В сороковых годах XX в. начали изготовляться первые электронные микроскопы. Разрешающая способность лучших из них составляет в настоящее время около 10-8-- 2-10-8 см, причем увеличение достигает 1 000 000 раз.
Строение клетки под электронным микроскопом. Изучение ультратонких срезов клеток привело к открытию, что все структурные элементы цитоплазмы клетки и клеточные органоиды имеют мембранное строение. Электронный микроскоп помог увидеть тонкое строение клеток растений и животных. Цитоплазма состоит из матрикса (основы) и заключенных в нее органелл (хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи и др.), а также мембран. На поверхности цитоплазмы имеются мембраны -- плазмалемма а на поверхности вакуоли -- тонопласт. Мембраны клетки состоят из липидов и белков. Таким образом, строение мембраны имеет мозаичный характер.
Эндоплазматическая сеть состоит из длинных канальцев, пронизывающих цитоплазму; представляет собой выросты двойной ядерной мембраны. Эндоплазматическая сеть образует в цитоплазме непрерывную систему, ограничивающую полости, по которым перемещаются вещества между ядром и цитоплазмой. Эндоплазматическая сеть увеличивает поверхность цитоплазмы и, как бы изолируя ее на отдельные участки, способствует протеканию разнообразных процессов в [различных частях клетки.
Аппарат Гольджи -- структурный элемент цитоплазмы клетки, названный в честь итальянского ученого, который впервые описал это образование. Долгое время считали, что аппарат Гольджи имеется только в животных клетках. В дальнейшем он был обнаружен и в растительных клетках.
Аппарат Гольджи состоит из системы мембран, сгруппированных в стопки. По концам мембран наблюдаются вздутия, которые отшнуровываются от них в виде пузырьков, способных превращаться в вакуоли или цистерны.
Ядро. Изучение ядра в электронном микроскопе показало, 100% то оно окружено оболочкой, состоящей из двух мембран -- внутренней и наружной. Предполагают, что наружная мембрана является продолжением мембран, составляющих эндоплазматическую сеть цитоплазмы. В ядерной оболочке имеются поры (до двухсот), через которые происходит обмен между веществами ядра и цитоплазмы. Ядро состоит из округлых гранул, образованных ДНК и РНК в соединении с белками. Кроме того, в ядре имеется одно или несколько ядрышек, содержащих в основном рибонуклеиновую кислоту (РНК).
Хлоропласты. Хлоропласт отделен от цитоплазмы оболочкой. Внутри хлоропласта расположены пачки мембран, образующих пары, соединенные концами. В результате этого образуется замкнутый диск. Пачки дисков, расположенных в определенном порядке образуют граны ^Хлоропластов. У большинства растений мембрана граны переводит в более тонкую мембрану стромы. Строма является основным веществом хлоропласта и заполняет объем, не заснятый мембранной системой.
В строме находятся капельки жира, крахмальные зерна, гранулярное вещество, содержащее ферменты. Считается, что мембрана хлоропласта (толщина около 70-10-8 см) состоит из двух слоев липидов, находящихся между двумя тонкими слоями белка. Хлорофилл образует мономолекулярный слой по всей поверхности диска.
Митохондрии. Электронномикроскопическое изучение митохондрий в клетках показало, что они одеты поверхностной мембраной, под которой находится множество внутренних мембран, расположенных параллельно друг другу. Все мембраны, как мы уже знаем, состоят из нескольких слоев. Толщина слоев и расстояние между ними довольно постоянны. Между мембранами находится внутреннее пространство митохондрий, величина его различна у митохондрий разных клеток.
Митохондрии подвижны и могут перемещаться в клетке за счет собственного движения. Однако по большей части они передвигаются током движущейся цитоплазмы. На свету митохондрии движутся к хлоропластам, а в темноте -- к стенкам клетки.
Митохондрии состоят на 30--40% (сухое вещество) из белков, на 25--38% из липидов. В них содержится от 1 до 6% рибонуклеиновой кислоты.
Большую роль в образовании митохондрии играют ионы кальция. При недостатке солей кальция в растении число митохондрий уменьшается.
Мембраны митохондрий содержат постоянный набор ферментов, которые участвуют в процессах окисления и накопления энергии при дыхании. Митохондрии могут осуществлять синтез близких к белкам веществ -- пептидов, по-видимому, принимают участие в жировом обмене, а также в поглощении солей и воды. Под влиянием высокой температуры митохондрии набухают и теряют свою структуру.
Рибосомы в отличие от пластид и митохондрий представляют собой не микроскопические, а субмикроскопические органоиды размером от 200-10-8 --280-10-8 см.
Рибосомы состоят из белков (55%), фосфолипидов (4%) и рибонуклеиновой кислоты (40% от сухого вещества). Они содержат 65% всей рибонуклеиновой кислоты клеток.
Рибосомы образуются в ядре, вернее, в ядрышке,' где происходит их сборка из отдельных более мелких частиц. Рибосомы содержатся в цитоплазме и хлоропластах. Особенное хорошо они заметны в клетках, интенсивно синтезирующих белок, так как основная их функция -- синтез белка.
Лизосомы. Круглые пузырьки, осуществляющие внутреннее переваривание веществ. Содержат ряд ферментов, отделены мембраной от цитоплазмы.
Пероксисомы. Мелкие пузырьки. В них происходит фотодыхание.
Микротрубочки. Располагаются в наружном слое цитоплазмы. Состоят из белка тубулина. Входят в состав веретена при делении клеток (митозе).
НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ У РАСТЕНИЙ
Основное свойство образовывать один и тот же вид при развитии растения из воспроизводящей клетки, т. е. свойство наследственности, заключено в ядре и связано с ДНК.
Большое значение в регуляции функций организма играет цитоплазматическая связь между клетками. Они соединены цитоплазматическими нитями -- плазмодесмами, объединяющими клетки как бы в единое целое. Впервые плазмодесмы были обнаружены проф. Горожанкиным.
Очень важную роль играет гормональная регуляция физиологических функций. В растениях образуются следующие гормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. О значении каждого из этих гормонов будет идти речь ниже.
Световая регуляция осуществляется длиной дня, продолжительность которого влияет на развитие растений. Растения делятся на растения короткого дня, зацветающие лишь при укорочении длины дня осенью, растения длинного дня, зацветающие только при длине дня больше 12 ч, и нейтральные растения, зацветающие как на коротком, так и на длинном дне. Наконец, регулирование светом может осуществляться с помощью специального вещества -- фитохрома. Фитохром имеет две формы: активную и неактивную. Активная форма тормозит рост, неактивная форма дает симптомы этиоляции. По своей природе фитохром близок к пигментам сине-зеленых и красных водорослей фикоциану и фикоэритрину. Освещение красным светом с длиной волны 660 нм переводит фитохром в активную форму, а более длинноволновый красный свет приводит фитохром уже в неактивное состояние.
Таковы в очень коротких чертах основы регуляции отдельных функций растений.
Как мы уже знаем, белковые вещества, составляющие основу живых организмов, построены из аминокислот. В организмах имеется свыше 20 аминокислот. Эти 20 аминокислот могут складываться различным образом и образовывать разнообразные белки, которые выполняют ту или иную функцию в организме. Число комбинаций сложения аминокислот почти безгранично, и это определяет специфичность отдельных белков. План построения белка из аминокислот заложен, или, как говорят, "закодирован", в молекуле ДНК, находящейся в ядре.
Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК состоят из трех структурных элементов: азотистых оснований, сахара и фосфорной кислоты. Соединяясь, эти вещества образуют нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты представляют собой продукты полимеризации (уплотнения) большого числа нуклеотидов.
Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из одинаковых, периодически повторяющихся групп атомов. Например, полиэтилен имеет строение: (--СНг--СНг)л--СНг--СНг-- ДНК -- сложный полимер с молекулярной массой от 4 до 10 млн. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образованных большим числом соединенных между собой нуклеотидов. В состав ДНК входит сахар дезоксирибоза (С5Н10О4). ДНК очень чувствительна к действию кислот и при гидролизе в молекулярном растворе соляной кислоты при 60°С через несколько минут распадается на нуклеотиды.
Схема молекулы ДНК
РНК в отличие от ДНК состоит из одной цепи полинуклеотидов и вместо дезоксирибозы содержит d-рибозу (С5Н10О5). РНК распадается на нуклеотиды под влиянием щелочей. В ядре при непосредственном участии ДНК образуется РНК, которая содержит полученные oт ДНК сведения о порядке сложения аминокислот в различные белки. Эта РНК носит название информационной или посредника. На каждую нить информационной РНК садится по нескольку рибосом. Эта цепочка рибосом называется полисомой. В полисомах происходит синтез белка при участии содержащейся в рибосомах рибосомальной РНК. Отдельные рибосомы движутся по нити РНК, считывают заложенную в ней информацию (сведения), полученную в ядре от ДНК и укладывают аминокислоты в полипептидные цепи. Аминокислоты, образовавшиеся в процессе обмена веществ, под водятся к полисомам особой, тоже образовавшейся первоначально в ядре РНК-переносчиком или транспортной РНК названной так потому, что она переносит активированны соответственными ферментами аминокислоты на рибосомы. Таких различных РНК-переносчиков имеется примерно 20 по числу аминокислот, из которых строятся белки.
Таким образом, в синтезе белка в растениях участвуют различные РНК: рибосомальная РНК, информационная РНК передающая порядок укладки аминокислот в полипептидны цепи, и транспортная РНК, которая доставляет активированные соответственными ферментами аминокислоты к полисе мам. Такова схема синтеза белков в растении.
Каждая клетка организма содержит полный набор информации о строении всех белков, которые она может синтезировать. Поэтому из маленького кусочка листа многих растений, например бегонии, может развиться целое растение ил даже из одной клетки (в культуре тканей, см. ниже) может развиться целый организм. С другой стороны, только из ядра или только из цитоплазмы новый организм не образуется, так как весь процесс образования белков происходит только в целостной клетке, состоящей из ядра и цитоплазмы.
Схема биосинтеза белка в клетке
Страницы: 1, 2
