Биология растительной клетки: краткие сведения
Основные положения:
- Рост клеток растений и животных имеет принципиальные отличия.
- Жесткая клеточная стенка препятствует движению клеток и предотвращает захват больших молекул как питательных компонентов.
- Развитие растения зависит оттого, насколько неподвижные клетки способны управлять клеточной стенкой.
В течение многих лет на Земле существовали одноклеточные организмы, из которых затем произошли многоклеточные формы, а впоследствии развились растения и животные. К этому времени уже сформировалось большинство характерных свойств эукариотической клетки . В результате мы можем видеть общие черты у таких разных организмов, как дрожжи , зеленые растения и позвоночные . Например, в клетках всех эукариот большая часть генетического материала хранится в ядре , и они также содержат митохондрии , необходимые для производства энергии. Эти органеллы в основном одни и те же, независимо от того, присутствуют они в клетках корня растения или в клетках печени. Свойства, которые являются общими для клеток растений и животных, подробно рассматриваются в других главах. Однако, в отличие от клеток животных, растительные клетки растут совершенно по-другому, и мы увидим, что некоторые общие компоненты этих клеток используются по-разному. Поэтому в настоящей главе представлены некоторые характеристики, специфичные для растительных клеток. Например, в клетках растений система аппарата Гольджи не централизована, как у животных, а распределена по клеточному кортексу , что поддерживает диффузный механизм клеточного роста. Такой механизм роста также обусловливается и особенностями распределения цитоскелета . Так, в растительных клетках микротрубочки присоединены к цитоплазматической стороне растущей поверхности клетки, а актиновые нити не используются для адгезии и обеспечения подвижности и служат для перемешивания цитоплазматического содержимого в неподвижных клетках, которые растут, достигая гораздо больших размеров, чем клетки млекопитающих. Основная органелла клеток животных, центросома , у высших растений отсутствует. С другой стороны, клетки растений обладают органеллами и структурами, которых нет у клеток животных. Именно эти отличия дают нам ключ к пониманию различных путей создания организма растения.
- Вакуоль . Общая для всех клеток проблема заключается в том, что за счет осмоса через плазматическую мембрану проходит вода, что приводит к разбавлению цитоплазмы . В клетках млекопитающих эта проблема решается при использовании мембранных насосов , откачивающих скапливающиеся ионы, которые служат причиной поступления в клетку воды. В растительных клетках эта проблема решается совершенно по-другому. В них содержатся специальные, окруженные мембраной органеллы, которые называются вакуоли и которые поглощают избыток воды. По мере поглощения воды вакуоли набухают. Это приводит к растяжению клеток растений до гораздо больших размеров, чем это свойственно клеткам млекопитающих. Во многих случаях вакуоли занимают большую часть объема такой растянутой клетки, и остаются лишь тонкие нити цитоплазмы, примыкающие к плазматической мембране и проходящие от одного конца клетки к другому. Для клетки заполнение вакуолей водой служит экономичным путем увеличения своих размеров: при этом расходуется гораздо меньше энергии, чем в случае заполнения такого же объема богатой белками цитоплазмой. Это очень существенное соображение, поскольку многие растения растут на почвах, дефицитных по минеральным источникам азота, необходимым для синтеза аминокислот, из которых строятся молекулы белков.
- Клеточная стенка растений . Для предотвращения набухания вакуолей, могущего вызвать разрушение клеток растений, они окружены клеточной стенкой. Эта стенка обладает высокой прочностью, и состоит из волокон, по прочности не уступающих стальным, т.е. превосходит все материалы, из которых построены клетки млекопитающих. Эти волокна оборачиваются вокруг клетки и предохраняют ее от разрыва. Однако наличие у клетки такого "футляра", образованного стенкой, лишает ее подвижности. Поэтому растяжение растительных клеток достигается за счет внутреннего давления (или "тургора") , которое развивается в результате притока воды. Клеточная стенка может поддаваться растяжению, в результате которого изменяется форма клеточной стенки. Основную роль при этом играет уникальное расположение органелл и элементов цитоскелета, характерное для клеток растений.
- Хлоропласт . Наличие вокруг всех клеток жестких стенок не дает растениям возможность проявлять гибкость, необходимую для полноценного движения, которое, главным образом, ограничивается одним положением. В результате, в отличие от млекопитающих, растение не может охотиться или собирать пищу. Зеленые растения решили эту проблему, обеспечив себя собственным рационом. Это осуществляется посредством хлоропластов, еще одного типа органелл, специфических для клеток растений. Хлоропласты позволяют растениям существовать без движения, используя свет для превращения CO2 в углеводы , которые могут расходоваться или для производства энергии, или превращаются в комплексы полимеров, образующих клеточную стенку.
Три перечисленные структуры, характерные для растительных клеток, являются элементами, которые принципиально отличают их от "типичной" клетки животных. Эти различия проявляются как во внутренней организации растительной клетки, так и в способе ее участия в формировании организма. Различия возникают потому, что изменения формы и подвижность, свойственная клеткам млекопитающих, становятся невозможными для клеток растений из-за наличия окружающей их стенки. В результате в клетках растений не могут осуществляться такие же сложные перегруппировки, какие имеют место в клетках млекопитающих по мере развития организма. Поэтому рост и развитие растений сопровождаются лишь незначительными изменениями во взаимном расположении клеток, и их рост должен обеспечиваться принципиально иными механизмами, чем те, которые обеспечивают подвижность клеток животных. Клетки растений способны использовать основные механизмы, такие как увеличение размера клеток и контроль направления деления каждой клетки .
Поскольку клетки растений всегда находятся в тесном контакте друг с другом, нельзя отдельно рассматривать "типичную" растительную клетку. Поэтому мы начнем с изложения того, как растут растения, и на основании этого попытаемся описать свойства их клеток.
Смотрите также:
