Анатомия растений Роберт Гук 1635 -1703 Один из

Анатомия растений Роберт Гук (1635 -1703) Один из изобретателей микроскопа (1590 - 1610) Захариас Янсен Н. Грю (1628 -1711) М. Мальпиги (1628 -1694) Основоположники анатомии растений Шлейден и Шванн - создатели клеточной теории строения растений и животных

Физик – исследования по теории упругости (закон Гука). приоритет в вопросе о законе всемирного тяготения. По-видимому, Гук действительно сам понял, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами, и он обвинил автора знаменитых «Начал» в плагиате. Астроном - изготовил телескоп-рефлектор Ботаник - В 1665 вышел из печати капитальный труд Гука (ему 30 лет) — «Микрография» ( 57 «микроскопических» и 3 «телескопических» эксперимента). Роберт Гук (1635 -1703) Изобретатель – воздушный насос, пружинный привод механизма карманных часов, первый действительный микроскоп, первую ирисовую диафрагму, ряд новых метеорологических приборов, морской барометр

Игорь Жулин , биофак СГУ Ноксвилл, штат Теннеси (США)

Компоненты растительной клетки Цитоплазма Клеточная стенка Срединная пластинка Первичная оболочка Вторичная оболочка Плазмодесмы Протопласт Поры Эргастические вещества Кристаллы Антоцианы Крахмальные зерна Таннины Жиры, масла, воска Белковые тельца Ядро Ядерная оболочка Нуклеоплазма Хроматин Ядрышко Плазматическая мембрана Основное вещество (гиалоплазма) Органеллы, окруженные двойной мембраной Пластиды Митохондрии Органеллы, ограниченные одной мембраной Микротельца Вакуоли (тонопласт) Эндоплазматический ретикулум Аппарат Гольджи Цитоскелет Микротрубочки Микрофиламенты Промежуточные филаменты

Рисунок Гука 1665 г.

Мария Иванова, биофак СГУ Италия, колизей

Микроскоп Гука Световой микроскоп, СГУ

Клеточная стенка – 1663 г. (Гук) Пластиды, хлоропласты -1791 г. А. Копаретти (1746 -1801), термин предложил Э. Страсбургер (1844 -1912) Ядро – 1831 -3 г. – (ему было 58 лет, Роберт Браун-Броун) Ядрышко – 1836 г. (Габриель Валентине) Протоплазма – 1844 г. (Гуго Моль) Хронология открытий Клеточный центр -1875 г. (Эдуард ван Бенеден) Митохондрии – 1890 г. (Рихард Альтман) или 1882 г. А. Флемминг (в животных клетках), Ф. Мевес в 1904 г. (в растительной клетке) Аппарат Гольджи – 1898 г. Цитоплазма – 1882 г. впервые ввёл термин Э. Страсбургер (им же предложен термин нуклеоплазма) Мембраны -1855 г. изучение плазмолиза, осмоса клеток (ботаники … Моль , К. Негели), Овертон (опыты 1895 -1902 г. ) …

Электронный микроскоп, Микроб Саратов

Клетка- элементарная единица • Клетка является элементарной единицей всего живого, потому что ей присущи все свойства живых организмов: - высокоупорядоченное строение, - получение энергии извне и ее использование для выполнения работы и поддержания упорядоченности (преодоление энтропии), - обмен веществ, - активная реакция на раздражения, - рост, - развитие, - размножение, удвоение и передача биологической информации потомкам, - регенерация, - адаптация к окружающей среде.

Основные положения клеточной теории (1839) 1. Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов. 2. Клетки всех живых организмов гомологичны, едины по строению и происхождению. 3. Образование клеток. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток. 4. Клетка и организм. Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и одноклеточные эукариоты). Все многоклеточные организмы состоят из клеток. 5. Функции клеток. В клетках осуществляются: обмен веществ, раздражимость и возбудимость, движение, размножение и дифференцировка. 6. Эволюция клетки. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюционного развития от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам).

Компоненты растительной клетки-протопласт и клеточная стенка Плазмолиз

Компонент растительной клеткипротопласт КЛЕТКИ, ЛИШЕННЫЕ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ, ПРИНИМАЮТ ФОРМУ ШАРА

Компонент растительной клеткипротопласт КЛЕТКИ, ЛИШЕННЫЕ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ, ПРИНИМАЮТ ФОРМУ ШАРА

СТРУКТУРА КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ

Формирование КС

Клеточная стенка (КС) – экстраклеточный матрикс, связанный с растительной клеткой плазмалеммой и цитоскелетом. Химический состав КС • Полисахариды (полимеры сахаров, 10 -11 моносахаридов в циклической форме) • целлюлоза -30 %, • гликаны или гемицеллюлозы - 40 %, • пектиновые вещества - 20 % • Белки (структурные, ферменты, регуляторные) 5 -10 % • Ароматические соединения (инкрустирующие и адкрустирующие вещества) - ЛИГНИН И СУБЕРИН • Вода и минеральные элементы

Моносахариды полисахаридов КС – производные глюкозы

Целлюлоза ( 30% ) Целлюлоза (клетчатка) нерастворима в воде, в ней она только набухает. Она является очень стойким веществом: не изменяется под действием слабых кислот и щелочей даже при кипячении, не растворяется в большинстве обычных растворителей. Молекула целлюлозы состоит из остатков глюкозы, причем каждый второй остаток глюкозы повернут относительно предыдущего на 180. Это способствует образованию водородной связи и жесткой линейной структуры Полисахаридная цепь включает от 2000 до 25000 остатков глюкозы, где каждые две глюкозы образуют дисахарид целлобиоза-мономер целлюлозы

Целлюлоза ( 30% ) В клеточных стенках молекулы целлюлозы собраны в пучки – микрофибриллы(диаметр 4 -10 нм, длина – 1 -5 мкм), в которых они расположены параллельно другу и связаны водородными связями. На поперечном разрезе микрофибрилла имеет овальную форму. В центре микрофибриллы молекулы целлозы составляют так называемое «ядро» . В нем молекулы расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решетку. Вокруг «ядра» часть молекул также расположены параллельно, но не столь упорядоченно. Это паракристаллическая область.

Целлюлоза ( 30% ) Только часть молекул целлюлозы проходят по всей длине микрофибриллы. Поэтому в микрофибрилле есть участки, где одни молекулы заканчиваются, а другие начинаются. В этих местах нарушается кристаллическая решетка. Микрофибриллы целлюлозы первичной клеточной стенки ориентируются перпендикулярно направлению растяжения клетки. Слои вторичной клеточной стенки ориентированы под различными углами по отношению к продольной оси клетки, что придает её устойчивость к деформации.

Гликаны ( около 30% и более ) или гемицеллюлозы ксилоглюканы (Xy. Gs) Преобладающие полисахариды матрикса первичной КС двудольных и примерно половины однодольных. глюкуроноарабиноксиланы (GAXs) Представлены в первичной КС комеллиновой линии однодольных: бромелиевые, пальмы, имбирь, кипарис и травы Образуют водородные связи с микрофибриллами целлюлозы, образуя основную трехмерную экстраклеточную сеть

Пектиновые вещества гомогалактуронаны, рамногалактуронаны II, ксилогалактуронаны Рамногалактуронан I

Первичная клеточная стенка содержит 25% целлюлозы, 25% гемицеллюлозы, 35% пектина 1 -8% структурных белков Полисахаридный состав клеточной стенки сильно варьирует у разных видов растений У злаков клеточная стенка состоит 20 -25% целлюлозы 60 -70% гемицеллозы 5 -10% пектина Вторичная клеточная стенка содержит 50 -80% целлюлозы, 20 -50% лигнин

Функции клеточной стенки 1. Опорная (скелетная) 2. Защитная (механическая, химическая) 3. Тургорное давление 4. Защита от потери воды 5. Рост растяжением 6. Поглощение воды и ионов 7. Апопласт (транспортная функция) 8. Сигнальная функция волокна целлюлозы

Синтез клеточной стенки

Биосинтез целлюлозы n. Целюлозный каркас формируется целлюлозосинтазой (CSA), расположенной в плазмалемме. Целлюлозасинтаза может быть связана с сахарозосинтазой (SUSY), которая поставляет сахара для биосинтеза полимера.

Поры

Перфорации

Плазмодесмы обеспечивают межклеточный транспорт по симпласту симпласт – единая система цитоплазмы клеток, тканей и органов Диаметр -1 мкм

Плазмодесмы Морфологически: без ответвлений и с ответвлениями Первичные и вторичные Пд

Плазмодесмы

Плазмодесмы: основные элементы структуры Морфологически: без ответвлений и с ответвлениями Первичные и вторичные Пд

Модели Пд В. Модифицированный элемент ЭПС в виде десмотрубочки ассоциирован с элементвми F-актина и связан с Пл мерез миозин VIII и центрин С. Предполпгаемая взаимосвязь димера миозина VIII с Пл и F-актином

ПД растений

Плазмалемма Липиды : белки : углеводы 40 : 20 Жидкостно-мозаичная модель мембраны

Плазмалемма

Разные типы рецепторов в плазмалемме А) Рецепторы сопряженные с G-белками (В) Рецепторы-ионные каналы (С) Рецепторы-киназы

Функции плазмалеммы 1. Структурная (формирует границы клетки) 2. Трансформация энергии (запасание и использование энергии) 3. Транспортная функция (транспорт веществ как таковой и поддержание концентрационных градиентов и осмотического потенциала) 4. Размещение и обеспечение работы ферментов (биосинтез целлюлозы, G-белки, фосфолипазы А и С, аденилатциклаза и др. ) 5. Рецепторно-регуляторная (рецепторная и сигнальная функция) 6. Взаимодействие плазмалеммы и цитоскелета (возникновение полярности)

Цитоскелет

Цитоскелет (ЦС) Микротрубочки состоят из одного основного структурного белка - тубулина d=22 -24 нм Микрофиламенты состоят из белка актина d=6 нм Промежуточные филаменты - образующие их белки различны в клетках разных типов d=10 -11 нм

Роль ЦС в различных клеточных процессах 1. Организация биохимических цитозольных процессов 2. Движение клеточных органелл 3. Клеточные деления 4. Рост растяжением рост пыльцевой трубки рост корневого волоска морфогенез трихом 5. Межклеточные взаимодействия 6. Роль микротрубочек в функционировании замыкающих клеток устьиц

ядро ядрышко Ядро Ядерная оболочка Ядерные поры хроматин

Клеточное ядро Функции: 1. Место хранения генетической информации клетки и репликации ДНК и РНК разных типов. 2. Экспрессия генетической информации и 3. Контроль за процессами жизнедеятельности клетки Размеры- 10 мкм Поры – 10 -20 нм

Пластидная система Хлоропласты Хромопласты Лейкопласты Общие свойства пластид: Окружены оболочкой из двух мембран Имеют свой геном и систему синтеза белка (70 S) Внутри клетки способны к делению

Биогенез пластид

Хлоропласт

Белки тилакоидов пластид

Онтогенез хлоропластов

Деление пластид Shin-ya Miyagishima, Manabu Takahara, and Tsuneyoshi Kuroiwa Department of Biological Sciences, Graduate School of Science, University of Tokyo, Hongo, Tokyo 113 -0033, Japan The Plant Cell, Vol. 13, 707– 721, March 2001,

Стромулы

Энергетическая функция хлоропластов

Функции хлоропластов Фотосинтез: световые и темновые реакции Фотодыхание Ассимиляция азота Ассимиляция серы Биосинтез жирных кислот, пуринов и пиримидинов, аминокислот

Гравитропическая реакция корня: роль пластид

Митохондрии

Энергетическая функция митохондрий Синтетическая функция митохондрий Механизмы фосфорилирования -теория Митчелла (хемиосмотическая)

Синтетическая функция митохондрий Цикл Кребса

Фотосинтез и дыхание

Эндоплазматический ретикулум трехмерная сеть мембранных цистерн и трубочек Три области сети: Сеть, выстилающая плазмелемму изнутри, . (кортикальный ЭР) Сеть, расположенная в области цитоплазмы, Область, образующую ядерную оболочку. Гладкий ЭПР Шероховатый ЭПР Функции: Перенос веществ внутри клетки и межклеточные взаимодействия через плазмодесмы, превращение насыщенных жирных кислот в ненасыщенные, биосинтез мембранных липидов, биосинтез мембранных и растворимых белков

ЭПС

Гладкий ЭПР Не содержит рибосом Главное место биосинтеза липидов в клетке Из ЭПР липиды транспортируются в составе везикул Основные классы синтезируемых липидов: Фосфолипиды Гликолипиды Стеролы (стерины)

Биосинтез липидов

Шероховатый ЭПР – «входные ворота» секреторного пути белков, которые синтезируются на мембранах ЭР, собираются в полостях ER и предназначены для доставки в различные пункты клетки

Аппарат Гольджи диктиосомы, везикулы межцистральные образования Область Гольджи (Golgi matrix units) Функции аппарата Гольджи 1. Биосинтез полисахаридов матрикса клеточной стенки 2. Секреция вакуолярных и мембранных гликопротеинов 3. Формирование срединной пластики и первичной клеточной стенки 4. Формирование плазмалеммы при делении растительной клетки 5. Рециклирование клеточных мембран

Полярность ап. Гольджи В ап. Гольджи белки попадают в виде везикул, формирующихся из мембраны ЭР. Различают формирующуюся (цис-) и созревающую (транс-) стороны. TGN – trans Golgi network или Транс Гольджи сеть

Растительная вакуоль Мембранный мешочек, заполненный водным раствором

Вакуоли: разнообразие форм и функций Кислые литические вакуоли. Мембраны таких вакуолей содержат интегральные белки - TIP (tonoplast intrinsic protein). Белокзапасающие вакуоли (PSVs protein storage vacuoles) содержат в тонопласте специфические -TIP (семена) или - TIP (вегетативные ткани)

7 способов формирования вакуолей: 1. Ранние стадии секреторного пути: ЭПР – Гольджи – транс. Гольджи 2. Ранняя стадия биосинтеза вакуолей: сортировка вакуолярных белков в транс. Гольджи сети и направленный транспорт в превакуолярный компартмент 3. Поздняя стадия биосинтеза вакуолей: превакуолярный компартмент – вакуоль 4. ЭПР – вакуоль 5. Эндоцитоз: через превакуолярный компартмент 6. Автофагия цитоплазмы 7. Транспорт ионов и растворов в вакуоль Вакуоли

Функции вакуоли 1. Гомеостатирование цитоплазмы 2. Запасание продуктов метаболизма 3. Поддержание тургора 4. Изолирование ксенобиотиков 5. Разложение компонентов цитоплазмы.

Пероксисома

Сферосома глиоксисомы Другие одномембранные органеллы

ОТЛИЧИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ ОТ ЖИВОТНОЙ 1. ПОЛИСАХАРИДНАЯ КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА 2. ПЛАЗМОДЕСМЫ 3. ПЛАСТИДЫ 4. БОЛЬШАЯ ЦЕНТРАЛЬНАЯ ВАКУОЛЬ 5. ОТСУТСТВИЕ ЦЕНТРИОЛЕЙ ПРИ ДЕЛЕНИИ КЛЕТКИ