В отличие от животных и многих простейших, у растений, бактерий и грибов, почти все клетки имеют стенку, лежащую кнаружи от цитоплазматической мембраны и обладающую повышенной прочностью. Основная функция данной структуры — опора и защита.

Клеточные стенки (или клеточные оболочки) строятся из веществ, синтезируемых самими клетками. Их химический состав различен у растений, грибов и прокариот. Кроме того, даже у одного растения у различных клеток состав стенок несколько различен.

Клеточная стенка растений состоит в основном из целлюлозы. Целлюлоза — это полисахарид, мономером которого является глюкоза.

Основу бактериальных клеточных стенок составляет вещество муреин (относится к пептидогликанам). У грамположительных бактерий в состав оболочки входят различные кислоты, а сама оболочка плотно прилегает к цитоплазматической мембране. У грамотрицательных бактерий оболочка более тонкая и не прилегает к мембране. Между мембраной и оболочкой образуется периплазматическое пространство. Снаружи клеточная оболочка грамотрицательных прокариот окружена внешней мембраной, составленной из липополисахарида.

У грибов основным веществом клеточных стенок является хитин, а не целлюлоза.

Состав клеточной стенки растений


У растений стенка дочерних клеток образуется уже во время деления родительской. Впоследствии она называется первичной. У многих клеток позже образуется вторичная оболочка.

Первичная клеточная оболочка состоит из микрофибрилл целлюлозы, погруженных в матрикс из других полисахаридов. Отличительной особенностью волокон целлюлозы является их прочность. Молекула целлюлозы представляет собой длинную полисахаридную цепь. Отдельные молекулы соединяются друг с другом водородными связями в пучок, который называется микрофибриллой. Такие фибриллы образуют каркас клеточной стенки.

Матрикс клеточной стенки составляют полисахариды пектины и гемицеллюлозы, а также ряд других веществ (например, белков). Пектиновые вещества представляют собой группу кислых полисахаридов, их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными. Гемицеллюлозы также смешанная группа полисахаридов. Длина их линейных молекул короче, чем у целлюлозы.

Оболочки соседних клеток растений соединены между собой срединной пластинкой, состоящих из пектатов магния и кальция, для которых характерна клейкость.

Строение растительной клеточной стенки


В состав стенок растений входит вода (составляет более половины массы), обуславливая ряд физических и химических свойств полисахаридов.

Жесткий каркас растения во многих местах пронизан каналами (плазмодесмами), по которым цитоплазма одной клетки соединяется с цитоплазмой соседних.

Клетки мезофилла листа (а также некоторые другие) на протяжении всей своей жизни имеют только первичную стенку. У большинства же клеток на первичную оболочку с внутренней стороны отлагается вторичная стенка, составленная из дополнительных слоев целлюлозы. Обычно в это время клетка уже дифференцирована и не растет (исключение составляют, например, клетки колленхимы).

В каждом отдельном слое вторичного утолщения микрофибриллы целлюлозы располагаются под одним углом (параллельно друг другу). Однако разные слои имеют разный угол, что обеспечивает большую прочность.

Часть клеток растений одревесневают (трахеальные элементы ксилемы, склеренхима и др.). В основе этого процесса лежит интенсивная лигнификация стенок (в небольших количествах лигнин есть во всех оболочках). Лигнин не является полисахаридом, а представляет собой сложное полимерное вещество. Отложения лигнина могут иметь различную форму (сплошную, кольцевую, спиральную, сетчатую). Он скрепляет целлюлозу, не дает ей смещаться. Лигнин не только обеспечивает прочность, но и дает дополнительную защиту от неблагоприятных физических и химических факторов.

Функции клеточной стенки


Оболочки разных клеток совместно обеспечивают всему растению и его отдельным частям механическую прочность и опору. Это функция клеточной стенки аналогична одной из функций скелета животных. Однако она не единственная.

Жесткость стенок препятствует растяжению клеток и их разрыву. В результате по физическим законам в клетки может путем осмоса поступать вода. Для травянистых растений тургоцентричность клеток является единственной их опорой.

Микрофибриллы целлюлозы ограничивают рост клеток и определяют их форму. Если микрофибриллы окольцовывают клетку, то она будет расти в длину (поперек направления волокон).

Связанные клеточные стенки образуют апопласт, по которому передвигается вода и минеральные вещества. Плазмодесмы связывают содержимое разных клеток в единую систему — симпласт.

Стенки сосудов ксилемы, трахеид, ситовидных трубок выполняют транспортную функцию.

Наружные клеточные стенки эпидермальных клеток покрыты воском (кутикулой). С одной стороны, он препятствует испарению воды, с другой – проникновению вредных микроорганизмов.

У некоторых растений в определенных клетках оболочки видоизменяются и служат местом запаса питательных веществ.

Источник: biology.su

Структура клеточной стенки растений

Клеточная стенка растений многослойная и включает три секции: внешний слой или средняя пластинка, первичная и вторичная клеточные стенки. Хотя все растительные клетки имеют среднюю пластинку и первичную клеточную стенку, не у всех есть вторичная клеточная стенка.

iv>

Средняя пластинка — внешней слой клеточной стенки, который содержит полисахариды, называемые пектинами. Пектины помогают в адгезии клеток, связывая стенки соседних клеток друг с другом.

Первичная клеточная стенка — слой, образованный между средней пластинкой и плазматической мембраной в растущих клетках растений. Он состоит в основном из целлюлозных микрофибрилл, содержащихся в гелеобразной матрице из гемицеллюлозных волокон и пектиновых полисахаридов. Первичная клеточная стенка обеспечивает прочность и гибкость, необходимые для роста клеток.

Вторичная клеточная стенка — слой, образованный между первичной стенкой клетки и плазматической мембраной в некоторых растительных клетках. Когда первичная клеточная стенка перестает делиться и расти, она может сгущаться, образуя вторичную клеточную стенку. Этот прочный слой укрепляет и поддерживает клетку. Кроме целлюлозы и гемицеллюлозы, некоторые вторичные клеточные стенки включают лигнин, который усиливает их и обеспечивает водопроводимость клеток сосудистой ткани растений.

Функции клеточной стенки

Основные функции клеточной стенки заключаются в том, чтобы сформировать каркас для клетки и предотвратить ее расширение. Целлюлозное волокно, структурные белки и другие полисахариды придают клеткам форму и обеспечивают поддержку. К дополнительным функциям клеточной стенки относятся:


  • Поддержка — обеспечение механической прочности и структуры, а также контроль направления роста клеток.
  • Выдерживает тургорное давление — сила воздействия содержимого клетки (протопласта) на ее стенки. Это давление помогает растению оставаться жестким и прямостоящим, но может также вызвать разрушение клетки.
  • Регулировка роста — посылает сигналы клеткам для входа в клеточный цикл, чтобы делится и расти.
  • Регулировка диффузии — пористая структура клеточной стенки позволяет некоторым необходимым веществам, включая белки, попадать внутрь клетки, препятствуя проникновению других.
  • Связь — клетки взаимодействуют между собой через плазмодесмы (поры или каналы между стенками растительных клеток, которые позволяют молекулам и сигналам связи проходить между отдельными клетками растения).
  • Защита — осуществляет защиту клеток от вирусов и остальных опасных веществ или микроорганизмов, а также помогает предотвратить потерю воды.
  • Хранение — хранит углеводы, которые используются для роста растений, особенно в семенах.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

Состав растительных клеток

Данные об элементарном химическом составе (в процентах на сырое вещество) приведены ниже.

>

Название элемента % содержание Название элемента % содержание
Кислород 65,0 Хлор 0,10
Углерод 18,0 Натрий 0,03
Водород 10,0 Магний 0,02
Азот 3,0 Железо 0,01
Кальций 2,0 Цинк 0,0003
Фосфор 1,0 Медь 0,0002
Сера 0,2 Йод 0,0001
Калий 0,16 Фтор 0,0001

Из приведенных данных видно, что в состав растительных клеток входят те же элементы, что и в неживые тела, это указывает на общность живой и неживой природы.

Однако в соединениях уже имеются различия. В живых организмах есть большое число соединений, свойственных только им и поэтому называемых органическими. В составе клеток было обнаружено около 60 из 104 элементов периодической системы Менделеева.


В клетках больше всего кислорода, затем углерода и водорода, несколько меньше азота, кальция и фосфора. Сера, калий, хлор, натрий, магний и железо составляют десятые и сотые доли процента, а цинк, медь и другие находятся в еще меньших количествах.

Углерод, водород, кислород, азот и частично фосфор и сера входят в состав органических веществ клетки. Остальные элементы находятся или в виде ионов, или в соединении с органическими веществами.

Белки и другие азотистые соединения

Белки представляют собой соединения, в состав которых входит азот. По своему строению белки очень сложны, они состоят из таких элементов:

  • углерода 51—55%,
  • водорода 17%,
  • кислорода 21—24%,
  • азота 15—18%,
  • серы 0,9—2,3%;
  • некоторые белки содержат также и фосфор.

Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры; цепь полимера состоит из нескольких сот мономеров — остатков аминокислот. Белки имеют очень крупные молекулы и вследствие этого обладают ясно выраженными коллоидными свойствами. Молекулярный вес различных белков неодинаков и изменяется от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов. Молекула белка состоит из n-го количества аминокислот, которые соединены одна с другой с отнятием воды. Аминокислота — амфотерное соединение, так как имеет аминогруппу — NН2 и карбоксильную группу — СООН, поэтому может реагировать и как основание, и как кислота. Группа СООН одной кислоты может соединяться с группой NH2 другой аминокислоты с выделением воды, что приводит к образованию пептидной связи основной связи в молекуле белка.


— С  — N — II   I O    H

Аминокислоты

Все аминокислоты, составляющие белок, являются α-аминокислотами, у которых группа СН2 расположена рядом с карбоксилом. Например, аланин:

 СН2 — СН — СООН I NH2

Аминокислоты могут иметь 2 и более аминогрупп (диамино-кислоты), а также 2 карбоксильные группы (дикарбоновые кислоты). В настоящее время открыто свыше 90 различных аминокислот, причем 50 из них — в середине XX столетия. В растительных белках встречается до 20 аминокислот. Э. Фишер пытался осуществить синтез белковой молекулы, связывая друг с другом аминокислоты, сначала по 2, затем по 3 и т. д. В результате ему удалось соединить 18—19 аминокислот. Полученные соединения Фишер назвал пептидами; в зависимости от количества соединенных аминокислот они назывались дипептидами, трипептидами и полипептидами.

Протеиды и протеины

Белки различаются между собой не только но количеству аминокислот, входящих в состав молекулы белка, но и по их набору и порядку расположения.


лки разделяют на сложные — протеиды и простые — протеины. Протеидами называют соединения белковой молекулы с тем или другим веществом небелкового характера (простетической группой). При соединении белка с высокомолекулярным углеводом получается глюкопротеид, с фосфорной кислотой — фосфопротеид, с липоидами— липопротеид, с нуклеиновой кислотой — нуклеопротеид. Сложные белки, в состав которых входят какие-либо металлы (Fе, Сu), называют металлопротеидамп. К этой группе относятся белки, обладающие ферментативными свойствами. При соединении белка с хлорофиллом и гемоглобином получаются хромопротеиды. Сложные белки входят в состав протоплазмы и ядра и называются конституционными. Особенно много нуклеопротеидов в составе протоплазмы и ядра. Простые белки, или протеины, являются запасными питательными веществами; их классифицируют по растворимости:

  1. альбумины — растворимые в воде,
  2. глобулины — растворимые в слабых растворах нейтральных солей,
  3. проламины — растворимые в 60—80%-ном спирте,
  4. глютелины — растворимые только в слабых растворах щелочей.

Все эти белки встречаются у растений.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — сложные высокомолекулярные полимерные соединения, обладающие высокой физиологической активностью и играющие важнейшую роль в жизнедеятельности организма. При участии нуклеиновых кислот происходит синтез белков, передача наследственных свойств, рост и размножение. Уже давно было установлено, что нуклеиновые кислоты обычно содержатся в органах и тканях, богатых ядерным веществом и характеризующихся интенсивным синтезом белка. Нуклеиновых кислот много в зародышах семян, в глазках клубней картофеля, пыльце, кончиках корней (в ядрах, пластидах, митохондриях и рибосомах). В листьях и стеблях растений содержание нуклеиновых кислот невелико и составляет 0,1 — 1 % от сухого веса. В состав нуклеиновых кислот входят нуклеотиды, состоящие из азотистого основания, сахара-пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеотиды различаются только по азотистым основаниям.Схема нуклеотида Схема строения нуклеотида. Встречаются 4 типа нуклеотидов — адениновый, гуаннповый, цитозиновый и тиминовый, обычно обозначаемые начальной буквой, т. е. А, Г, Ц, Т-нуклеотиды. Существует 2 вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая углевод дезоксирибозу, и рибонуклеиновая кислота (РНК), содержащая рибозу. Молекула ДНК представляет собой 2 закрученные по спирали полинуклеотидные цепи. Длина цепи составляет свыше 5 мк, тогда как длина цепи белка всего около 0,1 мк. Цепь ДНК — это полимер, состоящий из мономеров нуклеотидов. Нуклеотиды расположены в определенном порядке, и разные ДНК отличаются порядком их чередования. Молекулярный вес нуклеотида в среднем равен 330, молекулярный вес ДНК—10000000; следовательно, в каждой цепи ДНК содержится около 15 000 нуклеотидов. Из этих цифр ясно, что существует громадное количество различных ДНК. Обе цепи ДНК по нуклеотидному составу различны, но состав нуклеотидов одной цепи находится в строгом соответствии с составом нуклеотидов другой цепи. Когда на одной цепи расположен А-нуклеотид, то на другой противоположно расположен Т-нуклеотид, напротив Г-нуклеотида всегда будет Ц-нуклеотид. Следовательно, в одной паре всегда сочетаются А — Т, в другой Г — Ц-нуклеотиды. Таким образом, если на участке одной цепи ДНК будут Г, Ц, Т, А-нуклеотиды, на другой цепи дополнительными нуклеотидами будут Ц, Г, А, Т; такое взаимное расположение нуклеотидов называется принципом дополнительности. При делении клетки происходит синтез новых молекул ДНК, основанный на удвоении молекул с точным сохранением их строения. В этом случае спиральная цепь ДНК с одного конца раздваивается, и на каждой цепи из свободных нуклеотидов собирается новая цепь в соответствии с принципом дополнительности, т. е. против А становится Т, против Ц—Г и т. д. В результате такого деления из одной молекулы ДНК получаются 2, имеющие такой же нуклеотидный состав, как и начальная молекула. Процесс деления молекулы ДНК называется репликацией— удвоением. Он идет с участием особого фермента ДНК — полимеразы. Рибонуклеиновая кислота (РНК) тоже представляет собой полимер, состоящий из одной цепи. Мономерами являются нуклеотиды, 3 из которых тождественны нуклеотидам ДНК (аденин, гуанин, цитозин). Вместо тимина в состав РНК входит урацил (У), близкий по свойствам тимину. Цепь РНК короче цепи ДНК, и ее молекулярный вес меньше.

Углеводы

Углеводы содержатся в каждой клетке растения. Они состоят из трех элементов: углерода, водорода и кислорода. Вследствие того, что оболочки клеток растения состоят из углевода клетчатки и запасные вещества отложены в виде крахмала и подобных ему веществ (например, инулина), на долю углеводов приходится больше половины всего сухого вещества растения. Углеводы представляют обширную группу, название которой возникло на том основании, что соотношение водорода и кислорода у них такое же, как в воде (СnН2nОn). Углеводы делятся на простые (моносахариды, или монозы) и сложные (полисахариды). При соединении двух молекул моноз получаются дисахариды (2С6Н12O6 →С12Н22О11 + Н2О), при этом выделяется молекула воды. Полисахариды образуются при соединении шести и более молекул моноз с отнятием воды: (С6Н12О6)n — nН2O → (С6Н10О5)n. Сложные углеводы представляют собой полимеры. Молекула полимера состоит из длинной цепочки, в которой много раз повторена одна и та же простая структура, называемая мономером. В сложных углеводах мономерами являются простые углеводы. В растениях из простых углеводов наиболее распространены гексозы — глюкоза и фруктоза, содержащие по 6 углеродных атомов. Глюкоза находится в ягодах винограда, яблоках, грушах, фруктоза — во многих плодах и луковицах. Из простых углеводов пентоз, содержащих 5 углеродных атомов, особенно важны рибоза и дезоксирибоза. Эти сахара в растении не встречаются в свободном состоянии, а входят в состав нуклеиновых кислот, АТФ и других соединений. Моносахариды хорошо растворимы в воде и легко перемещаются по растению; обычно они не являются запасными веществами.

Сахароза и мальтоза

Из дисахаридов в растениях встречаются сахароза и мальтоза. Дисахариды состоят из двух мономеров и называются димерами; так, наиболее распространенная в растениях сахароза состоит из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. У некоторых растений запасные питательные вещества представлены сахарозой (сахарная свекла, сахарный тростник, сахарный клен, лук). Особенно много сахарозы:

  • в корнеплодах сахарной свеклы (16—25%),
  • в соке стеблей сахарного тростника (14—25%);

эти растения используют для получения пищевого сахара. Мальтоза представляет собой продукт распада крахмала и обычно в растениях не накапливается. Из полимеров наиболее распространен в растениях крахмал. Он не является однородным веществом, а состоит из двух полисахаридов — амилозы и амилопектина. В большинстве случаев в крахмале содержится 15—25% амилозы и 75— 85% амилопектина. Молекулярный вес амилозы 100 000—600 000; амилопектина около 1000 000.

Крахмал

Крахмал представляет собой полимер, состоящий из многих мономеров глюкозы. От других полимеров крахмал отличается тем, что имеет ветвистую, а не вытянутую цепочку. Крахмал— главное запасное вещество углеводного типа.

  • В семенах риса содержится 60—80% крахмала,
  • в семенах кукурузы —65—75%,
  • в семенах пшеницы — 60—70%,
  • в клубнях картофеля— 19—20%.

Первичный крахмал образуется в хлоропластах в процессе фотосинтеза, вторичный откладывается в запас в клубнях, корневищах и плодах. Он представляет собой слоистые зерна, различные по величине и форме у разных растений.Состав растительных клеток Крахмальные зерна разных растений.

  1. Крахмальные зерна картофеля,
  2. крахмальные зерна гороха,
  3. крахмальные зерна овса,
  4. крахмальные зерна пшеницы.

Крахмал не растворяется в холодной воде, а при нагревании образует коллоидный раствор. Клетчатка (целлюлоза) представляет собой вытянутый, в длину полимер, состоящий из глюкозных остатков. Клетчатка в воде не растворима, и ее гидролиз возможен только при воздействии на нее крепкими кислотами. Она не является запасным веществом и в большинстве случаев не может быть вторично использована. Близким к клетчатке веществом является гемицеллюлоза, состоящая из моносахаридов пентоз. Гемицеллюлоза — запасное питательное вещество, она встречается в эндосперме семян и в утолщенных оболочках клеток.

Липиды

К липидам относятся жиры и жироподобные вещества— липоиды. Они могут находиться в растении в форме запасного жира и могут являться структурным компонентом протоплазмы клеток. Запасной жир служит энергетическим материалом, а протоплазматические жиры являются составной частью клеток и содержатся в клетках в постоянном количестве. Липопротеиды (соединение липидов с белками) и липиды принимают участие в строении клеточных мембран, благодаря которым регулируется проницаемость клеток и клеточных структур для различных веществ. Жиры, выделенные из семян, всегда содержат некоторое количество примесей. Для каждого вида растения состав жирных кислот довольно постоянен, и близкие виды растений имеют сходный состав жира. В зависимости от условий выращивания растений состав жирных кислот и их количество могут изменяться. У растений, произрастающих на юге (какао, кокосовая пальма), преобладают твердые жиры с высокой точкой плавления, у растений умеренного климата (лен, конопля, подсолнечник) —жидкие жиры, или масла. Жиры чрезвычайно широко распространены в растениях как запасные питательные вещества: 90% растений имеют маслянистые семена. Жиры как запасные вещества имеют ряд преимуществ перед углеводами. Так, они не растворимы в воде вследствие преобладания в молекуле жира гидрофобных групп (СН3, СН2, СН) и поэтому не содержат в себе гигроскопической воды. Кроме того, жиры содержат очень мало кислорода, и при окислении их освобождается много энергии (при окислении 1 г. жира выделяется 9,3 кал, при окислении 1 г. углеводов — 4 кал). Содержание запасного жира в семенах растений неодинаково:

  • у ржи, пшеницы, ячменя 2—3%,
  • хлопчатника, сои 20—30%,
  • льна, конопли, подсолнечника 30—55%,
  • мака, клещевины 60—65%.

В растениях также встречаются эфирные масла, обладающие ароматом.

Органические кислоты

В растениях часто встречаются органические кислоты, чаще всего двух- и трехосновные. Кислоты могут быть в растениях как в свободном состоянии, так и в виде солей. Наиболее обычными являются щавелевая (НООС—СООН), яблочная (НООС—СН2СНОН—СООН) и янтарная (НООС—СН2—СН2—СООН) кислоты. Из трехосновных кислот широко распространена лимонная кислота:

СН2—СООН I НО  —   С—СООН I СН2—СООН

Много органических кислот в созревающих плодах. Органические кислоты растворены в клеточном соке, их присутствием и объясняется кислая реакция клеточного сока. Эти кислоты тесно связаны с процессом дыхания, при котором они образуются. Им принадлежит главная роль в окислительно-восстановительных процессах, из которых складывается дыхание, и в синтезе аминокислот, образующих белки. Следовательно, через органические кислоты осуществляется связь между обменом углеводов и белков.

Источник: LibTime.ru