ОСОБЕННОСТИ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
КЛЕТКА ОТКРЫТИЕ КЛЕТКИ. 13 апреля 1663 г. молодой английский учёный Роберт Гук показывал в собрании Королевского общества в Лондоне интересный микроскопический препарат — срез коры пробкового дуба. Кора оказалась не однородной, а состоящей из крошечных ячеек, похожих на пчелиные соты. Гук назвал их «клетками». Он имел в виду маленькие камеры наподобие помещений, в которых сидят заключённые, или монастырских келий. Гук не мог предвидеть всей важности своего открытия. Он считал, что живое вещество клетки — это её стенки, а внутри эта «коробочка» пуста. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ. К 1838 г. наука накопила огромное количество сведений о клетках живых организмов. Прежде всего стало ясно, что живым веществом является содержимое клетки, а не её стенки, как полагал Гук. Клетки были обнаружены в тканях растений и животных. Учёные узнали, что клетки могут размножаться, делясь пополам. Всю эту массу информации в 1838—1839 гг. обобщили немецкие биологи Маттиас Шлейден и Теодор Шванн. Они сформулировали основное положение клеточной теории: клетка — единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов. Из клеток состоит всё живое. Как здание строится из кирпичей, так и ткани и органы живых существ состоят из клеток. Вне клетки нет жизни. В теории Шванна и Шлейдена была, однако, ошибка: учёные считали, что клетки организма возникают из бесклеточной зародышевой массы. В 1855 г. их соотечественник Рудольф Вирхов отверг это положение. «Всякая клетка — только от клетки», — так афористично сформулировал он новый биологический закон. Новая клетка может произойти только от других клеток. ЯДРО. В 1833 г. английский ботаник Роберт Браун открыл в клетках плотные округлые тельца и описал их. Он назвал их ядрами. Позднее биологи установили, что ядро (или множество ядер) есть во всех клетках растений, животных и грибов. (Хотя отдельные типы клеток теряют ядро в процессе развития.) Ядро в масштабе клетки имеет довольно крупные размеры. Но можно ли увидеть ядро, не пользуясь увеличительными приборами? Казалось бы, если и клетки человеку удаётся увидеть невооружённым глазом только в редких случаях, то что уж говорить о деталях их строения, например о ядре. Между тем ядро одноклеточной морской водоросли ацетабулярии прекрасно можно увидеть невооружённым глазом. Эта водоросль считается одним из самых больших одноклеточных существ: от 2 до 4 см в высоту. Она состоит из шляпки, «стебля» и ножки. Ядро её напоминает небольшой шарик диаметром 1 мм. Серию знаменитых опытов с ацетабулярией провёл немецкий биолог Иоахим Хеммерлинг в 30-е гг. XX в. Он просто разрезал водоросль ножницами. Ядро при этом оставалось в шляпке, ножке или стебле. Учёный заметил, что только та часть растения, где сохранялось ядро, могла восстановить полноценный организм и размножаться. Потерянное ядро уже не восстанавливалось. Удалённое ядро, помещённое на сутки в сахарный раствор и возвращённое затем на место, приживалось, и водоросль продолжала расти и размножаться как ни в чём не бывало. Существует несколько видов ацетабулярии. У одних форма шляпки походит на зонтик, у других — на ромашку. Самое же интересное заключалось в том, что если водоросли-«зонтику» отрезали шляпку и в оставшуюся часть помещали ядро водоросли-«ромашки», то новая шляпка была уже шляпкой «ромашки»! Постепенно биологи пришли к выводу, что ядро — это «хранилище инструкций и чертежей» строения, развития и жизнедеятельности клетки. Подробнее об этом рассказано в статье «Генетика». Ядро окружено двойной «кожицей» (мембраной) — ядерной оболочкой, которая име-
Ацетабулярни. ет многочисленные поры. Сквозь поры ядро может передавать в остальную часть клетки свои «инструкции» и регулировать её деятельность.
МЕМБРАНЫ КЛЕТКИ. Биологи давно догадывались, что любая клетка окружена тонкой «кожицей», оболочкой, отграничивающей её от внешней среды. Но увидеть эту оболочку удалось только в 50-е гг. XX в. с помощью электронного микроскопа. Что же такое эта клеточная «кожа»? Чтобы получить о ней наглядное представление, вспомним обыкновенный мыльный пузырь. Вода постепенно стекает вниз, стенка пузыря утончается. Вот по нему начали от вершины бежать радужные разводы. Это значит, что толщина мыльной плёнки составила всего несколько сот молекул мыла и стала соизмеримой с длиной световых волн. По мере того как плёнка становится всё тоньше, по пузырю несколько раз пробегает вся цветовая гамма. А затем происходит удивительная вещь. На вершине пузыря образуется «дыра», которая быстро разрастается. Пузырь лопается. Если пузырь висит в воздухе, в какой-то момент может показаться, что от него осталась только нижняя полусфера. Но верхняя часть мыльной плёнки отнюдь не исчезает. Просто она достигает толщины в две-три молекулы, и световые волны проходят через неё, «не замечая» преграды! Именно такой тончайшей (в две молекулы толщиной) плёнкой (мембраной) и «обёрнута» каждая живая клетка. По вязкости мембрана близка к оливковому маслу. В статье «Вещества организма» рассказано о свойстве жиров и липидов образовывать мембрану толщиной в две молекулы. В эту липидную плёнку вкраплены молекулы белков (см. раздел «Белки» в статье «Вещества организма»). Белки не закреплены, а свободно плавают в мембране. Они служат «контрольно-пропускными пунктами» мембраны, её «привратниками». Причём белки не только помогают пройти внутрь клетки «званым гостям», но и выбрасывают вон «непрошеных посетителей». Сравнение это можно продолжить. Есть на поверхности мембраны «дверные звонки» (тоже белки), с помощью которых внутрь клетки передаются сигналы. Есть «квартирные номера», благодаря которым клетки узнают друг друга. У животных клеток поверх наружной клеточной мембраны расположен ещё «чехол» из углеводов, примерно вдвое тоньше самой мембраны. А в клетках растений кроме мембраны имеется ещё толстая клеточная стенка из целлюлозы (см. ниже). Мембрана не только «обёртывает» клетку, но и делит (как говорят биологи, «разгораживает») её на обособленные отсеки, в каждом из которых идёт свой химический процесс. В этих отсеках клетка создаёт свои белки, жиры, углеводы. Этот внутренний клеточный лабиринт из мембран с «тоннелями», пузырьками и полостями был открыт в 1945 г. Его назвали эндоплазматической сетью. В клетке как бы выделяются «кухня», «кабинет», «столовая» и т. д. Представьте себе, что внутри жилых домов перестали бы строить внутренние стены. Насколько менее удобно стало бы жить в таких помещениях! Между тем, возвращаясь к клетке, надо сказать, что именно так, с минимальным количеством внутренних отсеков, устроены клетки безъядерных организмов — бактерий и синезелёных водорослей. Ядерные организмы стали следующей, более совершенной ступенью эволюции. До изобретения электронного микроскопа учёные не знали о столь существенных отличиях клеток бактерий и синезелёных водорослей от клеток животных, растений и грибов. Подробно о строении бактерий можно прочитать в статье «Бактерии».
Клетка животного.
ЛИЗОСОМА. Лизосомы были открыты в 1955 г. Это маленькие мембранные пузырьки, наполненные особыми белками-ферментами. Эти белки настолько хорошо разлагают и переваривают органические вещества, что если «выпустить» их из лизосом, клетка «переварит саму себя». Лизосомы — это как бы внутриклеточные «желудки» (см. также ст. «Питание»). Лизосомы переваривают не только пищу, попавшую в клетку, но и части самой клетки, вышедшие из строя. Есть у лизосом и другие «обязанности». Например, мужская половая клетка, для того чтобы слиться с яйцеклеткой, лизосомами «прожигает» себе путь сквозь её оболочку. При превращении головастика во взрослую лягушку лизосомы «съедают» его хвост. СЕТЧАТЫЙ КОМПЛЕКС. Его называют ещё аппаратом Гольджи по имени итальянского учёного, открывшего его в 1898 г. Здесь собираются и «упаковываются» произведённые клеткой вещества (белки, жиры, углеводы), как правило, предназначенные на «экспорт» в различные органы. Здесь же производятся лизосомы. Сам сетчатый комплекс состоит из плоских мембранных пузырьков, наложенных друг на друга, как блины в стопке. МИТОХОНДРИИ. Когда-то, миллиарды лет тому назад, существа, напоминающие бактерий, нашли себе необычную среду обитания. Они поселились внутри клеток других живых организмов. Постепенно «хозяева» и «жильцы» приспосабливались друг к другу, а в конце концов настолько сжились, что друг без друга не могли уже существовать. Такая взаимопомощь в природе, как известно, называется симбиозом. Содружество это оказалось настолько полезным, что сейчас почти во всех клетках растений, грибов и животных, в том числе и в наших с вами клетках, продолжают жить эти «квартиранты», став их необходимой частью. Их называют митохондриями, а у растений это ещё и пластиды (см. ниже). От былой независимости у митохондрий осталась лишь относительная автономия. Они имеют собственную генетическую информацию, записанную в ДНК, и сами синтезируют некоторые свои белки. Правда, этого недостаточно, чтобы они могли свободно размножаться вне клетки. Новые митохондрии (и пластиды, о которых речь пойдёт дальше) возникают путём деления старых. Митохондрии называют «батареями жизни», «клеточными энергостанциями». В митохондриях происходит клеточное дыхание. Без огня и дыма, но очень эффективно они «сжигают» питательные вещества, переводят полученную энергию в АТФ (см. ст. «Вещества организма») и в таких удобных «расфасовках» передают её для всех нужд клетки. КПД митохондрий необычайно высок: около 50%, в то время как КПД двигателей внутреннего сгорания — около 33%. В клетке может быть от одной до нескольких тысяч митохондрий — чем больше клетке приходится «работать», тем больший объём они занимают (до 40% общего объёма клетки).
Строение (сверху вниз): хлоропласта; митохондрии со складками (кристами); митохондрии с трубочками.
КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. Деление клетки (см. ст. «Генетика») часто называют «танцем хромосом». Но хромосомы в этом «танце» не самостоятельны: их движениями с помощью длинных нитей (микротрубочек) руководит опытный «танцмейстер». Речь идёт об органоиде, открытом в 1875 г. и названном «клеточным центром». Он имеется в клетках животных и некоторых растений и грибов. Основная часть клеточного центра — два цилиндра (центриоли), состоящие из микротрубочек. ОСОБЕННОСТИ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ За исключением клеточного центра, все перечисленные органоиды имеются в клетках всех растений, животных и грибов. Но в клетках растений есть и такие органоиды, которых в клетках животных нет.
Клетка растения. Зелёным цветом обозначены хлоропласты, оранжевым — хромопласты, фиолетовым — ядро, коричневым — митохондрии.
|
