Клетка как основная структурная и функциональная единица растительного организма — Студопедия

Ядро

Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.

Строение ядра

Программа

Введение.

Строение ядра. Ядерная оболочка. Ядерные поры. Кариокинез. Триединый геном растительной клетки. Взаимодействие ядерного, митохондриального и хлоропластного геномов. Контроль за развитием онтогенетических программ клетки.

Клеточная стенка.

Химический состав и архитектура первичной КС.

Структурные полисахариды: целлюлоза, гликаны, пектины. Связи между полисахаридами КС. Различия между однодольным и двудольными по составу гемицеллюлоз. Клеточные стенки I и II типов.

Белки КС. Гликопротеины, обогащенные гидроксипролином. Семейство экспансинов. Белки, обогащенные пролином: участие в регуляции прорастания, формирования сосудов ксилемы и образования клубеньков. Арабиногалактановые белки: их свойства и функции.

Арабиногалактановые белки как молекулярные маркеры эмбриогенеза. Белки, обогащенные глицином. Ферменты КС. Инкрустирующие и адкрустирующие вещества, минеральные вещества, вода.

Биосинтез КС. Первичная и вторичная КС. Биосинтез микрофибрилл целлюлозы и их самосборка. Роль аппарата Гольджи в биосинтезе элементов матрикса. КС и рост растяжением. Молекулярные механизмы растяжения КС. Экспансины и кислый рост.

Клеточная стенка как фаза для внеклеточного движения молекул воды, ионов, органических молекул.

Участие олигосахаридов КС в регуляции роста и развития растения, защите его от болезней.

Мембранные системы растительной клетки.

Общий принцип строения биомембран. Плазмалемма и ее функции: структурная, транспортная, осморегуляторная, трансформация энергии, рецепторно-регуляторная, синтетическая.

Эндомембранные структуры: ядерная мембрана, эндоплазматический ретикулум (ЭР), аппарат Гольджи, вакуолярная система, лизосомы, пероксисомы, глиоксисомы. Идея онтогенетической непрерывности эндоплазматической сети.

Разнообразие растительных вакуолей: морфологические, биохимические и физиологические показатели. Белок запасающие и гидролитические вакуоли, мембранные белки маркеры вакуолей разных типов (α-, δ-, и γ-TIP). Биогенез растительных вакуолей: биосинтез (ранний секреторный путь, поздний секреторный путь), аутофагия, эндоцитоз.

Молекулярно-биологические подходы для изучения функционирования вакуолярной системы. Механизмы направленного транспорта белков в вакуоли путем везикулярного транспорта. Сортирующие рецепторы вакуолей. Интегральный мембранный белок BP-80. Функции центральной вакуоли в зрелых клетках вегетативных тканей.

Плазмодесмы (Пд).

Тонкая структура Пд. Транспорт веществ по плазмодесмам. Определение пропускной способности Пд (SEL). Транспортные пути по симпласту: цитоплазматический и люменальный. Транспорт крупных белковых молекул (например, факторов транскрипции) и вирусов (на примере вируса табачной мозаики) по Пд. Механизм транспорта. Движущие белки (MP – moving protein). Изменение проницаемости плазмодесм как способ регуляции транспорта по симпласту.

Цитоскелет и его функции.

Элементы структуры цитоскелета: микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты.

Микротрубочки: состав, полимеризация и деполимеризация как основа динамики микротрубочек. Динеины и кинезины, внутриклеточная подвижность, связанная с их активностью. Микроскопия Аллена.

Актиновый цитоскелет. Состав и динамика микрофиламентов. Белки ассоциированные с микрофиламентами: Аrp – белки, белок ARPC5 и Arp2/3-комплекс и др. Роль G-белков в организации актиновой сети. Взаимодействие МАПК реакций и актинового цитоскелета: фосфорилирования актин-связывающих белков.

Функции цитоскелета в процессах митоза. Функции цитоскелета в цитокинезе растительной клетки. Ориентация плоскости деления растительной клетки (препрофазное кольцо). Реорганизация актинового цитоскелета в кончике растущего корневого волоска и растущей пыльцевой трубки. Роль цитоскелета в рецепции и передаче внеклеточных сигналов

Предлагаем ознакомиться:  Фобии как избавиться от страхов раз и навсегда

Конфокальная лазерно-сканирующая флуоресцентная микроскопия в изучении цитоскелета. Использование зеленого флуоресцентного белка для визуализации цитоскелета.

Пластидная система.

Общая характеристика пластидной системы растений. Симбиотическая теория происхождения пластид. Основные типы пластид: пропластиды, хромопласты, лейкопласты, этиопласты, хлоропласты. Особенности строения и функционирования разных типов пластид. Взаимопревращения разных типов пластид и роль эндогенных и экзогенных факторов в этом процессе. Функции пластид.

Хлоропласты. Структура и функции хлоропластов. Два пути развития хлоропласта из пропластиды, роль света в этом процессе. Хлоропласт как элемент морфофизиологической характеристики фотосинтетического аппарата листа. Внешняя и внутренняя мембраны хлоропласта: физико-химические и структурные различия.
Биохимическая характеристика стромы. Экспорт фотоассимилятов из хлоропласта (фосфатные транслокаторы)

Принципы взаимодействия ядерного и хлоропластного геномов. Два типа РНК-полимераз: ядерного и пластидного кодирования. Геном хлоропласта. Три группы хлоропластных генов, различающиеся по промоторам. Особенности реализации генетической информации в хлоропласте на уровне транскрипции, созревания пластидной РНК, трансляции.

Регуляторная роль света на стадии трансляции. Белки хлоропластного и ядерного кодирования. Транспорт белков в хлоропласт: транслоказы, ферменты процессинга, шапероны и шаперонины. Биосинтез РБФК.
Деление хлоропластов. Наследование пластид. Роль амилопластов в развитии гравитропической реакции корня.

Митохондрии.

Структура и функции митохондрий. Особенности митохондриального генома растений.

Характеристика внешней и внутренней мембран. Особенности фосфолипидного состава мембран растительных Мх. Биохимическая характеристика матрикса. Роль растительных Мх в анаболических процессах: НАДФ-изоцитратдегидрогеназа, НАД/НАДФ малик энзим, биосинтез фолиевой к-ты, фотодыхание (глициндекарбоксилаза – главный белок в Мх листьев), ферменты биосинтеза жирных к-т.

Транспорт белков в Мх. Система белкового импорта: транслоказы внешней (TOM) и внутренней мембран (TIM); ферменты процессинга; белки-шапероны, локализованые в цитозоле и белки-шапероны и шаперонины в матриксе митохондрий, которые подключаются к транспорту белка через мб и к последующей сборке импортируемых белков.
Зависимость структуры и количества митохондрий в клетке от ее функционального состояния.

Деление и рост растительной клетки.

Особенности деления растительной клетки (кариокинез и цитокинез). Регуляция клеточного цикла. Детерминация положения плоскости деления. Формирование препрофазного кольца и фрагмопласта при цитокинезе. Белки, регулирующие рост фрагмопласта. Неравное деление растительной клетки определяет новые пути развития дочерних клеток.

Особенности роста растительной клетки: рост клетки растяжением; локальный тип роста и его регуляция.

Частная физиология растительной клетки: замыкающие клетки устьиц и корневой волосок.

Замыкающие клетки устьиц. Строение замыкающих клеток, характерное для двудольных и однодольных растений. Регуляция устьичных движений. Особенности фотосинтетических реакций в устьичных клетках. Замыкающие клетки устьиц как модель для изучения клеточного сигналинга и основных механизмов клеточной регуляции.

Корневой волосок. Функции корневого волоска. Закладка трихобластов и атрихобластов в зоне корневого апекса на примере арабидопсис. Распределение плазмодесм по поверхности трихобласта и атрихобласта. Стадии формирования волоска в зоне поглощения. Роль позиционной информации при формировании волоска. Роль корневого волоска при формировании симбиоза с бактериями рода Rhizobium. Химическое узнавание ризобиями корневого волоска своего растительного хозяина. Формирование инфекционной нити.

Метаболическая и пространственно-временная компартментация как способ регуляции жизнедеятельности растительной клетки.

Развитие представлений о компартментации клеточных процессов. Компартментация ионов в клетках корня на примере калия, нитрата, хлорида. Компартментация ионов кальция и ее роль в клеточном сигналинге. Биохимическая компартментация фосфата.

Модели компартментации клеточных процессов: усвоения нитрата; фотодыхания; гомеостатирования цитозоля.

Регуляторные системы растительной клетки.

Роль генетического аппарата в интеграции метаболизма клетки. Ядерно-цитоплазматические отношения. Системы внутриклеточных сигналов в системе мембрана-цитоплазма-ядро. Основные типы сигнальных систем в растительной клетке.
Функциональные взаимодействия различных органоидов клетки, их изменения в клеточном цикле и при ее дифференциации. Функциональная взаимосвязь органелл на примере фотодыхания.

Роль мембран в восприятии внешних сигналов клеткой и регуляция метаболизма клетки. Раздражимость. Системы узнавания. Рецепторы. Лектины.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу.

В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Микротрубочки

Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов.

Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Строение микротрубочки

Вакуоль

Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.

Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Строение вакуоли

Пластиды

Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.

Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.

Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.

Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.

Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.

Строение лейкопласта

Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен.

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.

Строение хромопласта

Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.

Митохондрии

Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.

Строение митохондрии

Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы.

Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания.

Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Строение эндоплазматической сети

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС.

Рибосомы

Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.

Строение рибосомы

Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.

Загрузка ...
Adblock detector