Tijela živih organizama mogu biti jedna ćelija, njihova grupa ili ogromna akumulacija koja broji milijarde takvih elementarnih struktura. Potonji uključuju većinu viših biljaka. Proučavanje ćelije - glavnog elementa strukture i funkcija živih organizama - bavi se citologijom. Ova grana biologije počela se ubrzano razvijati nakon otkrića elektronskog mikroskopa, poboljšanja hromatografije i drugih metoda biohemije. Razmotrite glavne karakteristike, kao i karakteristike po kojima se biljna ćelija razlikuje od najmanjih strukturnih jedinica strukture bakterija, gljiva i životinja.
Otvaranje ćelije R. Hookea
Teorija sićušnih elemenata strukture svih živih bića prošla je put razvoja, mjeren stotinama godina. Strukturu biljne ćelijske membrane prvi je u svom mikroskopu vidio britanski naučnik R. Hooke. Opće odredbe o ćelijskoj hipotezi formulirali su Schleiden i Schwann, prije nego što su drugi istraživači donijeli slične zaključke.
Englez R. Hooke je pod mikroskopom ispitao komad hrastovog pluta i predstavio rezultate na sastanku Kraljevskog društva u Londonu 13. aprila 1663. (premadrugi izvori, događaj se dogodio 1665. godine). Ispostavilo se da se kora drveta sastoji od sićušnih ćelija, koje je Hooke nazvao "ćelije". Zidove ovih komora, formirajući uzorak u obliku saća, naučnik je smatrao živom supstancom, a šupljina je prepoznata kao beživotna, pomoćna struktura. Kasnije je dokazano da unutar ćelija biljaka i životinja one sadrže supstancu bez koje je njihovo postojanje nemoguće, kao i aktivnost cijelog organizma.
ćelijska teorija
Važno otkriće R. Hookea razvijeno je u radovima drugih naučnika koji su proučavali strukturu životinjskih i biljnih ćelija. Slične strukturne elemente naučnici su uočili na mikroskopskim presecima višećelijskih gljiva. Utvrđeno je da strukturne jedinice živih organizama imaju sposobnost podjele. Na osnovu istraživanja, predstavnici bioloških nauka Njemačke M. Schleiden i T. Schwann formulirali su hipotezu koja je kasnije postala ćelijska teorija.
Poređenje biljnih i životinjskih ćelija sa bakterijama, algama i gljivama omogućilo je njemačkim istraživačima da dođu do sljedećeg zaključka: “komorije” koje je otkrio R. Hooke su elementarne strukturne jedinice, a procesi koji se u njima odvijaju leže u osnovi života većine organizama na Zemlji. Važan dodatak je napravio R. Virkhov 1855. godine, napominjući da je dioba stanica jedini način za njihovu reprodukciju. Schleiden-Schwannova teorija sa prefinjenjima je postala općeprihvaćena u biologiji.
Ćelija je najmanji element u strukturi i životu biljaka
Prema teorijskim stavovima Schleidena i Schwanna,organski svijet je jedan, što dokazuje sličnu mikroskopsku strukturu životinja i biljaka. Pored ova dva carstva, ćelijsko postojanje je karakteristično za gljive, bakterije, a virusi su odsutni. Rast i razvoj živih organizama osigurava se pojavom novih ćelija u procesu diobe postojećih.
Višećelijski organizam nije samo akumulacija strukturnih elemenata. Male jedinice strukture međusobno djeluju, formirajući tkiva i organe. Jednoćelijski organizmi žive izolovano, što ih ne sprečava da stvaraju kolonije. Glavne karakteristike ćelije:
- sposobnost za samostalno postojanje;
- vlastiti metabolizam;
- samoreprodukcija;
- razvoj.
U evoluciji života, jedna od najvažnijih faza bilo je odvajanje jezgra od citoplazme uz pomoć zaštitne membrane. Veza je očuvana, jer ove strukture ne mogu postojati odvojeno. Trenutno postoje dva super-kraljevstva - nenuklearni i nuklearni organizmi. Drugu grupu čine biljke, gljive i životinje, koje proučavaju relevantne grane nauke i biologija uopšte. Biljna ćelija ima jezgro, citoplazmu i organele, o čemu će biti reči u nastavku.
Različitost biljnih ćelija
Na lomu zrele lubenice, jabuke ili krompira, golim okom možete vidjeti strukturne "ćelije" ispunjene tekućinom. To su ćelije parenhima fetusa promjera do 1 mm. Lična vlakna su izdužene strukture čija dužina znatno premašuje širinu. Na primjer,ćelija biljke koja se zove pamuk dostiže dužinu od 65 mm. Lična vlakna lana i konoplje imaju linearne dimenzije 40-60 mm. Tipične ćelije su mnogo manje -20–50 µm. Takvi sićušni strukturni elementi mogu se vidjeti samo pod mikroskopom. Osobine najmanjih strukturnih jedinica biljnog organizma očituju se ne samo u razlikama u obliku i veličini, već iu funkcijama koje se obavljaju u sastavu tkiva.
Biljna ćelija: osnovne strukturne karakteristike
Jedro i citoplazma su usko povezani i međusobno deluju, što potvrđuju istraživanja naučnika. To su glavni dijelovi eukariotske ćelije, svi ostali strukturni elementi ovise o njima. Nukleus služi za pohranjivanje i prijenos genetskih informacija neophodnih za sintezu proteina.
Britanski naučnik R. Brown 1831. prvi je uočio posebno tijelo (nukleus) u ćeliji biljke porodice orhideja. Bilo je to jezgro okruženo polutečnom citoplazmom. Naziv ove supstance u doslovnom prijevodu s grčkog znači "primarna masa ćelije". Može biti tečnije ili viskoznije, ali je obavezno prekriveno membranom. Vanjski omotač ćelije sastoji se uglavnom od celuloze, lignina i voska. Jedna karakteristika koja razlikuje biljne i životinjske ćelije je prisustvo ovog snažnog celuloznog zida.
Struktura citoplazme
Unutarnji dio biljne ćelije ispunjen je hijaloplazmom sa sićušnim granulama suspendovanim u njoj. Bliže ljusci, takozvana endoplazma prelazi u viskozniju egzoplazmu. Upravoove supstance, kojima je ispunjena biljna ćelija, služe kao mesto za tok biohemijskih reakcija i transport jedinjenja, postavljanje organela i inkluzija.
Otprilike 70-85% citoplazme je voda, 10-20% su proteini, ostale hemijske komponente - ugljeni hidrati, lipidi, mineralna jedinjenja. Biljne ćelije imaju citoplazmu, u kojoj se među krajnjim produktima sinteze nalaze bioregulatori funkcija i rezervne supstance (vitamini, enzimi, ulja, skrob).
Core
Poređenje biljnih i životinjskih ćelija pokazuje da imaju sličnu strukturu jezgra, koje se nalazi u citoplazmi i zauzima do 20% njenog volumena. Englez R. Brown, koji je prvi ispitao ovu najvažniju i konstantnu komponentu svih eukariota pod mikroskopom, dao joj je ime od latinske riječi nucleus. Izgled jezgara obično je u korelaciji s oblikom i veličinom stanica, ali se ponekad razlikuje od njih. Obavezni elementi strukture su membrana, kariolimfa, nukleolus i kromatin.
Postoje pore u membrani koje odvajaju jezgro od citoplazme. Oni transportuju supstance iz jezgra u citoplazmu i obrnuto. Kariolimfa je tekući ili viskozni nuklearni sadržaj sa područjima hromatina. Nukleolus sadrži ribonukleinsku kiselinu (RNA) koja ulazi u ribozome citoplazme kako bi učestvovala u sintezi proteina. Druga nukleinska kiselina, deoksiribonukleinska kiselina (DNK), također je prisutna u velikim količinama. DNK i RNK su prvi put otkriveni u životinjskim ćelijama 1869. godine, a potom i u biljkama. Jezgro je centarupravljanje” unutarćelijskih procesa, mjesto za pohranjivanje informacija o nasljednim karakteristikama cijelog organizma.
Endoplazmatski retikulum (ER)
Struktura životinjskih i biljnih ćelija ima značajnu sličnost. U citoplazmi su nužno prisutne unutrašnje tubule ispunjene tvarima različitog porijekla i sastava. Zrnasti tip EPS-a razlikuje se od agranularnog tipa po prisutnosti ribozoma na površini membrane. Prvi je uključen u sintezu proteina, drugi igra ulogu u stvaranju ugljikohidrata i lipida. Kako su istraživači ustanovili, kanali ne samo da prodiru u citoplazmu, već su povezani sa svakom organelom žive ćelije. Stoga je vrijednost EPS-a veoma cijenjena kao učesnika u metabolizmu, sistemu komunikacije sa okolinom.
Ribosome
Strukturu biljne ili životinjske ćelije teško je zamisliti bez ovih malih čestica. Ribosomi su vrlo mali i mogu se vidjeti samo elektronskim mikroskopom. U sastavu tijela preovlađuju proteini i molekuli ribonukleinskih kiselina, mala je količina jona kalcija i magnezija. Gotovo sva ćelijska RNK koncentrirana je u ribosomima; oni obezbjeđuju sintezu proteina "sastavljajući" proteine iz aminokiselina. Zatim proteini ulaze u ER kanale i prenose se mrežom kroz ćeliju, prodiru u jezgro.
Mitohondrije
Ove organele ćelije smatraju se njenim energetskim stanicama, vidljive su kada se uvećaju u konvencionalnom svetlosnom mikroskopu. Broj mitohondrija varira u vrlo širokom rasponu, mogu biti jedinice ili hiljade. Struktura organoida nije jako složena, postoje dvijemembrane i matriks iznutra. Mitohondrije se sastoje od proteinskih lipida, DNK i RNK, odgovorne su za biosintezu ATP-a - adenozin trifosforne kiseline. Ovu tvar biljne ili životinjske stanice karakterizira prisustvo tri fosfata. Cepanjem svakog od njih dobija se energija neophodna za sve životne procese u samoj ćeliji i u celom telu. Naprotiv, dodavanje ostataka fosforne kiseline omogućava skladištenje energije i njeno prenošenje u ovom obliku kroz ćeliju.
Razmotrite ćelijske organele na slici ispod i navedite one koje već znate. Obratite pažnju na velike vezikule (vakuole) i zelene plastide (hloroplaste). O njima ćemo kasnije.
Golgi kompleks
Složeni ćelijski organoid se sastoji od granula, membrana i vakuola. Kompleks je otvoren 1898. godine i dobio je ime po italijanskom biologu. Karakteristike biljnih ćelija su ujednačena distribucija Golgijevih čestica kroz citoplazmu. Naučnici smatraju da je kompleks neophodan za regulaciju sadržaja vode i otpadnih proizvoda, uklanjanje viška supstanci.
Plastidi
Samo ćelije biljnog tkiva sadrže zelene organele. Osim toga, postoje bezbojni, žuti i narandžasti plastidi. Njihova struktura i funkcije odražavaju vrstu ishrane biljaka, a u stanju su da menjaju boju usled hemijskih reakcija. Glavne vrste plastida:
- narandžasti i žuti hromoplasti formirani od karotena i ksantofila;
- hloroplasti koji sadrže zrna hlorofila -zeleni pigment;
- leukoplasti su bezbojni plastidi.
Struktura biljne ćelije povezana je sa hemijskim reakcijama sinteze organske materije iz ugljen-dioksida i vode korišćenjem svetlosne energije. Naziv ovog neverovatnog i veoma složenog procesa je fotosinteza. Reakcije se odvijaju zahvaljujući hlorofilu, upravo ta supstanca je u stanju uhvatiti energiju snopa svjetlosti. Prisutnost zelenog pigmenta objašnjava karakterističnu boju listova, zeljastih stabljika, nezrelih plodova. Hlorofil je po strukturi sličan hemoglobinu u krvi životinja i ljudi.
Crvena, žuta i narandžasta boja raznih biljnih organa je zbog prisustva hromoplasta u ćelijama. Baziraju se na velikoj grupi karotenoida koji igraju važnu ulogu u metabolizmu. Leukoplasti su odgovorni za sintezu i nakupljanje škroba. Plastidi rastu i množe se u citoplazmi, krećući se zajedno s njom duž unutrašnje membrane biljne stanice. Bogate su enzimima, jonima i drugim biološki aktivnim jedinjenjima.
Razlike u mikroskopskoj strukturi glavnih grupa živih organizama
Većina ćelija liči na malenu vrećicu ispunjenu sluzi, tijelima, granulama i vezikulama. Često postoje različite inkluzije u obliku čvrstih kristala minerala, kapi ulja, škrobnih zrnaca. Ćelije su u bliskom kontaktu u sastavu biljnih tkiva, život u celini zavisi od aktivnosti ovih najmanjih strukturnih jedinica koje čine celinu.
Sa višećelijskom strukturom, postojispecijalizacija, koja se izražava u različitim fiziološkim zadacima i funkcijama mikroskopskih strukturnih elemenata. One su uglavnom određene lokacijom tkiva u listovima, korijenu, stabljici ili generativnim organima biljke.
Istaknimo glavne elemente poređenja biljne ćelije sa elementarnim strukturnim jedinicama drugih živih organizama:
- Gusta ljuska, karakteristična samo za biljke, formirana je od vlakana (celuloze). Kod gljiva, membrana se sastoji od izdržljivog hitina (posebnog proteina).
- Ćelije biljaka i gljiva razlikuju se po boji zbog prisustva ili odsustva plastida. Tijela kao što su hloroplasti, hromoplasti i leukoplasti prisutna su samo u biljnoj citoplazmi.
- Postoji organoid koji razlikuje životinje - ovo je centriol (ćelijski centar).
- Samo u biljnoj ćeliji postoji velika centralna vakuola ispunjena tečnim sadržajem. Obično je ovaj ćelijski sok obojen pigmentima u različitim bojama.
- Glavni rezervni spoj biljnog organizma je skrob. Gljive i životinje akumuliraju glikogen u svojim stanicama.
Među algama su poznate mnoge pojedinačne, slobodno žive ćelije. Na primjer, takav nezavisni organizam je hlamidomonas. Iako se biljke razlikuju od životinja po prisutnosti celuloznog ćelijskog zida, ali zametnim ćelijama nedostaje tako gusta ljuska - ovo je još jedan dokaz jedinstva organskog svijeta.
