Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Клетка является элементарной самовоспроизводящейся единицей структуры и функции абсолютно всех живых существ, обнаруживаемых на планете Земля. Среди живых организмов встречается два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения можно отнести клетки бактерий и  сине-зеленых водорослей, которые принято называть прокариотическими, к более организованному – клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком, эукариотические. На рис. 4, 5 показана схема строения клеток про- и эукариот. 

Рис. 4. Комбинированная схема прокариотической клетки.

Прокариотические клетки отличаются от эукариотических более простым (примитивным) строением. Прокариотическая клетка не имеет оформленного ядра – его функции выполняют нуклеоид.  В прокариотической клетке отсутствуют центриоли, а также одномембранные и двумембранные органоиды – их функции выполняют мезосомы. Рибосомы, органоиды движения и оболочки прокариотических клеток имеют специфическое строение. Проставить все компоненты клетки.

Учитывая уникальную роль растений как источников создания органических веществ, знакомство с эукариотическими клетками целесообразно начать с рассмотрения клетки зеленого растения. При этом основное внимание будет обращено на строение живой клетки, для изучения которой используют световой микроскоп.

В отличие от клеток животных клетки растений имеют плотную, обычно углеводную, оболочку, окружающую живую часть клетки (протопласт), пластиды, из которых наибольшее значение имеют хлоропласты, осуществляющие процесс фотосинтеза, и крупные вакуоли, заполненные сильно обводненным клеточным соком. Однако перечисленные признаки не универсальны. Так, некоторые клетки растений, например гаметы и зооспоры водорослей, не имеют оболочки, от внешней среды они отграничены плазматической мембраной, идентичной мембране, окружающей клетку животных организмов. Зеленые пластиды свойственны лишь растениям, использующим для синтеза органических веществ энергию солнечного света. У гетеротрофных организмов, пользующихся готовыми органическими веществами (грибы), их нет.

Вакуоли характерны для взрослых клеток, уже закончивших рост. В клетках образовательных тканей (меристем), находящихся в кончике корня и на верхушке побега, а также в клетках семян, вакуолей обычно нет или они очень мелки.

Таким образом, специфичность структуры растительной клетки определяется характером ее жизнедеятельности, возрастным состоянием и таксономическими особенностями.

Рис. 5. Комбинированная схема строения эукариотической клетки. (А — животного происхождения, Б — растительного происхождения):

1-ядро с хроматином, 2-плазматическая мембрана, 3-клеточная оболочка, 4-плазмодесмы, 5-гранулярная эндоплазматическая сеть, 6-агранулярная эндоплазматическая сеть, 7-образующиеся пиноцитозные вакуоли, 8-комплекс Гольджи, 9-лизосома, 10-жировые включения, 11-центриоль и микротрубочки, 12-митохондрии, 13-полирибосомы, 14-вакуоли, 15-хлоропласты. 

У низших растений клетка нередко представляет собой целый, самостоятельно живущий организм. Примерами таких одноклеточных растений могут быть зеленые водоросли (хлорелла, хламидомонада) и некоторые грибы (дрожжи). Тело многоклеточного растения состоит из многих комплексов клеток, имеющих разные размеры, форму, внутреннее строение и выполняющих разные функции. Клетки, утратившие в процессе развития живое содержимое, могут участвовать в проведении воды, некоторые из них защищают растение от механических воздействий, колебаний температур и так далее.

Поэтому в ботанике термин «клетка» употребляют не только для тех структурных единиц, которые имеют протопласт, дифференцированный на цитоплазму, ядро, пластиды, митохондрии и другие органоиды, но и для оболочек, оставшихся после отмирания протопластов.

Плазматическая мембрана или плазмалемма – поверхностная периферическая структура, ограничивающая клетку снаружи. Играет роль барьера, ограничивает свободный поток низко- и высокомолекулярных веществ в обе стороны через мембрану. Так же она выступает как  структура, рецептирующая различные химические вещества и регулирующая избирательно транспорт этих веществ в клетку.

Задание 1. Эндоцитоз 

Рассмотреть микрофотографию эндоцитоза в животной клетке. Зарисовать в тетрадь, обозначить плазматическую мембрану, пиноцетозные ямки, пиноцетозные вакуоли, ядро, аппарат Гольджи (рис 135, с. 242, Ченцов, 2004 г).

Задание 2. Клетки плоского эпителия полости рта человека

Для того чтобы приготовить препарат, достаточно стерильным стеклянным шпателем провести с легким нажимом по небу или по деснам. При этом на кончике шпателя в капельке слюны окажутся слущенные клетки эпителия, выстилающего полость рта. Такие клетки лучше всего рассматривать в фазово-контрастном или темнопольном микроскопе, можно использовать и обычный микроскоп с сильно закрытой конденсорной диафрагмой. На препарате видны плавающие в жидкости отдельные крупные плоские клетки, содержащие ядра (рис. 6).

Рис. 6. Клетки плоского эпителия полости рта человека: 1 — ядра клеток; 2 — цитоплазма клеток; 3 — половой хроматин; 4 — митохондрия.

 Большая часть клеток мертвые, они имеют сильно структурированное ядро. Так как поверхностные клетки покровного эпителия являются высокодифференцированными клетками, в которых затухают синтетические процессы, в ядрах этих клеток отсутствуют ядрышки или они очень мелкие.Если взять соскоб этих клеток у женщины, то в ядрах многих клеток можно увидеть так называемые тельца Барра — это не что иное, как половая Х хромосома в интерфазном ядре (половой хроматин) — плотный участок  хроматина,  прилежащий непосредственно к периферии ядра. В цитоплазме живых клеток можно также видеть множество мелких гранул — митохондрий и мелких пузырьков.

Задание 3. Межклеточные соединения

Рассмотреть микрофотографию межклеточных соединений в клетках печени, полученную с помощью электронного микроскопа. Зарисовать себе в тетрадь. На рисунке обозначить плазматическую мембрану, межклеточное пространство, десмосому, щелевой контакт (рис. 153, с. 262, Ченцов, 2004 г).

Клеточная стенка растений формируется при участии плазматической мембраны и является экстраклеточным многослойным образованием, защищающим поверхность клетки и служащим наружным скелетом растительной клетки. Она состоит из двух компонентов: аморфного пластичного гелеобразного матрикса (основы) с высоким содержанием воды и опорной фибриллярной системы из структурных полисахаридов, гемицеллюлозы и пектиновых веществ. Так же в клеточную стенку могут входить различные включения лигнина и минеральных веществ, таких как оксид кремния или оксид кальция. На поверхностной клеточной оболочке могут скапливаться различные вещества: кутин, суберин, воск.

Аморфные вещества матрикса  синтезируются в вакуолях аппарата Гольджи и выделяются через плазмалемму путем экзоцитоза. Фибриллы целлюлозы синтезируются ферментами, встроенными в плазмалемму.

В первичной оболочке имеются канальцы, через которые проходят цитоплазменные тяжи — плазмодесмы. С окончанием роста клетки формируется вторичная клеточная оболочка за счет образования новых слоев со стороны клеточной мембраны. Фибриллы целлюлозы, составляющие основу этих отложений, более мощные, чем у первичной оболочки, располагаются параллельно. Однако направление их расположения в каждом новом слое иное, что способствует повышению прочности вторичной клеточной оболочки. Вторичная оболочка имеет поры, через которые от клетки к клетке проходят плазмодесмы. 

Задание 4. Плазмодесмы в оболочках клеток запасающей ткани семени хурмы (Diospyros Kaki Thunb.)

Для приготовления препарата пригодны свежие и хранящиеся в глицерине семена. Сняв кожуру, бритвой делают тонкий поперечный срез запасающей ткани (эндосперма), кладут его в каплю раствора йода в водном растворе йодида калия, накрывают покровным стеклом и рассматривают при малом и большом увеличении микроскопа.

Клетки эндосперма в очертании многоугольные, соединены плотно, без межклетников. Клетки имеют очень толстые оболочки, между которыми обычно хорошо заметны межклеточные пластинки. Толщина оболочек обусловлена мощным отложением в них гемицеллюлозы как вещества запаса. Во многих клетках видны пересекающие оболочки группы тонких канальцев с плазмодесмами, соединяющими протопласты соседних клеток (рис. 7).

Рис. 7. Первичные оболочки с плазмодесмами в клетках эндосперма хурмы: 1 — содержимое клетки; 2 — плазмодесмы; 3 – оболочка.

Зарисовать несколько клеток, на рисунке обозначить содержимое клетки, клеточную стенку, плазмодесмы.

Эндоплазматический ретикулум представляет собой систему ветвящихся канальцев и уплотненных полостей, пронизывающих всю цитоплазму эукариотических клеток и занимающих около 10 % от общего объема клетки. Вся эта лабиринтная структура ограничена одной непрерывной мембраной. Функционально делится на две различные структуры: гладкий эндоплазматический ретикулум (не содержит рецепторов для рибосом) и шероховатый (или гранулярный), получивший свое название из-за множества рибосом, расположенных на его обращенной к цитозолю поверхности. 

Гладкий ЭР играет ведущую роль в биосинтезе липидов, а также в нем происходит накопление ионов кальция до 5 ммолей. Производной гладкого ЭР является центральная вакуоль растительных клеток.

Функцией шероховатого эндоплазматического ретикулума является биосинтез белков, которые при удлинении полипептидной цепи поступают в полость ЭР, где происходит формирование их вторичной, а затем и третичной структуры. Также в полости ЭР происходит ковалентное присоединение к вновь образованным белкам остатков сахаров.

Задание 5. Гранулярный эндоплазматический ретикулум

Рассмотреть электронную фотографию участка цитоплазмы клетки.  Зарисовать в тетрадь и обозначить на рисунке гладкий и гранулярный ЭР (рис. 165, с. 281, Ченцов, 2004 г).

Аппарат Гольджи (АГ) состоит из уложенных в стопку 4-6 уплощенных в центре и несколько расширяющихся ближе к периферии одномембранных цистерн диаметром около 1 мкм. С ним всегда ассоциирована масса мелких ограниченных одинарной мембраной пузырьков диаметров 60 нм. Обычно аппарат Гольджи расположен рядом с эндоплазматическим ретикулумом ближе к клеточной поверхности. При этом АГ строго поляризован и имеет две функционально различные стороны: обращенную к ЭР формирующую (цис-сторону) и зрелую (транс-сторону), обращенную к внешней стороне клетки.

Мембранные элементы АГ участвуют в сегрегации и накоплении продуктов, синтезированных в ЭПР, участвуют в перестройке олигосахаридных компонентов гликопротеинов. В цистернах АГ происходит синтез полисахаридов, их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов.

Задание 6. Аппарат Гольджи

Рассмотреть микрофотографию аппарат Гольджи, полученную с помощью электронного микроскопа (рис. 176, с. 293, Ченцов, 2004 г). Зарисовать в тетрадь и обозначить на рисунке цистерны АГ, диктиосомы, ампулярные расширения цистерн.

Лизосомы – это специализированные компартменты эукариотической клетки, в которых обеспечивается оптимальные условия для контролируемого внутриклеточного расщепления макромолекул. В полости лизосомы содержится более 50 различных гидролитических ферментов. Кроме участия в переваривании поглощенных частиц и растворов лизосомы могут играть роль внутриклеточных структур, изменяющих клеточные продукты. Так же существую аутолизосомы, работа которых заключатся в отборе и уничтожении измененных, «сломанных» клеточных компонентов.

Задание 7. Лизосомы

Рассмотреть микрофотографию «Вторичные лизосомы в клетках культуры СПЭВ» (рис. 187, с. 307, Ченцов, 2004 г). Зарисовать в тетрадь и обозначить на рисунке лизосомы. 

Пероксисомы представляют собой округлые, окруженные одинарной мембраной органеллы. Внешне пероксисомы напоминают лизосомы и секреторные пузырьки, но принципиально отличаются от них как по выполняемым функциям, так и по механизму возникновения. В полости пероксисомы белки достаточно часто формируют крупные кристаллические образования, нередко заполняющие все их внутреннее пространство и хорошо различимые под электронным микроскопом. Основная функция пероксисом – осуществление широкого спектра биохимических реакций с использованием кислорода. В них содержится большое количество ферментов-оксидаз, а так же у растений пероксисомы содержат ферменты глиоксалатного цикла, превращающие жирные кислоты в углеводы. 

Пероксисомы часто локализуются вблизи мембран ЭПР. У зеленых растений пероксисомы часто находятся в тесном контакте с митохондриями и пластидами.

Задание 8. Пероксисомы

Рассмотреть микрофотографию «Пероксисома в растительной клетке» (рис.44, с. 214, Дерябин, 2005). Зарисовать в тетрадь и обозначить на рисунке пироксисому, белковое включение, хлоропласт, митохондрию.

Вакуоли растительных клеток. У молодых клеток может быть несколько мелких вакуолей, которые по мере роста и дифференцировки клетки сливаются друг с другом и образуют одну или несколько крупных вакуолей, занимающих до 90 % всего объема клеток. Центральная вакуоль отделена от цитоплазмы одинарной мембраной, сходной по толщине с плазмалеммой. Такая мембрана называется – тонопласт. Вакуоли выполняют разнообразные функции. Одной из главных функций является поддержание тургорного давления клеток. Растворенные в соке вакуолей молекулы определяют его осмотическую концентрацию. Также вакуоли могут использоваться клетками в качестве накопительных резервуаров, где не только откладываются запасные вещества, но и собираются метаболиты, предназначенные для экскреции.

Задание 9. Строение клеток развивающихся листьев элодеи канадской (Elodea canadensis Michx.)

Приготовить временный препарат зачатка листа. Рассмотреть и зарисовать молодую и развивающуюся клетку. Сделать подписи к рисункам. Описать различия молодой и развивающейся клетки.

Элодея — пресноводное растение с мутовками продолговато-овальных листьев на тонком стебле. Наиболее молодые клетки, структура которых еще не сформирована, составляют мелкие зачатки листьев, расположенные на верхушке побега под конусом нарастания. Для приготовления препарата верхушку побега (не более 1 см длиной) кладут на предметное стекло в большую каплю воды и осторожно под бинокулярном или лупой двумя препаровальными иглами удаляют крупные листья. Самые мелкие чешуевидные листья, скученные на верхушке побега, отрывают от стебля, расправляют, накрывают покровным стеклом и рассматривают при малом, а затем при большом увеличении микроскопа. Размеры и форма клеток зависят от размеров развивающейся листовой пластинки. Самые молодые листовые зачатки, которые удается отделить от стебля, состоят из клеток, очертания которых довольно сильно варьируют. Большинство клеток многоугольные, некоторые — узкие, удлиненные. Часто встречаются клетки только что возникшие в результате деления. Оболочки клеток очень тонкие, плотно сомкнутые. Клетки заполнены густой цитоплазмой, окружающей крупное, хорошо заметное ядро. Мелкие тельца, также расположенные в цитоплазме, представляют собой хлоропласты (рис. 8, А, Б). В нижерасположенных листьях по мере увеличения размеров клеток число пластид и их размеры увеличиваются, содержимое клеток становится более светлым, прозрачным вследствие появления вакуолей с водянистым клеточным соком; ядра заметны не во всех клетках. Чтобы их увидеть, листья можно обработать раствором йода в водном растворе йодида калия (убивающего клетку), от этого реактива ядра становятся бурыми.

А                                                                        Б

Рис. 8. Строение клеток листа элодеи: А, Б, — последовательные стадии развития клеток. 1 — ядра; 2 — пластиды; 3 – вакуоли.

Задание 10. Клетки кожицы листа валлиснерии (Vallisneria spiralis L.)

Приготовить временный препарат кожицы листа валлиснерии. Рассмотреть препарат на малом и большом увеличении. Зарисовать клетку и видимые органеллы. Сделать подписи к рисунку. Описать препарат.

Для приготовления препарата на любой из сторон линейного листа валлиснерии скальпелем или препаровальной иглой надрезают кожицу, кусочек которой сдирают с листовой пластинки, кладут в каплю воды на предметное стекло, осторожно накрывают покровным стеклом и рассматривают при малом и большом увеличении микроскопа (рис. 9).

Клетки кожицы либо вытянуты по длине листа, либо имеют квадратные или многоугольные очертания. Оболочки клеток тонкие, прозрачные, плотно примыкающие одна к другой. В клетках видны многочисленные зеленые тельца — хлоропласты, или хлорофилловые зерна. Хлоропласт имеет форму двояковыпуклой линзы, фронтальная сторона которой всегда обращена к клеточной стенке.

Рис. 9. Кожица листа валлиснерии: 1 — оболочка клетки; 2 — хлоропласты; 3 — ядро; 4- направления движения цитоплазмы; 5 — цитоплазма.

При внимательном наблюдении можно видеть, что пластиды перемещаются вдоль клеточных стенок. Это происходит вследствие движения вокруг центральной вакуоли цитоплазмы. Такое движение называют круговым или ротационным (циклоз).

Движение цитоплазмы играет важную роль в осуществлении обменных процессов и распределении веществ внутри клетки. В естественных условиях цитоплазма движется очень медленно, под влиянием физических или химических раздражителей движение обычно ускоряется. Это движение называют вторичным. Довольно быстрое движение цитоплазмы в клетках валлиснерии вызвано механическим повреждением листа в связи со снятием кожицы. Сначала оно заметно лишь в некоторых, а затем почти во всех клетках. Движение можно ускорить, если лист на несколько минут положить в теплую воду или добавить в нее каплю спирта. 

Задание 11. Плазмолиз в клетках кожицы чешуи луковицы репчатого лука (Аlliит сера L.)

Для ознакомления со строением клеток и особенностями плазмолиза можно использовать кожицу, покрывающую внутренние чешуи луковицы лука. Слегка надрезанная скальпелем или препаровальной иглой кожица обычно легко сдирается. Ее рассматривают в воде под покровным стеклом при малом и большом увеличении микроскопа.

 Клетки кожицы разных размеров, многоугольные, с тонкими, плотно сомкнутыми стенками (рис.10). В некоторых местах стенки пересечены узкими канальцами — порами, которые посередине перегорожены тонкой мембраной. В клетке хорошо видно ядро с ядрышком. Ядро окружено цитоплазмой, составляющей так называемый ядерный кармашек, соединенный тяжами с постенным слоем цитоплазмы. В цитоплазме встречаются капли эфирных масел, а в вакуолях — мелкие кубические или призматические кристаллы щавелевокислого кальция.

Рис. 10. Плазмолизированные клетки чешуи лука. 1 — ядро; 4 — вакуоли; 5 – кристалл оксалата кальция; 12- оболочка клетки; 13 – плазмалемма; 14 – нити Гехта.

Цитоплазма в клетках кожицы лука более вязкая, чем у водных растений. О высокой вязкости цитоплазмы можно судить по характеру плазмолиза. Во многих клетках плазмолиз вогнутый. Отошедшие от стенок искривленные участки протопласта обращены к стенкам вогнутыми сторонами. В некоторых местах протопласт связан с клеточными стенками тонкими цитоплазматическими тяжами — «нитями Гехта», часть которых со временем разрывается.

Лучше всего наблюдать плазмолиз в клетках лиловых чешуй лука. Окраска чешуй обусловлена наличием в клеточном соке водорастворимого пигмента — антоциана. По мере выхода из вакуоли воды концентрация пигмента увеличивается, и окраска клеточного сока становится интенсивнее.

Задание 12. Строение клеток сформированного листа элодеи

Оторванный от стебля лист кладут нижней стороной в каплю воды на предметное стекло, накрывают покровным стеклом и рассматривают при малом и большом увеличении микроскопа. Лист элодеи значительно больше поля зрения микроскопа, поэтому даже при работе с малым увеличением препарат приходится передвигать. Лист состоит из двух слоев клеток, причем клетки верхнего слоя, обращенного к наблюдателю, крупнее клеток нижнего слоя. Уже при малом увеличении обращает на себя внимание неравномерная окраска листовой пластинки, в середине которой вдоль листа располагается «средняя жилка», состоящая из более светлых клеток. Краевые клетки листа почти прозрачные. Некоторые клетки выступают наружу в виде острых зубцов (рис. 11А) с концами, обращенными к верхушке листа. В клетках основания листовой пластинки зубцов нет (рис. 11Б). Наружные стенки зубцов очень толстые, красновато-бурые.

Параллельно «средней жилке» вдоль листа проходят узкие темные полосы разной длины. Они представляют собой систему межклетников — пространств между клетками верхней и нижней сторон листа, заполненных воздухом. Под микроскопом межклетники выглядят темными из-за большой разницы в показателях преломления света воздуха (n =1) и клеточных оболочек (n=1,5). Когда вода, показатель преломления света которой близок показателю преломления оболочек (n =1,33), войдет в межклетники через поврежденные места и вытеснит из них воздух, межклетники станут незаметными.

Ознакомившись с общим планом строения листа, следует более детально рассмотреть особенности слагающих его клеток при большом увеличении. Клетки имеют тонкие прозрачные стенки, плотно соединенные между собой. Размеры, форма клеток, а также число содержащихся в них зеленых пластид — хлоропластов варьируют.

Клетки «средней жилки» узкие, сильно вытянутые по длине листа, пластид в них немного, большинство из них располагается вдоль боковых стенок. Очертания этих пластид овальные.

Клетки, прилегающие к «средней жилке», более широкие, квадратные, многоугольные или продолговатые. В клетках много пластид, в плане они округлые, в боковой проекции — овальные или эллиптические. Ядро, цитоплазма и вакуоль в клетке не видны, так как показатели преломления света всех этих структур примерно одинаковы. Ядро становится заметным, если лист обработать раствором йода в водном растворе йодида калия, однако следует помнить, что этот реактив убивает клетку.

О наличии цитоплазмы и условных границах клеточной вакуоли можно судить лишь по перемещению пластид, происходящему вдоль клеточных стенок по часовой или против часовой стрелки, что характерно для кругового, или ротационного движения. В таких клетках цитоплазма, окружающая крупную центральную вакуоль, занимает постенное положение. В клетках только что оторванного листа цитоплазма обычно не движется или движется очень медленно, но спустя несколько минут движение становится хорошо заметным сначала в клетках средней жилки, а затем и в прилегающих к ней клетках.

Рис. 11. Клетки сформированного листа элодеи (А, Б):1 — ядро; 2 — хлоропласты; 3 — вакуоль; 4, 8 — цитоплазма; 5 — зубчик листа; 6 — оболочка клетки; 7 — межклетник; 9 — клетки «средней жилки».

Клетки, расположенные по краю листовой пластинки, вытянуты в длину, но значительно короче клеток средней жилки. Их наружные стенки толще внутренних. Клетки бедны содержимым, находящиеся в них немногочисленные пластиды значительно мельче, чем в остальных клетках. При внимательном рассмотрении в краевых клетках, в том числе и в зубцах, можно видеть ядра, представляющие собой светлые мелкозернистые тельца.