Производные вещества протопласта

К производным веществам протопласта относятся:

1. Физиологически активные вещества, регулирующие функционирование, рост и развитие клетки и организма в целом:

 

Ферменты – белковые молекулы-катализаторы, активирующие химические реакции в клетке.

Витамины – небелковые молекулы-катализаторы, активирующие химические реакции в клетке.

Гормоны – вещества, активирующие деление клеток, ростовые процессы в них и организме в целом.

Фитонциды – защитные отравляющие вещества, защищающие клетку и организм от повреждений другими организмами.

 

2. Запасные вещества – временно неактивные полимерные вещества, содержащие большое количество энергии в химических связях. Откладываются в лейкопластах и вакуолях.

 

3. Клеточный сок – раствор солей и других веществ, заполняющий сократительные вакуоли. Выполняет регуляцию давления в клетке, поглощения воды, накопления защитных веществ.

 

4. Клеточная стенка – целлюлозная оболочка клетки, выполняющая функции внешней опоры, защищающей протопласт, и межклеточного вещества, соединяющего клетки между собой в ткань. Образуется в результате выделения целлюлозы и других веществ аппаратом Гольджи за пределы протопласта (в телофазе митоза или мейоза клеточная стенка делит материнскую клетку на две дочерние). Клеточная стенка в своём строении может иметь три слоя:

серединная пластинка – является общей для двух соседних клеток, образуется аппаратом Гольджи первой. Состоит из пектиновых веществ;

первичная клеточная оболочка – откладывается на серединную пластинку изнутри небольшим слоем. Образована преимущественно целлюлозой, которая пропитывается гемицеллюлозой, гликопротеидами и пектиновыми веществами, эти вещества придают клеточной оболочке гибкость и эластичность;

вторичная клеточная оболочка – образуется в клетках тканей, которые выполняют опорную функцию, имеет несколько слоёв, в которых целлюлоза откладывается разнонаправлено. Эта оболочка намного жёстче и толще чем первичная оболочка. Целлюлоза пропитывается гемицеллюлозой и лигнином.

К структурным компонентам клеточной стенки относятся:

плазмодесмы – участки цитоплазмы, проходящие через клеточную стенку и соединяющие протопласты двух соседних клеток;

десмотрубочки – участки ЭПС внутри плазмодесм, соединяющие ЭПС двух соседних клеток;

поровое поле – тонкий участок первичной клеточной оболочки вокруг плазмодесмы;

пора – отверстие во вторичной клеточной оболочке над поровым полем. Поры бывают простые (с ровным краем) и окаймлённые (с нависающим краем над поровым полем).

 

Жизненный цикл клетки представляет собой период существования клетки от момента образования до момента деления или гибели. В жизненном цикле клетки выделяют два периода:

интерфаза – период существования и функционирования клетки от момента образования до начала деления;

деление – период образования из одной клетки двух (митоз) или четырёх (мейоз).

 

Интерфаза включает в себя три периода: G₁ (G₀), S и G₂.

Период интерфазы G₁ начинается с момента образования клетки и связан с ростом клетки и увеличения количества её органелл. В зависимости от местоположения в организме клетки функционально специализируются, приобретают характерное строение и выполняют необходимую работу. Если клетка не программируется организмом на дальнейшее деление, она остаётся на этой фазе развития, которая обозначается как (G₀) и продолжает выполнять свои функции до момента гибели. Если клетка программируется организмом на дальнейшее деление, она переходит в период интерфазы S.

Период интерфазы S связан с удвоением наследственной генетической информации в ядре клетки, т.е. происходит удвоение молекул ДНК, для передачи дубликатов генетической программы в две дочерние клетки во время деления.

Период интерфазы G₂ связан с подготовкой клетки к делению, образуются структуры и вещества, используемые клеткой во время деления.

 

Рис. 2. Жизненный цикл клетки: НК – начало и конец жизненного цикла, G1 – фаза роста клетки, G0 – фаза специализации клетки, S – фаза репликации (удвоения) ДНК, G2 – фаза подготовки к делению клетки, М – деление клетки митозом или мейозом

Митоз – деление клетки на две дочерние с сохранением хромосомного набора (дубликаты генетической программы, зашифрованной на молекулах ДНК, передаются в две образующиеся дочерние клетки).

Митоз состоит из четырёх фаз:

1. Профаза. В клетке разрушается ядерная оболочка, хроматин (рабочая форма ДНК) и ядрышки (РНК) упаковываются в хромосомы (транспортную форму ДНК), т.е. генетическая программа архивируется для транспортировки.

2. Метафаза. Хромосомы выводятся на экватор клетки и к их половинкам (хроматидам) присоединяются микротрубочки веретена деления.

3. Анафаза. Микротрубочки веретена деления сокращаются и разводят половинки хромосом к разным полюсам клетки.

4. Телофаза. На полюсах клетки вокруг половинок хромосом ЭПС формирует новые ядерные оболочки. Половинки хромосом распаковываются (разархивируются) в хроматин, т.е. генетическая программа разархивируется. Аппарат Гольджи строит клеточную стенку, разделяющую материнскую клетку на две дочерние.

 

Рис. 3. Деление растительной клетки митозом

Рис. 4. Перераспределение микротрубочек в течение клеточного цикла

по мере образования клеточной стенки: А – интерфаза G2, Б – перед профазой,

В – метафаза, Г – телофаза (цитокинез), Д, Е – интерфазы G1

Мейоз – редукционное деление клетки на четыре дочерние с уменьшением двойного (диплоидного 2n) набора хромосом вдвое и рекомбинацией (изменением) генетической программы в новых клетках.

Мейоз проходит в два этапа, каждый из которых состоит из четырёх фаз.

1-й этап:

1. Профаза 1. В клетке разрушается ядерная оболочка, хроматин (рабочая форма ДНК) и ядрышки (РНК) упаковываются в хромосомы (транспортную форму ДНК), т.е. генетическая программа архивируется для транспортировки. Гомологичные одинаковые хромосомы (отцовские и материнские) скручиваются между собой – конъюгация и обмениваются генами (участками хромосом) – кроссинговер, после чего расплетаются.

2. Метафаза 1. Хромосомы выводятся на экватор клетки и к гомологичным хромосомам присоединяются микротрубочки веретена деления, идущие из разных полюсов клетки.

3. Анафаза 1. Микротрубочки веретена деления сокращаются и разводят гомологичные хромосомы к разным полюсам клетки.

4. Телофаза 1. Гомологичные хромосомы группируются на полюсах клетки. Аппарат Гольджи формирует клеточную стенку, которая делит материнскую клетку на две дочерние по экватору.

 

После первого этапа деления мейозом в дочерних клетках остаётся половинный (гаплоидный n) набор хромосом. Период подготовки клеток ко второму делению называется интеркинез.

2-й этап деления клеток мейозом идентичен митозу и проходит в четыре фазы синхронно в двух дочерних клетках от первого деления (смотри митоз).

В результате деления клеток мейозом образуются четыре гаплоидные клетки, в каждой из которых наследственная информация изменена и отличается от генетической программы материнской клетки.

 

 

Рис. 5. Схема мейоза с двумя парами хромосом (показаны не все стадии)