De lichamen van levende organismen kunnen een enkele cel zijn, een groep ervan of een enorme accumulatie, met miljarden van dergelijke elementaire structuren. De laatste omvatten de meeste hogere planten. De studie van de cel - het belangrijkste element van de structuur en functies van levende organismen - houdt zich bezig met cytologie. Deze tak van biologie begon zich snel te ontwikkelen na de ontdekking van de elektronenmicroscoop, de verbetering van chromatografie en andere methoden van biochemie. Overweeg de belangrijkste kenmerken, evenals de kenmerken waarmee de plantencel verschilt van de kleinste structurele eenheden van de structuur van bacteriën, schimmels en dieren.
Opening van de cel door R. Hooke
De theorie van de kleine elementen van de structuur van alle levende wezens is het pad van ontwikkeling gepasseerd, gemeten in honderden jaren. De structuur van het plantencelmembraan werd voor het eerst gezien in zijn microscoop door de Britse wetenschapper R. Hooke. De algemene bepalingen van de celhypothese werden geformuleerd door Schleiden en Schwann, voordat andere onderzoekers soortgelijke conclusies trokken.
De Engelsman R. Hooke onderzocht een plakje eikenkurk onder een microscoop en presenteerde de resultaten op een bijeenkomst van de Royal Society in Londen op 13 april 1663 (volgensandere bronnen, de gebeurtenis vond plaats in 1665). Het bleek dat de bast van een boom uit minuscule cellen bestaat, door Hooke "cellen" genoemd. De wanden van deze kamers, die een patroon vormden in de vorm van een honingraat, beschouwde de wetenschapper als een levende substantie, en de holte werd herkend als een levenloze hulpstructuur. Later werd bewezen dat ze in de cellen van planten en dieren een stof bevatten, zonder welke hun bestaan onmogelijk is, en de activiteit van het hele organisme.
Celtheorie
De belangrijke ontdekking van R. Hooke werd ontwikkeld in het werk van andere wetenschappers die de structuur van dierlijke en plantaardige cellen bestudeerden. Vergelijkbare structurele elementen werden waargenomen door wetenschappers op microscopisch kleine secties van meercellige schimmels. Het bleek dat de structurele eenheden van levende organismen het vermogen hebben om te delen. Op basis van het onderzoek formuleerden vertegenwoordigers van de biologische wetenschappen van Duitsland M. Schleiden en T. Schwann een hypothese die later de celtheorie werd.
Vergelijking van plantaardige en dierlijke cellen met bacteriën, algen en schimmels stelde Duitse onderzoekers in staat om tot de volgende conclusie te komen: de door R. Hooke ontdekte "kamers" zijn elementaire structurele eenheden, en de processen die daarin plaatsvinden, liggen ten grondslag aan het leven van de meeste organismen op aarde. Een belangrijke toevoeging werd gedaan door R. Virkhov in 1855, waarbij hij opmerkte dat celdeling de enige manier is voor hun reproductie. De Schleiden-Schwann-theorie met verfijningen is algemeen aanvaard geworden in de biologie.
Cel is het kleinste element in de structuur en het leven van planten
Volgens de theoretische standpunten van Schleiden en Schwann,de organische wereld is er een, die de vergelijkbare microscopische structuur van dieren en planten bewijst. Naast deze twee koninkrijken is het cellulaire bestaan kenmerkend voor schimmels, bacteriën en virussen zijn afwezig. De groei en ontwikkeling van levende organismen wordt verzekerd door de opkomst van nieuwe cellen in het proces van deling van bestaande.
Een meercellig organisme is niet alleen een opeenstapeling van structurele elementen. Kleine structuureenheden interageren met elkaar en vormen weefsels en organen. Eencellige organismen leven geïsoleerd, wat niet verhindert dat ze kolonies vormen. De belangrijkste kenmerken van de cel:
- vermogen tot zelfstandig bestaan;
- eigen stofwisseling;
- zelfreproductie;
- ontwikkeling.
In de evolutie van het leven was een van de belangrijkste fasen de scheiding van de kern van het cytoplasma met behulp van een beschermend membraan. De verbinding is bewaard gebleven, omdat deze structuren niet los van elkaar kunnen bestaan. Momenteel zijn er twee superrijken: niet-nucleaire en nucleaire organismen. De tweede groep wordt gevormd door planten, schimmels en dieren, die worden bestudeerd door de relevante takken van wetenschap en biologie in het algemeen. Een plantencel heeft een kern, cytoplasma en organellen, die hieronder zullen worden besproken.
Diversiteit van plantencellen
Bij het breken van een rijpe watermeloen, appel of aardappel, kun je met het blote oog structurele "cellen" zien die gevuld zijn met vloeistof. Dit zijn foetale parenchymcellen met een diameter tot 1 mm. Bastvezels zijn langwerpige structuren waarvan de lengte de breedte aanzienlijk overschrijdt. Bijvoorbeeld,de cel van een plant genaamd katoen bereikt een lengte van 65 mm. Bastvezels van vlas en hennep hebben lineaire afmetingen van 40-60 mm. Typische cellen zijn veel kleiner -20-50 µm. Zulke kleine structurele elementen zijn alleen onder een microscoop te zien. Kenmerken van de kleinste structurele eenheden van een plantenorganisme manifesteren zich niet alleen in verschillen in vorm en grootte, maar ook in de functies die worden uitgevoerd in de samenstelling van weefsels.
Plantencel: structurele basiskenmerken
De kern en het cytoplasma zijn nauw met elkaar verbonden en interageren met elkaar, wat wordt bevestigd door onderzoek van wetenschappers. Dit zijn de belangrijkste onderdelen van de eukaryote cel, alle andere structurele elementen zijn ervan afhankelijk. De kern dient om de genetische informatie die nodig is voor eiwitsynthese op te slaan en door te geven.
De Britse wetenschapper R. Brown merkte in 1831 voor het eerst een speciaal lichaam (kern) op in de cel van een plant van de orchideeënfamilie. Het was een kern omgeven door halfvloeibaar cytoplasma. De naam van deze stof betekent in letterlijke vertaling uit het Grieks "de primaire massa van de cel". Het kan vloeibaarder of stroperiger zijn, maar het is noodzakelijkerwijs bedekt met een membraan. De buitenste schil van de cel bestaat voornamelijk uit cellulose, lignine en was. Een kenmerk dat planten- en dierencellen onderscheidt, is de aanwezigheid van deze sterke cellulosewand.
De structuur van het cytoplasma
Het binnenste deel van een plantencel is gevuld met hyaloplasma met daarin gesuspendeerde kleine korrels. Dichter bij de schaal gaat het zogenaamde endoplasma over in een meer viskeuze exoplasma. Preciesdeze stoffen, waarmee de plantencel is gevuld, dienen als plaats voor de stroom van biochemische reacties en het transport van verbindingen, de plaatsing van organellen en insluitsels.
Ongeveer 70-85% van het cytoplasma is water, 10-20% is eiwitten, andere chemische componenten - koolhydraten, lipiden, minerale verbindingen. Plantencellen hebben een cytoplasma, waarin zich onder de eindproducten van de synthese bioregulatoren van functies en reservestoffen (vitamines, enzymen, oliën, zetmeel) bevinden.
Kern
Vergelijking van plantaardige en dierlijke cellen laat zien dat ze een vergelijkbare structuur van de kern hebben, die zich in het cytoplasma bevindt en tot 20% van het volume inneemt. De Engelsman R. Brown, die dit belangrijkste en constante bestanddeel van alle eukaryoten voor het eerst onder een microscoop onderzocht, gaf het een naam van het Latijnse woord kern. Het uiterlijk van de kernen correleert meestal met de vorm en grootte van de cellen, maar wijkt er soms van af. Verplichte elementen van de structuur zijn het membraan, karyolymfe, nucleolus en chromatine.
Er zijn poriën in het membraan die de kern van het cytoplasma scheiden. Ze transporteren stoffen van de kern naar het cytoplasma en vice versa. Karyolymfe is een vloeibare of stroperige kerninhoud met gebieden van chromatine. De nucleolus bevat ribonucleïnezuur (RNA) dat de ribosomen van het cytoplasma binnendringt om deel te nemen aan de eiwitsynthese. Een ander nucleïnezuur, deoxyribonucleïnezuur (DNA), is ook in grote hoeveelheden aanwezig. DNA en RNA werden voor het eerst ontdekt in dierlijke cellen in 1869 en vervolgens gevonden in planten. De kern is het centrummanagement” van intracellulaire processen, een plaats voor het opslaan van informatie over de erfelijke kenmerken van het hele organisme.
Endoplasmatisch reticulum (ER)
De structuur van dierlijke en plantaardige cellen vertoont grote overeenkomsten. Noodzakelijk aanwezig in het cytoplasma zijn interne tubuli gevuld met stoffen van verschillende oorsprong en samenstelling. Het granulaire type EPS verschilt van het agranulaire type door de aanwezigheid van ribosomen op het membraanoppervlak. De eerste is betrokken bij de synthese van eiwitten, de tweede speelt een rol bij de vorming van koolhydraten en lipiden. Zoals onderzoekers hebben vastgesteld, dringen de kanalen niet alleen het cytoplasma binnen, ze zijn geassocieerd met elk organel van een levende cel. Daarom wordt de waarde van EPS hoog gewaardeerd als deelnemer aan het metabolisme, een systeem van communicatie met de omgeving.
Ribosoom
De structuur van een plantaardige of dierlijke cel is moeilijk voorstelbaar zonder deze kleine deeltjes. Ribosomen zijn erg klein en alleen te zien met een elektronenmicroscoop. Eiwitten en moleculen van ribonucleïnezuren overheersen in de samenstelling van de lichamen, er is een kleine hoeveelheid calcium- en magnesiumionen. Bijna al het RNA van de cel is geconcentreerd in ribosomen; ze zorgen voor eiwitsynthese door eiwitten uit aminozuren te "assembleren". Vervolgens gaan de eiwitten de ER-kanalen binnen en worden door het netwerk door de cel gedragen en dringen de kern binnen.
Mitochondriën
Deze organellen van de cel worden beschouwd als zijn energiestations, ze zijn zichtbaar wanneer ze worden vergroot in een conventionele lichtmicroscoop. Het aantal mitochondriën varieert over een zeer breed bereik, er kunnen eenheden zijn of duizenden. De structuur van de organoïde is niet erg complex, er zijn er twee:membranen en matrix binnen. Mitochondriën zijn samengesteld uit eiwitlipiden, DNA en RNA, zijn verantwoordelijk voor de biosynthese van ATP - adenosinetrifosforzuur. Deze stof van een plantaardige of dierlijke cel wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van drie fosfaten. De splitsing van elk van hen levert de energie die nodig is voor alle levensprocessen in de cel zelf en door het hele lichaam. Integendeel, de toevoeging van fosforzuurresten maakt het mogelijk om energie op te slaan en in deze vorm door de cel te transporteren.
Beschouw de celorganellen in de onderstaande figuur en noem de organellen die je al kent. Let op de grote blaasjes (vacuole) en groene plastiden (chloroplasten). We zullen er later over praten.
Golgi-complex
Complexe cellulaire organoïde bestaat uit korrels, membranen en vacuolen. Het complex werd in 1898 geopend en is vernoemd naar de Italiaanse bioloog. Kenmerken van plantencellen zijn de uniforme verdeling van Golgi-deeltjes door het cytoplasma. Wetenschappers zijn van mening dat het complex nodig is om het geh alte aan water en afvalproducten te reguleren, overtollige stoffen te verwijderen.
Plastiden
Alleen plantenweefselcellen bevatten groene organellen. Daarnaast zijn er kleurloze, gele en oranje plastiden. Hun structuur en functies weerspiegelen het type plantenvoeding en ze kunnen van kleur veranderen als gevolg van chemische reacties. Belangrijkste soorten plastiden:
- oranje en gele chromoplasten gevormd door caroteen en xanthofyl;
- chloroplasten die chlorofylkorrels bevatten -groen pigment;
- leukoplasten zijn kleurloze plastiden.
De structuur van een plantencel wordt geassocieerd met de chemische reacties van de synthese van organisch materiaal uit koolstofdioxide en water met behulp van lichtenergie. De naam van dit verbazingwekkende en zeer complexe proces is fotosynthese. Reacties worden uitgevoerd dankzij chlorofyl, het is deze stof die de energie van een lichtstraal kan opvangen. De aanwezigheid van groen pigment verklaart de karakteristieke kleur van bladeren, kruidachtige stengels, onrijpe vruchten. Chlorofyl is qua structuur vergelijkbaar met hemoglobine in het bloed van dieren en mensen.
De rode, gele en oranje kleur van verschillende plantenorganen is te wijten aan de aanwezigheid van chromoplasten in de cellen. Ze zijn gebaseerd op een grote groep carotenoïden die een belangrijke rol spelen bij de stofwisseling. Leukoplasten zijn verantwoordelijk voor de synthese en accumulatie van zetmeel. Plastiden groeien en vermenigvuldigen zich in het cytoplasma en bewegen mee langs het binnenmembraan van de plantencel. Ze zijn rijk aan enzymen, ionen en andere biologisch actieve verbindingen.
Verschillen in de microscopische structuur van de belangrijkste groepen levende organismen
De meeste cellen lijken op een kleine zak gevuld met slijm, lichaampjes, korrels en blaasjes. Vaak zijn er verschillende insluitsels in de vorm van vaste kristallen van mineralen, druppels olie, zetmeelkorrels. Cellen staan in nauw contact in de samenstelling van plantenweefsels, het leven als geheel hangt af van de activiteit van deze kleinste structurele eenheden die een geheel vormen.
Met een meercellige structuur is erspecialisatie, die tot uiting komt in verschillende fysiologische taken en functies van microscopische structurele elementen. Ze worden voornamelijk bepaald door de locatie van weefsels in de bladeren, wortel, stengel of voortplantingsorganen van de plant.
Laten we de belangrijkste elementen benadrukken van de vergelijking van de plantencel met de elementaire structurele eenheden van andere levende organismen:
- Dichte schil, alleen kenmerkend voor planten, wordt gevormd door vezels (cellulose). Bij schimmels bestaat het membraan uit duurzaam chitine (een speciaal eiwit).
- Cellen van planten en schimmels verschillen van kleur door de aan- of afwezigheid van plastiden. Lichamen zoals chloroplasten, chromoplasten en leukoplasten zijn alleen aanwezig in het cytoplasma van planten.
- Er is een organoïde die dieren onderscheidt - dit is de centriole (celcentrum).
- Alleen in de plantencel is er een grote centrale vacuole gevuld met vloeibare inhoud. Meestal wordt dit celsap gekleurd met pigmenten in verschillende kleuren.
- De belangrijkste reserveverbinding van het plantenorganisme is zetmeel. Paddestoelen en dieren accumuleren glycogeen in hun cellen.
Onder algen zijn veel enkele, vrijlevende cellen bekend. Zo'n onafhankelijk organisme is bijvoorbeeld chlamydomonas. Hoewel planten verschillen van dieren in de aanwezigheid van een celwand van cellulose, maar kiemcellen zo'n dicht omhulsel missen - dit is een ander bewijs van de eenheid van de organische wereld.
