Corpurile organismelor vii pot fi o singură celulă, un grup de ele sau o acumulare uriașă, numărând miliarde de astfel de structuri elementare. Acestea din urmă includ majoritatea plantelor superioare. Studiul celulei - elementul principal al structurii și funcțiilor organismelor vii - se ocupă de citologie. Această ramură a biologiei a început să se dezvolte rapid după descoperirea microscopului electronic, îmbunătățirea cromatografiei și a altor metode de biochimie. Luați în considerare principalele caracteristici, precum și caracteristicile prin care celula vegetală diferă de cele mai mici unități structurale ale structurii bacteriilor, ciupercilor și animalelor.
Deschiderea celulei de către R. Hooke
Teoria elementelor minuscule ale structurii tuturor viețuitoarelor a trecut pe calea dezvoltării, măsurată în sute de ani. Structura membranei celulei vegetale a fost văzută pentru prima dată la microscopul său de către omul de știință britanic R. Hooke. Prevederile generale ale ipotezei celulei au fost formulate de Schleiden și Schwann, înainte de aceasta alți cercetători au făcut concluzii similare.
Englezul R. Hooke a examinat o felie de plută de stejar la microscop și a prezentat rezultatele la o reuniune a Societății Regale din Londra pe 13 aprilie 1663 (conform alte izvoare, evenimentul a avut loc în 1665). S-a dovedit că scoarța unui copac este formată din celule minuscule, numite „celule” de Hooke. Pereții acestor camere, formând un model sub formă de fagure, omul de știință a considerat o substanță vie, iar cavitatea a fost recunoscută ca o structură auxiliară fără viață. Ulterior s-a dovedit că în interiorul celulelor plantelor și animalelor acestea conțin o substanță, fără de care existența lor este imposibilă, și activitatea întregului organism.
Teoria celulară
Descoperirea importantă a lui R. Hooke a fost dezvoltată în lucrările altor oameni de știință care au studiat structura celulelor animale și vegetale. Elemente structurale similare au fost observate de oamenii de știință pe secțiuni microscopice ale ciupercilor multicelulare. S-a constatat că unitățile structurale ale organismelor vii au capacitatea de a se diviza. Pe baza cercetărilor, reprezentanții științelor biologice din Germania M. Schleiden și T. Schwann au formulat o ipoteză care a devenit ulterior teoria celulară.
Compararea celulelor vegetale și animale cu bacterii, alge și ciuperci a permis cercetătorilor germani să ajungă la următoarea concluzie: „camerele” descoperite de R. Hooke sunt unități structurale elementare, iar procesele care au loc în ele stau la baza vieții. a majorității organismelor de pe Pământ. O completare importantă a fost făcută de R. Virkhov în 1855, menționând că diviziunea celulară este singura modalitate de reproducere a acestora. Teoria Schleiden-Schwann cu rafinamente a devenit general acceptată în biologie.
Celula este cel mai mic element din structura și viața plantelor
Conform pozițiilor teoretice ale lui Schleiden și Schwann,lumea organică este una, ceea ce demonstrează structura microscopică similară a animalelor și plantelor. Pe lângă aceste două regate, existența celulară este caracteristică ciupercilor, bacteriile, iar virușii sunt absenți. Creșterea și dezvoltarea organismelor vii este asigurată de apariția de noi celule în procesul de divizare a celor existente.
Un organism multicelular nu este doar o acumulare de elemente structurale. Micile unități de structură interacționează între ele, formând țesuturi și organe. Organismele unicelulare trăiesc izolat, ceea ce nu le împiedică să creeze colonii. Principalele caracteristici ale celulei:
- capacitate de existență independentă;
- propul metabolism;
- auto-reproducere;
- dezvoltare.
În evoluția vieții, una dintre cele mai importante etape a fost separarea nucleului de citoplasmă cu ajutorul unei membrane protectoare. Legătura a fost păstrată, deoarece aceste structuri nu pot exista separat. În prezent, există două super-regate - organismele nenucleare și nucleare. Al doilea grup este format din plante, ciuperci și animale, care sunt studiate de ramurile relevante ale științei și biologiei în general. O celulă vegetală are un nucleu, citoplasmă și organele, despre care vor fi discutate mai jos.
Diversitatea celulelor vegetale
La pauza unui pepene, măr sau cartof copt, puteți vedea „celule” structurale pline cu lichid cu ochiul liber. Acestea sunt celule de parenchim fetal cu un diametru de până la 1 mm. Fibrele de bast sunt structuri alungite, a căror lungime depășește semnificativ lățimea. De exemplu,celula unei plante numite bumbac atinge o lungime de 65 mm. Fibrele linie de in și cânepă au dimensiuni liniare de 40–60 mm. Celulele tipice sunt mult mai mici -20–50 µm. Astfel de elemente structurale minuscule pot fi văzute doar la microscop. Caracteristicile celor mai mici unități structurale ale unui organism vegetal se manifestă nu numai prin diferențele de formă și dimensiune, ci și în funcțiile îndeplinite în compoziția țesuturilor.
Celula vegetală: caracteristici structurale de bază
Nucleul și citoplasma sunt strâns interconectate și interacționează între ele, ceea ce este confirmat de cercetările oamenilor de știință. Acestea sunt părțile principale ale celulei eucariote, toate celel alte elemente structurale depind de ele. Nucleul servește la stocarea și transmiterea informațiilor genetice necesare sintezei proteinelor.
Omul de știință britanic R. Brown a observat pentru prima dată în 1831 un corp special (nucleu) în celula unei plante din familia orhideelor. Era un nucleu înconjurat de citoplasmă semi-lichidă. Numele acestei substanțe înseamnă în traducere literală din greacă „masa primară a celulei”. Poate fi mai lichid sau vâscos, dar este neapărat acoperit cu o membrană. Învelișul exterior al celulei este format în principal din celuloză, lignină și ceară. O caracteristică care distinge celulele vegetale și cele animale este prezența acestui perete puternic de celuloză.
Structura citoplasmei
Partea interioară a celulei vegetale este umplută cu hialoplasmă cu granule minuscule suspendate în ea. Mai aproape de coajă, așa-numita endoplasmă trece într-o exoplasmă mai vâscoasă. Exactaceste substanțe, cu care este umplută celula vegetală, servesc drept loc pentru fluxul reacțiilor biochimice și transportul compușilor, plasarea organelelor și incluziunilor.
Aproximativ 70-85% din citoplasmă este apă, 10-20% sunt proteine, alte componente chimice - carbohidrați, lipide, compuși minerali. Celulele vegetale au o citoplasmă, în care, printre produșii finali ai sintezei, se numără bioregulatori ai funcțiilor și substanțe de rezervă (vitamine, enzime, uleiuri, amidon).
Core
Compararea celulelor vegetale și animale arată că acestea au o structură similară a nucleului, situat în citoplasmă și ocupând până la 20% din volumul acestuia. Englezul R. Brown, care a examinat pentru prima dată această componentă cea mai importantă și constantă a tuturor eucariotelor la microscop, i-a dat un nume de la cuvântul latin nucleu. Aspectul nucleelor se corelează de obicei cu forma și dimensiunea celulelor, dar uneori diferă de acestea. Elementele obligatorii ale structurii sunt membrana, cariolimfa, nucleolul și cromatina.
Există pori în membrană care separă nucleul de citoplasmă. Ele transportă substanțe de la nucleu la citoplasmă și invers. Cariolimfa este un conținut nuclear lichid sau vâscos cu zone de cromatină. Nucleolul conține acid ribonucleic (ARN) care intră în ribozomii citoplasmei pentru a participa la sinteza proteinelor. Un alt acid nucleic, acidul dezoxiribonucleic (ADN), este de asemenea prezent în cantități mari. ADN-ul și ARN-ul au fost descoperite pentru prima dată în celulele animale în 1869 și ulterior găsite în plante. Nucleul este centrulmanagement” al proceselor intracelulare, un loc pentru stocarea informațiilor despre caracteristicile ereditare ale întregului organism.
Reticul endoplasmatic (ER)
Structura celulelor animale și vegetale are o asemănare semnificativă. Neapărat prezenți în citoplasmă sunt tubuli interni umpluți cu substanțe de origine și compoziție diferite. Tipul granular de EPS diferă de tipul agranular prin prezența ribozomilor pe suprafața membranei. Primul este implicat în sinteza proteinelor, al doilea joacă un rol în formarea carbohidraților și lipidelor. După cum au stabilit cercetătorii, canalele nu doar pătrund în citoplasmă, ci sunt asociate cu fiecare organel al unei celule vii. Prin urmare, valoarea EPS este foarte apreciată ca participant la metabolism, un sistem de comunicare cu mediul.
Ribozom
Structura unei celule vegetale sau animale este greu de imaginat fără aceste particule mici. Ribozomii sunt foarte mici și pot fi observați doar cu un microscop electronic. În compoziția organismelor predomină proteinele și moleculele de acizi ribonucleici, există o cantitate mică de ioni de calciu și magneziu. Aproape tot ARN-ul celulei este concentrat în ribozomi; aceștia asigură sinteza proteinelor prin „asamblarea” proteinelor din aminoacizi. Apoi proteinele intră în canalele ER și sunt transportate de rețea în întreaga celulă, pătrund în nucleu.
Mitocondrii
Aceste organite ale celulei sunt considerate stații energetice ale acesteia, sunt vizibile atunci când sunt mărite într-un microscop cu lumină convențională. Numărul de mitocondrii variază într-un interval foarte larg, pot exista unități sau mii. Structura organoidului nu este foarte complexă, sunt douămembrane și matrice din interior. Mitocondriile sunt compuse din lipide proteice, ADN și ARN, sunt responsabile de biosinteza ATP - acid adenozin trifosforic. Această substanță a unei celule vegetale sau animale este caracterizată prin prezența a trei fosfați. Divizarea fiecăruia dintre ele oferă energia necesară tuturor proceselor de viață din celula însăși și în întregul corp. Dimpotrivă, adăugarea de reziduuri de acid fosforic face posibilă stocarea energiei și transferarea acesteia sub această formă în întreaga celulă.
Luați în considerare organelele celulare din figura de mai jos și numiți-le pe cele pe care le cunoașteți deja. Observați veziculă mare (vacuola) și plastidele verzi (cloroplaste). Vom vorbi despre ele mai târziu.
Complexul Golgi
Organoid celular complex este format din granule, membrane și vacuole. Complexul a fost deschis în 1898 și a fost numit după biologul italian. Caracteristicile celulelor vegetale sunt distribuția uniformă a particulelor Golgi în citoplasmă. Oamenii de știință cred că complexul este necesar pentru a regla conținutul de apă și deșeuri, pentru a elimina excesul de substanțe.
Plastide
Numai celulele țesuturilor vegetale conțin organele verzi. În plus, există plastide incolore, galbene și portocalii. Structura și funcțiile lor reflectă tipul de nutriție al plantelor și își pot schimba culoarea datorită reacțiilor chimice. Principalele tipuri de plastide:
- cromoplaste portocalii și galbene formate din caroten și xantofilă;
- cloroplaste care conțin boabe de clorofilă -pigment verde;
- leucoplastele sunt plastide incolore.
Structura unei celule vegetale este asociată cu reacțiile chimice de sinteza a materiei organice din dioxid de carbon și apă folosind energia luminii. Numele acestui proces uimitor și foarte complex este fotosinteza. Reacțiile sunt efectuate datorită clorofilei, această substanță este capabilă să capteze energia unui fascicul de lumină. Prezența pigmentului verde explică culoarea caracteristică a frunzelor, a tulpinilor erbacee, a fructelor necoapte. Clorofila este similară ca structură cu hemoglobina din sângele animalelor și al oamenilor.
Culoarea roșie, galbenă și portocalie a diferitelor organe ale plantelor se datorează prezenței cromoplastelor în celule. Acestea se bazează pe un grup mare de carotenoizi care joacă un rol important în metabolism. Leucoplastele sunt responsabile pentru sinteza și acumularea amidonului. Plastidele cresc și se înmulțesc în citoplasmă, mișcându-se împreună cu ea de-a lungul membranei interioare a celulei plantei. Sunt bogate în enzime, ioni și alți compuși biologic activi.
Diferențe în structura microscopică a principalelor grupuri de organisme vii
Majoritatea celulelor seamănă cu un sac minuscul plin cu mucus, corpuri, granule și vezicule. Adesea există diverse incluziuni sub formă de cristale solide de minerale, picături de uleiuri, boabe de amidon. Celulele sunt în contact strâns în compoziția țesuturilor plantelor, viața în ansamblu depinde de activitatea acestor cele mai mici unități structurale care formează un întreg.
Cu o structură multicelulară, existăspecializarea, care se exprimă în diferite sarcini și funcții fiziologice ale elementelor structurale microscopice. Acestea sunt determinate în principal de localizarea țesuturilor în frunze, rădăcină, tulpină sau organe generatoare ale plantei.
Să evidențiem principalele elemente ale comparației celulei vegetale cu unitățile structurale elementare ale altor organisme vii:
- Coaja densa, caracteristica doar plantelor, este formata din fibre (celuloza). La ciuperci, membrana este formată din chitină durabilă (o proteină specială).
- Celulele plantelor și ciupercilor diferă ca culoare datorită prezenței sau absenței plastidelor. Corpuri precum cloroplastele, cromoplastele și leucoplastele sunt prezente numai în citoplasma plantelor.
- Există un organoid care distinge animalele - acesta este centriolul (centrul celular).
- Numai în celula plantei există un vacuol central mare umplut cu conținut lichid. De obicei, această seva celulară este colorată cu pigmenți de diferite culori.
- Principalul compus de rezervă al organismului vegetal este amidonul. Ciupercile și animalele acumulează glicogen în celulele lor.
Printre alge, sunt cunoscute multe celule unice, care trăiesc liber. De exemplu, un astfel de organism independent este chlamydomonas. Deși plantele diferă de animale prin prezența unui perete celular de celuloză, celulele germinale nu au o înveliș atât de dens - aceasta este o altă dovadă a unității lumii organice.
