komórka roślinna: podstawowe cechy strukturalne
Jądro i cytoplazma są ze sobą ściśle powiązane i oddziałują na siebie, co potwierdzają badania naukowców. Są to główne części komórki eukariotycznej, od nich zależą wszystkie inne elementy strukturalne. Jądro służy do przechowywania i przekazywania informacji genetycznej niezbędnej do syntezy białek.
Brytyjski naukowiec R. Brown w 1831 roku po raz pierwszy zauważył specjalne ciało (jądro) w komórce rośliny z rodziny orchidei. Było to jądro otoczone półpłynną cytoplazmą. Nazwa tej substancji oznacza w dosłownym tłumaczeniu z greckiego „pierwotną masę komórki”. Może być bardziej płynny lub lepki, ale koniecznie jest pokryty membraną. Zewnętrzna powłoka komórki składa się głównie z celulozy, ligniny i wosku. Jedną z cech wyróżniających komórki roślinne i zwierzęce jest obecność tej silnej ściany celulozowej.
Struktura cytoplazmy
Wewnętrzna część komórki roślinnej jest wypełniona hialoplazmą z zawieszonymi w niej maleńkimi granulkami. Bliżej skorupy tak zwana endoplazma przechodzi w bardziej lepką egzoplazmę. Dokładnie takte substancje, którymi wypełniona jest komórka roślinna, służą jako miejsce przepływu reakcji biochemicznych i transportu związków, umieszczania organelli i inkluzji.
Około 70-85% cytoplazmy to woda, 10-20% to białka, inne składniki chemiczne - węglowodany, lipidy, związki mineralne. Komórki roślinne posiadają cytoplazmę, w której wśród końcowych produktów syntezy znajdują się bioregulatory funkcji i substancje rezerwowe (witaminy, enzymy, oleje, skrobia).
Rdzeń
Z porównania komórek roślinnych i zwierzęcych wynika, że mają one zbliżoną strukturę jądra, zlokalizowanego w cytoplazmie i zajmującego do 20% jej objętości. Anglik R. Brown, który jako pierwszy zbadał ten najważniejszy i stały składnik wszystkich eukariontów pod mikroskopem, nadał mu nazwę od łacińskiego słowa jądro. Wygląd jąder zazwyczaj koreluje z kształtem i wielkością komórek, ale czasami różni się od nich. Obowiązkowe elementy struktury to błona, kariolimfa, jąderko i chromatyna.
W błonie znajdują się pory, które oddzielają jądro od cytoplazmy. Transportują substancje z jądra do cytoplazmy i odwrotnie. Kariolimfa to płynna lub lepka zawartość jądra z obszarami chromatyny. Jąderko zawiera kwas rybonukleinowy (RNA), który wchodzi do rybosomów cytoplazmy, aby uczestniczyć w syntezie białek. Inny kwas nukleinowy, kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA), jest również obecny w dużych ilościach. DNA i RNA zostały po raz pierwszy odkryte w komórkach zwierzęcych w 1869 roku, a następnie znalezione w roślinach. Jądro jest centrumzarządzanie” procesami wewnątrzkomórkowymi, miejsce przechowywania informacji o dziedzicznych cechach całego organizmu.
Retikulum endoplazmatyczne (ER)
Struktura komórek zwierzęcych i roślinnych jest bardzo podobna. Niezbędne w cytoplazmie są wewnętrzne kanaliki wypełnione substancjami o różnym pochodzeniu i składzie. Granulowany typ EPS różni się od granulowanego obecnością rybosomów na powierzchni membrany. Pierwsza bierze udział w syntezie białek, druga odgrywa rolę w tworzeniu węglowodanów i lipidów. Jak ustalili naukowcy, kanały nie tylko przenikają do cytoplazmy, ale są powiązane z każdym organellą żywej komórki. Dlatego wartość EPS jest wysoko ceniona jako uczestnik metabolizmu, systemu komunikacji z otoczeniem.
Rybosom
Struktura komórki roślinnej lub zwierzęcej jest trudna do wyobrażenia bez tych małych cząsteczek. Rybosomy są bardzo małe i można je zobaczyć tylko pod mikroskopem elektronowym. W składzie ciał przeważają białka i cząsteczki kwasów rybonukleinowych, występuje niewielka ilość jonów wapnia i magnezu. Prawie całe RNA komórki jest skoncentrowane w rybosomach, które zapewniają syntezę białek poprzez „składanie” białek z aminokwasów. Następnie białka wchodzą do kanałów ER i są przenoszone przez sieć w całej komórce, wnikają do jądra.
Mitochondria
Te organelle komórki są uważane za jej stacje energetyczne, są widoczne w powiększeniu w konwencjonalnym mikroskopie świetlnym. Liczba mitochondriów zmienia się w bardzo szerokim zakresie, mogą to być jednostki lub tysiące. Struktura organoidu nie jest bardzo złożona, są dwamembrany i matryca wewnątrz. Mitochondria zbudowane są z lipidów białkowych, DNA i RNA, są odpowiedzialne za biosyntezę ATP – kwasu adenozynotrifosforowego. Ta substancja komórki roślinnej lub zwierzęcej charakteryzuje się obecnością trzech fosforanów. Rozszczepienie każdego z nich dostarcza energii niezbędnej do wszystkich procesów życiowych w samej komórce i całym ciele. Wręcz przeciwnie, dodanie reszt kwasu fosforowego umożliwia magazynowanie energii i przekazywanie jej w tej formie w całej komórce.
Rozważ organelle komórkowe na poniższym rysunku i nazwij te, które już znasz. Zwróć uwagę na duże pęcherzyki (wakuole) i zielone plastydy (chloroplasty). Porozmawiamy o nich później.
Kompleks Golgiego
Złożony organoid komórkowy składa się z granulek, błon i wakuoli. Kompleks został otwarty w 1898 roku i został nazwany na cześć włoskiego biologa. Cechy komórek roślinnych to równomierne rozmieszczenie cząstek Golgiego w cytoplazmie. Naukowcy uważają, że kompleks jest niezbędny do regulowania zawartości wody i produktów odpadowych, usuwania nadmiaru substancji.
Plastydy
Tylko komórki tkanki roślinnej zawierają zielone organelle. Ponadto występują plastydy bezbarwne, żółte i pomarańczowe. Ich struktura i funkcje odzwierciedlają rodzaj odżywiania roślin, a pod wpływem reakcji chemicznych mogą zmieniać barwę. Główne rodzaje plastydów:
- pomarańczowe i żółte chromoplasty utworzone przez karoten i ksantofil;
- chloroplasty zawierające ziarna chlorofilu -zielony pigment;
- leukoplasty to bezbarwne plastydy.
Struktura komórki roślinnej jest związana z reakcjami chemicznymi syntezy materii organicznej z dwutlenku węgla i wody przy użyciu energii świetlnej. Nazwa tego niesamowitego i bardzo złożonego procesu to fotosynteza. Reakcje przeprowadzane są dzięki chlorofilowi, to właśnie ta substancja jest w stanie uchwycić energię wiązki światła. Obecność zielonego pigmentu wyjaśnia charakterystyczny kolor liści, łodyg zielnych, niedojrzałych owoców. Chlorofil ma strukturę podobną do hemoglobiny we krwi zwierząt i ludzi.
Czerwony, żółty i pomarańczowy kolor różnych organów roślinnych jest spowodowany obecnością chromoplastów w komórkach. Oparte są na dużej grupie karotenoidów, które odgrywają ważną rolę w metabolizmie. Leukoplasty są odpowiedzialne za syntezę i akumulację skrobi. Plastydy rosną i rozmnażają się w cytoplazmie, poruszając się wraz z nią wzdłuż wewnętrznej błony komórki roślinnej. Są bogate w enzymy, jony i inne związki biologicznie czynne.
Różnice w strukturze mikroskopowej głównych grup organizmów żywych
Większość komórek przypomina mały woreczek wypełniony śluzem, ciałami, granulkami i pęcherzykami. Często występują różne wtrącenia w postaci stałych kryształów minerałów, kropli olejków, ziaren skrobi. Komórki pozostają w bliskim kontakcie w składzie tkanek roślinnych, całe życie zależy od aktywności tych najmniejszych jednostek strukturalnych, które tworzą całość.
Dzięki strukturze wielokomórkowej istniejespecjalizacja, która wyraża się w różnych zadaniach fizjologicznych i funkcjach mikroskopijnych elementów strukturalnych. Są one determinowane głównie przez umiejscowienie tkanek w liściach, korzeniu, łodydze lub organach generatywnych rośliny.
Podkreślmy główne elementy porównania komórki roślinnej z podstawowymi jednostkami strukturalnymi innych żywych organizmów:
- Gęstą skorupę, charakterystyczną tylko dla roślin, tworzy włókno (celuloza). U grzybów błona składa się z trwałej chityny (specjalnego białka).
- Komórki roślin i grzybów różnią się kolorem ze względu na obecność lub brak plastydów. Ciała takie jak chloroplasty, chromoplasty i leukoplasty występują tylko w cytoplazmie roślinnej.
- Istnieje organoid, który odróżnia zwierzęta - jest to centriola (centrum komórki).
- Tylko w komórce roślinnej znajduje się duża centralna wakuola wypełniona płynną zawartością. Zwykle ten sok komórkowy jest barwiony pigmentami w różnych kolorach.
- Głównym związkiem rezerwowym organizmu roślinnego jest skrobia. Grzyby i zwierzęta gromadzą glikogen w swoich komórkach.
Wśród alg znanych jest wiele pojedynczych, wolno żyjących komórek. Na przykład takim niezależnym organizmem są chlamydomony. Wprawdzie rośliny różnią się od zwierząt obecnością celulozowej ściany komórkowej, ale komórkom zarodkowym brakuje tak gęstej skorupy - to kolejny dowód na jedność świata organicznego.
