Особенности, функции и структура клеточной стенки

Поглощающие ткани

Высшие растения поглощают воду с помощью специальных тканей. У мохообразных отсутствуют корни, и всасывание воды происходит всей поверхностью тела (например, с помощью гиалиновых клеток у сфагновых мхов) или с помощью ризоидов – длинных тонкостенных клеток. Сосудистые растения имеют корни, поверхность которых покрыта ризодермой (эпиблемой) – специализированной всасывающей тканью. Ризодерма гомологична эпидерме, то есть также формируется из одного внешнего слоя клеток, покрывающих орган. Однако ризодерма не является покровной тканью, поскольку практически не выполняет защитную функцию. Ее клетки тонкостенные и специализируются на поглощении воды и минеральных солей из почвы, поглощение при этом происходит избирательно и с затратой энергии. В ризодерме различают два типа клеток: трихобласты и атрихобласты. У трихобластов наружная часть клетки выпячивается и образует длинный вырост – корневой волосок, служащий для увеличения поверхности всасывания. Корневой волосок выделяет слизь, которая помогает растворять поглощать минеральные вещества из почвы. Атрихобласты не формируют корневых волосков, но также поглощают вещества своей поверхностью.

Рисунок: Ризодерма. А – Продольный разрез корня; Б – Клетки ризодермы. 1 – зона проведения; 2 – зона всасывания; 3 – зона роста; 4 – зона деления; 5 – корневые волоски; 6 – корневой чехлик.

У некоторых тропических эпифитных растений вместо ризодермы развивается веламен. Веламен гомологичен ризодерме, но в отличие от нее является многослойной тканью и состоит из отмерших клеток. Их клеточные стенки имеют спиральные утолщения, которые служат ребрами жесткости, сами клеточные стенки частично разрушаются, а внутреннее содержимое клеток отмирает. В результате получается структура наподобие губки, которая способна впитывать воду из влажного воздуха, тумана или осадков. Таким образом, веламен поглощает вещества пассивно и не избирательно. Направленный и избирательный транспорт воды дальше внутрь корня происходит при участии экзодермы, подстилающей веламен (как, впрочем, и любую ризодерму).

Путь воды в клетки организма

Клетки практически умирают от жажды, в то время как вокруг них накапливается избыточное количество жидкости. Причина данного феномена проста: клетка — это не решетчатый шарик, который плавает в воде и в который вода беспрепятственно проникает со всех сторон. Природа создала для каждой клетки организма защитную мембрану. Она име е т два слоя, поэтому вода не может попасть внутрь или выйти наружу.

В мембране есть мельчайшие поры, которые регулируют поток питательных веществ, таких как витамины, молекулы белка, частички глюкозы, жирные кислоты, а также поток столь необходимой живительной влаги. Клеточную жидкость всасывают и выкачивают миниатюрные «насосы». Эти крошечные «насосы» приводятся в движение двумя минералами: Натрий всасывает воду и удерживает ее Калий оказывает противоположное действие: он отталкивает воду, выводит ее из клетки.

Много калия, мало натрия

Этот исключительно тонкий механизм великолепно демонстрирует принцип новой терапии, позволяющей избавиться от жировых отложений на животе и бедрах. Натрий отбирает у клеток воду, запускающую обмен веществ и расщепляющую жир. Калий же обеспечивает приток клеточной жидкости.

Лучше убрать с кухни солонку. Количество соли, добавляемой в пищу, субъективно и зависит в первую очередь от привычки. Поверьте, уже через несколько дней вы перестанете замечать ее недостаток. Вместо соли используйте острые специи, например хрен или перец.

Являясь естественными противовесами, эти два вещества управляют поступлением питательных веществ внутрь клеток и выводом излишнего «клеточного мусора», такого как шлаки, кислоты или холестерин.

Если вы страдаете избыточным весом и стремитесь похудеть, важно следить за тем, чтобы в пище было как можно больше калия и как можно меньше натрия. Особенно много калия содержится во фруктах и овощах, натрий — основной элемент поваренной соли

Источник

Строение (ткани, клетки, органы растительного организма)

Растительные клетки содержат ядро, являются эукариотическими (хотя бы на одном из этапов развития). Органоиды в цитоплазме сходны у растений и животных (Рис. 2).

Рис. 2. Строение растительной клетки

Черты отличия клеточного строения растений от животных:

• есть пластиды, хлорофилл;
• над плазматической мембраной сформирована целлюлозная клеточная стенка;
• имеется крупная центральная вакуоль, наполненная клеточным соком;
• крахмал содержится в цитоплазме в виде зерен.

Ткани — группы клеток, сходных по происхождению, строению и функциям (Табл. 1). Всего у растений насчитывается от 20 до 30 типов таких скоплений клеток.

Таблица 1

Описание тканей цветковых растений

Через устьица происходит испарение воды, газообмен. Специальные образования состоят из щели и замыкающих клеток. Последние имеют относительно толстые внутренние стенки, способные изменять форму и открывать устьица.

Клеточные стенки высших растений

Растительная клеточная оболочка, строение и функции которой здесь рассматриваются, имеет многослойную структуру. 

Это внешний слой (средняя пластинка), первичная клеточная стенка и вторичная клеточная стенка. Вторичная клеточная стенка имеется не у всех растений.

1. Внешний слой, называемый средней пластинкой, содержит полисахариды — пектины, помогающие связывать стенки соседних клеток друг с другом.
2. Первичная клеточная стенка размещается между средней пластинкой и плазматической мембраной и состоит из целлюлозных микрофибрилл, которые содержатся в матрице. Эта стенка обуславливает прочность, столь нужную при росте клеток.
3. В некоторых видах растительных клеток между первичной клеточной стенкой и плазматической мембраной образуется еще один слой — вторичная клеточная стенка. Она очень крепкая и поддерживает клетку. Состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина (он усиливает клетки и обеспечивает водопроводимость).

Основная функция клеточной стенки состоит вформировании каркаса клетки ипредотвращении еерасширения. Кроме того, клеточная стенка:

• обеспечивает механическую прочность структуры клетки;
• контролирует направление роста клеток;
• помогает выдерживать силу воздействия протопласта (содержимого клетки) на стенки — в результате растение остается прямостоящим;
• регулирует рост клеток;
• регулирует диффузию (клеточная стенка пропускает некоторые необходимые вещества, препятствуя проникновению других);
• защищает клетку от воздействия опасных веществ и микроорганизмов;
• предотвращает потерю влаги;
• способствует взаимодействию клеток между собой;
• сохраняет углеводы, используемые для роста растения.

Структура растительной клеточной стенки

Стенки растительных клеток представляют собой трехслойные структуры со средней пластинкой, первичной клеточной стенкой и вторичной клеточной стенкой. Средняя пластинка является самым внешним слоем и помогает в межклеточных соединениях, удерживая соседние клетки вместе (другими словами, она располагается между клеточными стенками двух клеток и удерживает их вместе; именно поэтому она называется средней пластинкой, хотя это самый внешний слой).

Средняя пластинка действует как клей или цемент для растительных клеток, потому что она содержит пектины. Во время деления клетки формируется первая средняя пластинка.

Эволюция

Клеточные стенки развивались независимо во многих группах.

В фотосинтезирующие эукариоты (так называемые растения и водоросли) одна группа с целлюлозных клеточных стенок, в которых клеточная стенка тесно связана с эволюцией многоклеточность , terrestrialization и васкуляризации. Синтаза целлюлозы CesA эволюционировала в Cyanobacteria и была частью Archaeplastida с момента эндосимбиоза; В результате вторичного эндосимбиоза он (вместе с белками арабиногалактана ) перешел в бурые водоросли и оомицеты . Позже растения развили различные гены из CesA, включая семейство белков Csl (целлюлозосинтазоподобные) и дополнительные белки Ces. В сочетании с различными гликозилтрансферазами (GT) они позволяют создавать более сложные химические структуры.

Грибы используют клеточную стенку хитин-глюкан-белок. Они разделяют путь синтеза 1,3-β-глюкана с растениями, используя гомологичные 1,3-бета-глюкан-синтазы семейства GT48 для выполнения этой задачи, что позволяет предположить, что такой фермент очень древний у эукариот. Их гликопротеины богаты маннозой . Клеточная стенка могла развиться, чтобы сдерживать вирусные инфекции. Белки, встроенные в клеточные стенки, вариабельны, содержатся в тандемных повторах, подверженных гомологичной рекомбинации. Альтернативный сценарий состоит в том, что грибы начали с клеточной стенки на основе хитина, а затем приобрели ферменты GT-48 для 1,3-β-глюканов посредством горизонтального переноса генов . В любом случае путь, ведущий к синтезу 1,6-β-глюкана, недостаточно изучен.

Функции клеточной стенки

Клеточные стенки обеспечивают жесткость и защиту. Для многоклеточных организмов клеточная стенка также связывает разные клетки вместе. Растения используют клеточную стенку как часть своей системы для поддержания формы и жесткости.

Она придает растению актуальную форму, действует как привратник, потому что она определяет, что может входить и выходить из ячейки, чтобы обеспечить защиту. Это похоже на внешние кирпичи замка, только, в этом замке есть отверстия. Эти отверстия делают клетку уязвимой, но они важны для ее функционирования.

Красное дерево и одуванчик имеют клеточные стенки снаружи всех своих клеток. Клеточные стенки предназначены для того, чтобы дать растениям форму и поддержку; однако клеточные стенки действуют и конструируются немного по-другому, чтобы удовлетворить потребности конкретного растения.

Например, 100-футовому дереву красного дерева нужна очень прочная и жесткая клеточная стенка растения, чтобы оно могло вырасти до своей большой высоты и не упасть на ветру. С другой стороны, маленький желтый одуванчик в поле должен иметь большую пластичность, чтобы он мог сгибаться, а не ломаться, когда ветер дует.

Вы когда-нибудь забывали поливать цветы? Возможно, они не смогут говорить, но они дадут вам знать, когда захотят пить, и начнут опускаться. Их форма по-прежнему поддерживается клеточной стенкой, так что, как только вы поливаете растение, оно может снова подняться. С другой стороны, если вы слишком много дали им воды, клеточная стенка также предотвращает перенасыщение водой, она защищает клетку от чрезмерного расширения.

Клеточная стенка защищает растение и клетки от многих насекомых и патогенных микроорганизмов, которые могут нанести вред растению, но клеточная стенка имеет свои уязвимые участки. По всей клеточной стенке есть отверстия, называемые плазмодесмами. Это отверстия, которые позволяют питательным веществам проникать в клетку, а также отходам, выходящим из клетки. Эти маленькие отверстия могут вызвать потерю клеткой воды, и именно тогда растение начнет опускаться. Но как только растение сможет выпить, оно вернется к своей правильной форме.

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

Особенности оболочки грамотрицательных бактерий

Несмотря на то, что толщина мукопептидной стенки у них намного меньше, стенка является непроницаемой для кристаллического фиолетового красителя. Все дело в принципиально ином строении и химическом составе клеточной оболочки грамотрицательных бактерий. Оболочка имеет многослойную структуру и состоит из:

• внешней оболочки (мембаны), основной ее состав – липосахариды и белки;
• периплазматического пространства;
• внутреннего слоя (муреин пептидогликановый), его состав аналогичен, как и у стенок грамположительных бактерий, но как правило, более чем в два раза тоньше.

С усложнением клеточной стенки появились новые функции и возможности. Некоторые виды бактерий, живущие на твердых поверхностях, приобрели возможность менять форму клетки (стенки «скелета» стали пластичными)

Это важно при скольжении и перемещении по неровностям твердой среды обитания

Периплазматическое пространство приобрело функцию изолированного места хранения некоторых гидролизующих ферментов, необходимых для жизнедеятельности клетки, но в то же время способных расщепить и полимерные молекулы самой бактерии. Благодаря гидролизу попадающих извне полимерных молекул живая клетка расширяет круг пригодных для питания веществ, в то же время непроницаемая для ферментов внутренняя оболочка препятствует «самоперевариванию» бактериальной клетки.

В структуру внешней мембраны входят белки, способные образовывать гидрофильные поры, через которые внутрь клетки могут проходить некоторые макромолекулы (сахара и аминокислоты), необходимые для питания бактерии.

К данному классу бактерий относятся многие бактерии, способные менять химический состав среды обитания (бактерии уксусного и спиртового брожения); симбиотические – кишечная палочка (E coli), многие патогенные (болезнетворные) организмы, такие как менингококк (Neisseria meningitidis); легионелла (Legionella pneumophila), и знаменитая Helicobacter pylori вызывающая язвенную болезнь и обладающая высокой кислотоустойчивостью.

Клеточная стенка грибов

Клеточные стенки грибов содержат хитин, который является производным глюкозы, похожим по структуре на целлюлозу. Слои хитина очень жесткие; хитин — это та же молекула, которая содержится в жестких экзоскелетах животных, таких как насекомые и ракообразные.

Глюканы, которые являются другими полимерами глюкозы, также обнаруживаются в клеточной стенке гриба вместе с липидами и белками. У грибов есть белки, названные гидрофобинами в их клеточных стенках. Обнаруженные только в грибах, гидрофобины придают клеткам силу, помогают им прилипать к поверхности и помогают контролировать движение воды в клетки. У грибов клеточная стенка является наиболее внешним слоем и окружает клеточную мембрану.

Функции клеточной стенки

Клеточная стенка бактерии выполняет ряд важных функций:

• механическая защита от воздействия негативных факторов окружающей среды;
• обеспечивает форму клетки;
• обеспечивает возможность существования клетки в гипотонических растворах;
• обеспечивает осуществление транспорта веществ и ионов, что характерно для грамотрицательных бактерий с наружной мембраной, являющейся дополнительным барьером для их поступления. При этом основной барьер – цитоплазматическая мембрана;
• препятствует проникновению в бактериальную клетку токсических веществ, что также характерно для грамотрицательных бактерий с наружной мембраной;
• клеточная стенка является местом расположения рецепторов, на которых адсорбируются бактериоцины и бактериофаги;
• в клеточной стенке содержаться антигены (липополисахариды у грамотрицательных бактерий и тейховые кислоты у грамположительных бактерий);
• на клеточной стенке расположены рецепторы, которые отвечают за взаимодействие клеток донора и реципиента при конъюгации бактерий.

Одновременно отмечается, что клеточная стенка у бактерий не является жизненно важной структурой, поскольку может быть удалена в определенных условиях. В этом случае бактериальные клетки существуют в виде сферопластов и протопластов