Том 1 (1109823), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Клеточная оболочка — зто основной отличительный признак растительной клетки. Она определяет структуру клетки и текстуру растительных тканей. Клеточная оболочка обычно состоит из трех слоев: срединной пластинки, первичной н вторичной оболочек. Целлюлоза входит в состав клеточной оболочки в виде жестких фнбрилл, состоящих из большого числа молекул целлюлозы.
Целлюлозные фибриллы переплетены с нецсллюлозными молекулами матрикса — гемицеллюлоз и пектина. Во всех трех слоях клеточной оболочки может присутствовать и лигнин, особенно характерный для вторичной оболочки. После отложения вторичной оболочки клетки, как правило, отмирают и формируют трубки для проведения воды или жесткие опорные структуры. Взаимосвязь клеток растения достигается с помощью плазмодесм, которые пронизывают оболочки и связывают протопласты соседних клеток.
Делящиеся клетки проходят клеточный цикл, состоящий из интерфазы и митоза. Интерфазу можно разделить на три периода: период Он в течение которого происходит общий рост и размножение органелл; период э, когда удваивается ДНК„период О, когда синтезируются структуры, участвующие в митозе. В ннтерфазе хромосомы находятся в неспирализованном состоянии и их трудно отличить от нуклеоплазмы. Во время митоза хромосомный материал — хроматин — конденсируется, и можно видеть, что каждая хромосома состоит из двух параллельных нитей — хроматид, соединенных центромсрой. Центромера делится, н хроматиды, которые теперь назьиаются дочерними хромосомами, увлекаются к противоположным полякам.
Деление клетки завершается образованием вокруг дочерних хромосом новых ядерных оболо чек. Таким способом генетический материал поровну распределяется между двумя новыми ядрами. Мнгоз, как правило, заканчивается цитокинезом — делением цитоплазмы. У растений н некоторых водорослей цито- плазма делится с помощью клеточной пластинки, которая начинает формироваться в тслофазе митоза. После разделсния цитоплазмы протопласгы откладывают ноньче клеточные оболочки. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ В Х7П в.
английский врач Роберт Гук, используя микроскоп собственной конструкции, заметил, что пробка и другие растительные ткани состоят из маленьких ячеек, разделенных перегородками. Он назвал эти ячейки клетками. В современном значении зто слово стали употреблять только 150 лет спустя. В 1838 г. немецкий ботаник Маттиас Шлейден пришел к выводу, чта все растительные ткьчзи имеют клеточное строение.
На следующий год зсюлог Теодор Шванн подтвердил наблюдение Шлейдена на тканях животных и предположил, что клетка — основа жизни. Создание клеточной теориив значительный успех биологии, поскольку она подразумевает единство всех живых систем и объединяет различные направления биологии, изучающие разнообразные организмы. В !858 г.
известный патолог Рудольф Вирхов сделал общее заключение, что клетки могут появляться только от других клеток: «Где существует клетка, там должна быть и предшествующая клетка, точно так, как животное происходит только от животного, а растение только от растения. ...Над всеми живыми формами, будь то организмы животных или растений, или их составные части, господствует вечный закон непрерывного развития».
Концепция Вирхова с точки зрения эволюции приобретает еще ббльшую значимость. Существует непрерывная связь между современными клетками — и организмами, в состав которых она входит, — и примитивными клетками, которые впервые появились на Земле по крайней мере 3,5 млрд. лет назад. ПРИЛОЖЕНИЕ 2 МИР МИКРОСКОПИИ Болыпинство клеток можно увидеть только с помощью микроскопа.
При описании размеров клеток используют микрометры и нанометры (см. таблицу), Невооруженный йдиниям измерения, и«ноя»ау«мы« «микроскопии 1 сантиметр (см) =1ЛОО метра (м) 1 миллиметр(мм) =1ЛООО м 1 микрометр (мкм)п — -1Л 660 660 м 1нанометр(нм) =1Л 660 060 660м 1 ангстрем (м) =1/10 660 660 666 м илн 1 м= 1О' си=16' им=10" мкм=!0" им= 10и = 6,4 дюйма = 1110 см =1ЛО 606си =1ЛО 060 066 см =1ЛОО 066 066 ем человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1ЛО мм, или 100 мкм.
Это означает, что если вы смотрите на две линии, которые находятся друг от друга на расстоянии менее чем 100 мкм, онн сливаются в одну. Точно так же две точки, лежащие на расстоянии менее 100 мкм, кажутся одной расплывчатой точкой. Чтобы различить структуры, расположенные более тесно, применяют оптические приборы, например микроскопы. Лучший световой микроскоп имеет разрешающую способность около 0,2 мкм, нли 200 нм, т, е. примерно в 500 раз улучзпает человеческий глаз, Теоретически построить световой микроскоп с ббльшим разрешением невозможно.
Отметим, что разрешающая способность и увеличение не одно и то же. Если с помощью лучшего светового микроскопа вы получили фотографию двух линий, расположенных на расстоянии менее 0,2 мкм, то как бы вы ни увеличивали изображение, линии будут сливаться в одну. Используя более сильные линзы, можно получить большее увеличение, но не улучшить разрешение. Разрешающая способность электронного микроскопа почти в 400 раз больше светового. Это достигается за счет испольювания потока электронов вместо видимого света. Современные электронные микроскопы имеют разрешающую способность около 0,5 нм„примерно в 200 000 раз бблыпую, чем человеческий глаз. (Диаметр атома водорода около 0,1 нм.) В трансмиссионном (просвечивающем) микроскопе пучок электронов, проходя сквозь образец, оставляет его изображение на экране. Участки образца, пропускающие больше электронов, т.
е. «электронопрозрачные», выглядят на экране светлыми, а «электроноплотные» вЂ” темными. Просвечивающий электронный микроскоп имеет один крупный недостаток. Электроны обладают очень маленькой массой и должны двигаться в вакууме; при этом электронный пучок может пройти только сквозь очень тонкие образцы. Для их приготовления об.ьект нужно зафиксировать и заключить в твердый материал, а затем по специальной методике приготовить тонкие срезы. Следовательно, высокая разрешающая способность электронного микроскопа может быть использована для изучения только фиксированных препаратов.
Поэтому очень трудно идентифицировать изменения, произошедшие в препарате и> время его приготовления. Некоторые типы клеток, почти все вирусы и многие внутриклеточные структуры можно увидеть только с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Рис. 2-1 одна нз многих микрофотографий, помещенных в данной книге, которые получены с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. В сканирующем (растровом) электронном микроскопе электроны, которые регистрируются и преобразуются в изображение, идут от поверхности образца. Электронный пучок фокусируется в тонком зонде и им сканируют образец. В результате этого образец испускает вторичные электроны слабой энергии. Различные участки поверхности напускают неодинаковое количество вторичных электронов.
Меньшее количество испускают углубления и борозды и поэтому кажутся темными, большее — пики н выступы, которые выглядят светлыми. В результате получают трехмерное изображение. Электроны, отраженные поверхностью, и вторичные электроны собираются, усиливаются н передаются на экран. Рис 2-10 и 2-1б так же, как многие другие в этой книге, получены с помощью сканирующею электронного микроскопа.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ИММУНОФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ МИКРОСКОПИЯ ТУБУЛИНА И МИКРОТРУБОЧЕК Иммунофлуоресцентная микроскопия позволила выяснить локализацию мнкротрубочек на разных стадиях деления клетки. Н отличие от других методов она дает возможность получить трехмерное изображение.
Здесь показаны клетки кончика корня лука ~АШигл сера) „которые были окрашены специально приготовленными флуоресцентными антителами к тубулину и сфотографированы под флуоресцентным микроскопом. Флуоресцентные антитела, которые связались с белком тубулином, показали локализацию микротрубочек, А. Препрофазный пояозк микротрубочек (горизонтальные стрелки) окружает клетку перед профаюй.
Другие микро- трубочки (наконечники стрелок) оконтуривают ядерную оболочку (не видна). В. Препрофазный поясок исчез, и, место, которое он прежде занимал (отмечено стрелками), выглядит как нефлуоресцирующая полоса. Микротрубочки веретена распространились от этого района до полюсов веретена. В. В ранней телофазе, после того как хромосомы разделились, новые микротрубочки формируют фрагмопласт, в котором происходит образование клеточной пластинки. Е По мере образования клеточной пластинки микротрубочки концентрируются там, где она распространяется от центра к стенкам делящейся клетки, Рис.
3-1. Крахмальные зерна в анил оплаопах клубня картофеля, сфотографи. рованные в поляризованном свегпс Крахзыл, состояиргй из углерода, водорода и кислорода, является главнызг запасным полисахаридом растений Таблица 3-1. Агпомный состав различных организмов (в процентах сухой массы)о Элемент Человек Люцерна Бактерии Как указывалось в предыдущей главе, клетки, несмотря на разнообразие, имеют сходную структуру, И сходство это становится еще более поразительным, когда мы начинаем исследовать клетки на молекулярном уровне. Земная кора н атмосфера содержат!гз природных химических элемента. Из всех этих элементов лишь ограниченное количество было отобрано в ходе эволюции для формирования сложного, высокоорганизованного живого вещества. Фактически, как гюказано в табл.
3-1, около 99% (по массе) протоплазмы построено всего нз шести элементов, которьге входят и состав органических соединений или растворены в воде. Вода составляет более половины массы живых тканей, в частности более 90% массы большинства тканей растений. Напротив, на долю ионов, например калия (К'), натрия (Хаз) и кальция (Саг"), приходится не более одного процента.
Оставшаяся часть клетки почти полностью состоит из органических молекул, ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ По определению органические соединения — это соединения, содержащие углерод. Помимо углерода почти все органические соединения содержат водород и большинство из них — кислород (рис. 3-1). Азот и сера встречаются реже, чем кислород„и только малая доля органических соединений содержит другие элементы Поскольку протоплазма построена из немногих элементов, основную сухую массу живьпг клеток составляют четыре типа органических соединений. К ним относятся углеводы, липиды„белки н нуклеиновые кислоты (табл. 3-2).
л пс и. и мс с~ зг еьапнс ывынпйиптаь киссину си,!Резь С Н О 8 СН1ЧОР8 вместе: 19„37 9,31 5,14 62„81 0,63 0,64 97,90 11,34 8,72 0,83 77,90 0,71 0,10 12,14 9,94 3,04 73,68 0.60 0,32 99,72 УГЛЕВОДЫ Углеводы (сахара, крахмал и др.) — это соединения, содержащие углерод в сочетании с водородом и кислородом. Углеводы — самые распространенные в природе органические вещества. Крупные молекулы, построенные из сходных нли идентичных суб ьединиц (мономеров), назывиотся полимерами.
В случае углеводов мономерамн являются моносахариды, а полимерами — полнсахариды. Таблица 3-2. Некоторые основные классы органических соединений Химический состав Компоненты Органические соединения Функции Углерод. водород и кислород Источник энергии, структурный мате- риал, строительные блоки лля других молекул Просгые сахара Углеводы Зааасание энергии, структурный мате- риал, препятствие для вотери влаги Углерод, водород и кксло род Жирные кислоты, глнцерол Липиды Структурный материал, ферменты Аминокислоты Углерод, водород, кислород, азот и сера Белки Нуклеотиды (азотистые осно- вания, сахара и Фосфаты) Углерод, водород, кислород, азот и фосфор Нуклеииовые кисаоты цию — энергия химических связей ее продуктов меньше, чем исходных молекул. Поэтому в такой реакции энергия выделяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
