Цитология.

1)Существуют паренхимные – изодиаметрические и прозенхимные – вытянутые в длину. Соматическая растительная клетка окружена клеточной стенкой из целлюлозы. Живое содержимое – протопласт. Его основной компонент – белок. У многих зрелых растений центральную часть занимает вакуоль, заполненная клеточным соком, главное ее содержимое – вода с растворенными в ней минеральными веществами. Клеточная стенка и вакуоль – продукт жизнедеятельности протопласта. Клетки растений всегда содержат пластиды. Центриоли отсутствуют. Запасное вещество – крахмал.

Клеточная стенка состоит из целлюлозы, собранной в фибриллы, погруженные в матрикс из гемицеллюлоз, пектинов и гликопротеидов. Стенки могут накапливать лигнин – лигнификация или одревесневение (при завершении роста), такие клетки обычно отмирают. Могут пропитываться воском, кутином и суберином. Суберинизация – опробковение, не проницаемость для воды, такие клетки обычно отмирают.

Рост клеточной стенки:

При делении меристематических клеток сначала откладывается срединная пластина. Потом каждая клетка откладывает на нее первичную оболочку, состоящую из пектиновых веществ и гемицеллюлоз. Есть еще и вторичная оболочка, это когда рост клетки не прекращается и по достижении окончательного размера. В ней меньше воды и больше целлюлозы, чем у первичной.

В стенках соседних клеток образуются поры, друг на против друга. Существуют простые и окаймленные поры.

2-3)Протопласт – активное содержимое живой клетки. Большая его часть – цитоплазма, меньшая по массе – ядро. Тонопласт – биологическая мембрана отграничивающая протопласт от вакуоли. Плазмалемма – отграничивает протопласт от клеточной стенки. В протопласте осуществляются все основные процессы клеточного метаболизма (обмена веществ). От цитоплазма ядро также отделено мембранами.

Протопласт – многофазная коллоидная система, гидрозоль (гель – в в покоящихся семенах), где дисперсионной средой является вода (90-95%), а фазой – белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы.

Протопласт находится в постоянном движении – вращательное, струйчатое (ток цитоплазмы).

Химические компоненты.

Белки (40-50% сухой массы). Протеины – простые, протеиды – сложные. Последние соединяются с липидами (липопротеиды), углеводами (гликопротеиды), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды). Они в качестве ферментов (энзимов), регулируют все процессы жизнедеятельности клетки.

Нуклеиновые кислоты (1-2% массы) – ДНК (служит носителем генетической информации) и РНК (считывает и передает информацию с ДНК в цитоплазму на белоксинтезирующую систему полирибосом).

Липиды (2-3%) – различные по структуре жироподобные вещества (запасные энергетические вещества, входят в состав клеточных мембран, являются структурным компонентом клетки).

Углеводы – первичные продукты фотосинтеза (мономеры) и исходные компоненты биосинтеза других веществ. Они входят в состав живой клетки либо в виде мономеров и олигомеров (глюкоза, фруктоза, сахароза), либо в виде полисахаридов (крахмал – резервный энергетический и целлюлоза – основной компонент клеточной оболочки). Входят в состав слизей, кутина и камедей. Моносахариды также образуют химические соединения с самыми различными компонентами протопласта – гликозиды.

Витамины (2-6%) – контролируют общий ход обмена веществ.

Фитогормоны – физиологически активные вещества, регулирующие процессы роста и развития.

Все эти вещества синтезируются в самой клетке посредством фотосинтеза, за счет энергии света и веществ поступающих извне. Накопителем и переносчиком энергии является АТФ (энергия накапливается в виде фосфатных связей, при необходимости легко освобождается, АТФ переходит в АДФ).

Продукты жизнедеятельности протопласта.

Эргастические вещества – появившиеся в процессе жизнедеятельности (в растворенном виде или как включения). Чаще они образуют клеточную стенку или накапливаются в клеточном соке вакуоли, а в цитоплазме как включения.

Это: простые белки, некоторые углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал или инулин, а также целлюлоза), жиры и жироподобные вещества – соединения первичного метаболизма. Продукты вторичного метаболизма (защитные вещества) – танниды, полифенольные соединения, алкалоиды, изопренпроизводные, оскалат кальция (конечный продукт захоронения ненужных или вредных клетке веществ).

Медицинское значение экскреторных веществ – крахмал, глюкоза, сахароза, клетчатка. Танниды или дубильные вещества, полифенольные соединения – основа для получения ряда лекарственных средств + пектиновые. Некоторые ядовиты – алкалоиды некоторые гликозиды, полипептиды (у поганки).

Включения: в амилопластах (вид лейкопластов) – крахмальные зерна; липидные капли; белки в алейроновых зернах (сложное, если есть кристаллоиды и глобоиды); оскалат и карбонат кальция в виде: стилоидов (палочковидные кристаллы), рафиды (игольчатые кристаллы); кристаллический песок (множество мелких кристаллов); друзы (сростки кристаллов); цистолиты – гроздевидные образования, чаще из кремнезема или карбоната кальция.

4-6)Цитоплазма – часть протопласта, заключенная между плазмолеммой и ядром. Ее основу составляет матрикс или гиалоплазма – сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из гидрозоля в гель. Ее функция состоит в объединении всех клеточных структур и обеспечении взаимосвязи между ними.

В ней имеются небольшие тельца – ограноиды (органеллы), выполняющие специальные функции.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС).

Она бывает гладкой (в клетках секретирующих липиды) и шероховатой (в клетках секретирующих белки, имеет мешочки с рибосомами. Функция: коммуникационная система клетки, транспортировка, образование клеточных мембран, цистерны диктиосом. ЭПС соседних клеток соединяются между собой цитоплазматическими тяжами – плазмодесмами.

Рибосомы – в цитоплазме, ядре, митохондриях и пластидах, мельчайшие гранулы. Безмембранные частицы, образованные РНК и молекулами белка. Располагаются по одиночке или группами (полисомами), связанные нитевидной молекулой РНК. Состоят из двух неравных субъединиц, объединенный ионами Mg. Полисомы – центр синтеза белка, сами образуются в ядре.

Комплекс Гольджи (участвует в формировании вакуоли) – состоит из диктиосом (стопка, несоприкасающихся, дисковидных цистерн, ограниченных мембранами) – синтез полисахаридов и пузырьков Гольджи (отчленяются от краев пластинок и направляются в плазмалемму или вакуоль) – транспорт образовавшихся полисахаридов.

Лизосомы – мелкие пузырьки, окруженные мембраной. Образуются в комплексе Гольджи или в ЭПС. Осуществляют внутриклеточное пищеварение, лизируют стареющие органоиды.

Сферосомы – мелкие тельца, первоначально окруженные мембраной и содержащие специфические ферменты. Накапливают жир. Представляют собой каплю жира, окруженную мембраной или белковой оболочкой.

Микротельца – мелкие сферические или эллипсоидальные органоиды, окруженные одной мембраной:

Глиоксисомы – содержат ферменты необходимые для превращения жиров в углеводы, что необходимо во время прорастания семян.

Пероксисомы – автономны, функции зависят от типа клетки, фотодыхание и метаболизм гликолевой кислоты.

Парамуральные тельца – первоначально это впячивание плазмалеммы в вакуоль, потом могут внедряться в цитоплазму или оставаться в вакуоли. Принимают участие в построении клеточной стенки, взаимодействие между ней и цитоплазмой.

Плазмиды – кольцевые двуцепочные молекулы ДНК, существуют в автономном, не связанном с хромосомами состоянии. Внехромосомный фактор наследственности, что используются в генной инженерии.

Митохондрии и пластиды – автономные, двумембранные органоиды, существует мнение, что это видоизмененные мелкие прокариотические организмы, нашедшие убежище в клетках-хозяевах. Имеют свою ДНК. Последовательность РНК рибосом их резко отличается от последовательности РНК, кодируемых в ядре. Поэтому способны синтезировать собственные ДНК.

Митохондрии – эллиптические зерна, состоящие из двух мембран, внутренняя образует листовидные выросты – кристы. Пространство между ними заполнено матриксом митохондрии, в котором есть рибосомы и ДНК (кольцевая). Образуются путем самостоятельного деления. Функция – обеспечение энергетических потребностей клетки в процессе дыхания (синтез АТФ из АДФ). Энергия запасается в результате окисления в митохондриях различных энергетически богатых веществ.

Пластиды – относительно крупные образования клетки: хлоропласты (линзовидные) – в зеленых органах растений и зародыша, лейкопласты – в клетках органов, скрытых от солнечного света (корень, корневище, клубни, ситовидные элементы) и хромопласты – в клетках лепестков, зрелых окрашенных плодах, иногда в корнеплодах (различной формы).

Строение хлоропласта: имеют двумембранную оболочку, матрикс или строму – содержимое. Внутренняя мембрана имеет выросты. Все вместе образует сложную систему мембранных поверхнастей, отграничивающих плоские мешки – тилакоиды или ламеллы, которые образуют стопки или граны. В мембранах ламелл содержится хлорофилл и каротиноиды. Содержит первичный крахмал. Внутреннее строение хромопласта и лейкопласта проще, так как граны в них отсутствуют.

Функция хлоропласта– фотосинтез. Фотосинтез на свету осуществляется в гранах (стопки мембран), темновая фаза в талакоидах (мешках). Синтез АТФ, синтез и гидролиз липидов, ассимиляционного крахмала и белков, откладывающихся в строме.

Функция хромопласта – синтез и накопление запасных питательных веществ – крахмала, иногда белков, редко жиров. На их основе формируются зерна вторичного запасного крахмала. На свету могут превращаться в хлоропласты.

Хромопласты – конечный этап развития пластид, стареющие лейкопласты и хлоропласты. Содержат каротиноиды, определяют окраску цветов, плодов, осенних листьев.

7-8)Ядро – центр хранения и воспроизведения генетической информации, управление обменом веществ и почти всех процессов происходящих в клетке. Может отсутствовать лишь в зрелых члениках ситовидных трубок флоэмы. Шаровидной или эллипсоидной формы, в молодых клетках занимает центральное положение, в зрелых на периферии, так как его оттесняет растущая вакуоль.

Строение ядра: двумембранная ядерная оболочка (кариолемма), пронизанная порами. Наружная соединяется с ЭПС. Содержимое ядра – кариоплазма или ядерный сок, в который погружен хроматин (плотное вещество ядра, которое хорошо окрашивается) и ядрышки (не имеют мембраны, состоят из белка и РНК, функция – синтез РНК рибосомной и формирование предшественников рибосом - субъединиц), а также рибосомы. В процессе деления хроматин уплотняется, собираясь в хромосомы.

Хромосомы – органоиды делящегося ядра, являющиеся носителями генов. Основу ее составляет непрерывная двуцепочная молекула ДНК, связанная в основном с особыми белками (гистонами) в нуклеопротеид. Образованы двумя сложенными по длине одинаковыми нитями ДНК – хроматидами. В середине имеет перетяжку, соединяющую хроматиды – центромеру. Каждая пара хромосом представлена двумя гомологичными хромосомами, происходящими одна от материнского, другая от отцовского организмов (двойной набор). Половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом.

Кариотип – совокупность признаков хромосомного набора (число, размер, форма), характерная для того или иного вида. Изменение хромосомного набора происходит только в процессе геномных и хромосомных мутаций. Полиплоидия (используется в селекции) – наследственное кратное увеличение числа наборов хромосом. Анеуплоидия – некратное изменение хромосомного набора (на 1, 2 или несколько хромосом).

Типы хромосом: метацентрическая – перетяжка находится у края, субметацентрическая – перетяжка ближе к центру, акроцентрическая – перетяжка по центру.

Цитологические основы наследственности:

Хромосомы являются носителями генов и представляют  собой материальную основу наследственности. Расщепление признаков в потомстве обеспечивается  свободной перекомбинацией хромосом, полученных от отца и матери, в мейозе.

9) Нуклеи́новая кисло́та (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

Место локализации: ядро, митохондрии, пластиды + РНК еще и в рибосомах и цитоплазме.

Строение молекулы: полинуклеотид, который состоит из нуклеотида. Нуклеотиды бывают: адениновый, гуаниновый, цитозиновый + у ДНК тиминовый, у РНК урациловый. Состав нуклеотида: углевод РНК – рибоза, ДНК – дезоксирибоза; азотистое основание; остаток фосфорной кислоты. 2 цепи у ДНК, 1 у РНК.

Особые свойства: ДНК – репликация = редупликация = самоудвоение, хранит информацию, одного вида.

РНК бывает трех видов: информационная, списывает информацию с ДНК в процессе транскрипции; транспортная, в виде листка клевера, из 70-80 нуклеотидов, переносит аминокислоты; рибосомная, находится в рибосоме, образует белок, самая крупная и тяжелая молекула.

10) Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую роль играют процессы диффузии и осмоса. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила - сила, с которой клетка<всасывает воду>. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора (рис. 10, А). Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки - происходит плазмолиз.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым (рис. 10, Б).

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 10, В).

Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого

Гомеостаз — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

11) Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов хлорофилл.

Световая фаза: идет на внутренней мембране хлоропластов, задействовамно много ферментов, много этапов. Суть: луч света (квант) падает на молекулу хлорофилла, выбивает электрон, молекула окисляется. Чтобы восстановиться хлорофилл забирает электрон у воды (фотолиз воды). Основные продукты: атомарный водород, молекулярный кислород, АТФ.

Темновая фаза: свет не обязателен, идет в жидкой массе хлоропласта, много этапов и ферментов, поглощается СО2, взаимодействует с атомарным Н, на процессы расходуется энергия АТФ, в результате образуется углевод.

Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие). Происходит на внутренних мембранах митохондрий, под действием ферментов, кислорода, окисляющего глюкозу по ПВК, а она уже до СО2 и Н2О, выделяется при этом энергия.

12)Амитоз – прямое деление ядра и клетки, без предшествующих изменений структуры органелл и ядра, не формируется нить веретена деления. Генетический материал распределяется неравномерно между дочерними. Таким способом делятся старые или больные клетки, раковые, клетки слизи и кожных покровов.

Митоз – непрямое деление клетки. Проходит одно деление, из одной образуется 2 точные копии материнской, сохраняется точный набор хромосом (2n), происходит у соматических клеток.

Сам процесс:

Интерфаза (подготовка к делению) – удвоение ДНК, синтез белков, жиров, углеводов, всех видов РНК, АТФ, ферментов и увеличение количества органоидов.

Деление:

1. Профаза – ДНК спирализуется, хромосомы становятся короче, толще, видны в микроскоп, ядрышки исчезают, ядерная мембрана, хромосомы оказываются в цитоплазме, центриоли клеточного центра расходятся к разным полюсам, между ними возникают нити веретена деления.

2. Метафаза – хромосомы располагаются по экватору клетки, нити веретена прикрепляются к центромерам = перетяжкам хромосом.

3. Анафаза – нити веретена сокращаются и растаскивают хроматиды = половинки хромосом к разным полюсам

4. Телофаза – ДНК раскручивается, хромосомы становятся тоньше, не видны в микроскоп, ядрышки восстанавливаются, оболочки ядра, хромосомы оказываются внутри него, исчезают нити веретена деления, содержимое клетки делится надвое (цитокинез – между дочерними клетками образуется срединная пластинка, состоящая из пектиновых веществ, на которую наслаиваются клеточные оболочки, клетки обосабливаются).

Вторая половина хромосом достраивается уже в интерфазном ядре.

Эухроматин – слабый, с ним работает клетка.

Гетерохроматин – сильный, неактивный.

Клеточный цикл:

1)персинтетический – синтез белка, ферментов

2)синтетический – удвоение ДНК

3)постсинтетический – накопление энергии

13)Мейоз – способ деления половых клеток, проходящий а два этапа, образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом.

Сам процесс:

Интерфаза.

I Деление (редукционное):

1) Профаза 1

• Лептонема – стадия тонких нитей

• Зигонема – стадия конъюгации (т.е. образуются двойные гомологичные хромосомы М + Ж)

• Пахинема – стадия толстых нитей

• Диплонема – стадия двойных нитей, происходит кроссинговер – перекрест хроматид, обмен гомологическими участками (обеспечивается генетическое разнообразие), далее происходит отталкивание хромосом

• Диакинез – максимально укорачиваются, гомологичные хромосомы соединены лишь в одной точке, поэтому V – образная форма.

2) Метафаза 1

3) Анафаза 1 – расходятся целые хромосомы

4) Телофаза 1

II Деление (эквационное) – как митоз.

Гистология.

1)Ткани – системы клеток, структурно и функционально сходные друг с другом и обычно имеющие общее происхождение.

Ткани делят на ПРОСТЫЕ и СЛОЖНЫЕ. Простыми называют ткани, состоящие из клеток более или менее одинаковых по форме и функциям. Сложные ткани состоят из клеток, разных по форме и функциям, но тесно взаимосвязанных в своих жизненных направлениях. Пример первых – столбчатая хлоренхима, губчатая хлоренхима, колленхима и др., вторых – ксилема, флоэма и др.

Ткани, делятся на образовательные (меристемы) и постоянные. Образовательными называются специализированные ткани, клетки которых сохраняют длительную способность к делению, обеспечивая рост растения и отдельных его органов. С учетом положения в теле растения их делят на верхушечные апикальные (находится на апексах корня и побега), вставочные интеркалярные (свойственны побегу – стеблю и листьям) и боковые латеральные (представлены главным образом в осевых органах – в корне и стебле голосеменных и двухдольных покрытосемянных).

Постоянными называют ткани, клетки которых утратили способность к делению (полностью или сохраняют её потенциально) и специализируются на выполнениях других функций: защитной, запасающей, механической, проводящей и т.д. С учетом происхождения, преобладающей функции и положения в теле растения постоянные ткани, в свою очередь, делят на покровные, основные, проводящие.

С учетом происхождения и времени появления в процессе морфогенеза и органа ткани (и образовательные, и постоянные) называют первичными или вторичными. Первичные меристемы ведут свое начало от первой клетки нового организма – зиготы, который свойственна способность к делению.

Первичные меристемы первыми формируются при заложении нового организма и обеспечивают его первичный рост. Это – верхушечные и вставочные меристемы.

Вторичными называют меристемы, которые формируются в вегетативных органах позднее первичных и обеспечивают их вторичный рост. Это боковые меристемы- камбий и феллоген (пробковый камбий).

Те постоянные ткани, клетки которых дифференцируются из производных клеток первичной меристемы, называют ПЕРВИЧНЫМИ. К ним относят ткани: первичные покровные, первично проводящие и основные. Постоянные ткни, начало которым дали производные клетки вторичной меристемы, называют вторичными. К ним относят вторичную покровную ткань, вторичные проводящие ткани.