Клітинна оболонка – типовий компонент рослинної клітини, що є продуктом життєдіяльності протопласту.
Функції:
1. Міцні та жорсткі клітинні оболонки, служать механічною опорою для органів рослини.
2. Оболонка обмежує розтяг протопласту вакуоллю, а розмір і форма зрілої клітини перестають змінюватися.
3. У зовнішніх тканинах клітинні оболонки, захищають клітини, що лежать глибше від висихання.
4. По клітинних стінках, що примикають один до одного, можуть пересуватися різні речовини та вода від клітини до клітини (шлях через апопласт).
5. Вони впливають на поглинання, транспірацію та секрецію.
Клітинні стінки, як правило, безбарвні та легко пропускають сонячне світло. Стінки сусідніх клітин скріплені пектиновою. серединною платівкою. Середня платівка - єдиний шар, загальний для двох сусідніх клітин. Вона є дещо видозміненою клітинною платівкою, що виникла в процесі цитокінезу. Серединна платівка менш обводнена, в ній можуть бути молекули лігніну. Кути клітинних стінок в результаті внутрішньоклітинного тиску можуть округлятися і між сусідніми клітинами утворюються міжклітинники. Всі стінки клітин рослини, пов'язані одна з одною і примикають до заповнених водою міжклітин, забезпечують існування суцільного обводненого середовища, в якому вільно пересуваються водорозчинні речовини.
Будова та хімічний склад.
Первинна клітинна стінка.
Спочатку назовні від плазмалеми виникає первинна клітинна стінка.
Склад:целюлоза, геміцелюлоза, пектин та вода.
Первинні клітинні стінки сусідніх клітин з'єднані протопектинової серединної платівкою. У клітинній стінці лінійні дуже довгі (кілька мікрон) молекули целюлози, що складаються з глюкози, зібрані в пучки - міцели, які, у свою чергу, об'єднуються в мікрофібрили - найтонші (1,5 ... 4 нм) волоконця невизначеної довжини, а потім макрофібрили . Целюлоза утворює багатовимірний каркас, занурений в аморфний сильно обводнений матрикс з нецелюлозних вуглеводів: пектинів, геміцелюлоз та ін. Саме целюлоза забезпечує міцність клітинної стінки. Мікрофібрили еластичні і за міцністю на розрив схожі зі сталлю. Полісахариди матриксу визначають такі властивості стінки, як висока проникність для води, розчинених дрібних молекул та іонів, сильна набухання. Завдяки матриксу по стінках, що примикають один до одного, можуть пересуватися вода і речовини від клітини до клітини (шлях через апопласт «вільним простором»). Деякі геміцелюлози можуть відкладатися у стінках клітин насіння як запасні речовини.
Зростання стіни.
При розподілі клітин створюється наново лише клітинна платівка. На неї обидві дочірні клітини відкладають власні стінки, які здебільшого складаються з геміцелюлози. При цьому утворення стінки відбувається і на внутрішній поверхні інших стінок, що належать материнській клітині. Клітинна пластинка перетворюється на серединну, вона зазвичай тонка і майже невиразна. Після поділу клітина вступає у фазу розтягування за рахунок поглинання клітиною води та зростання центральної вакуолі. Тургорний тиск розтягує стіну, в яку впроваджуються міцели целюлози та речовини матриксу. Такий спосіб зростання має назву інтуссусцепції, Впровадження. Оболонки клітин, що діляться і ростуть, називають первинними. Вони містять води до 90 %, у сухій речовині переважають полісахариди матриксу: у дводольних пектини та геміцелюлози в рівному співвідношенні, у однодольних – переважно геміцелюлози; вміст целюлози вбирається у 30 %. Товщина первинної стінки трохи більше 0,1…0,5 мкм.
До моменту, коли зростання клітини закінчується, зростання клітинної стінки може продовжуватися, але вже завтовшки. Цей процес зветься вторинного потовщення. При цьому на внутрішній поверхні первинної клітинної стінки відкладається вторинна клітинна стінка. Зростання вторинної клітинної стінки відбувається в результаті апозиції, накладання нових міцел целюлози на внутрішню поверхню клітинної стінки. Таким чином, наймолодші шари клітинної стінки найближче до плазмалеми.
Для деяких типів клітин (багато волокон, трахеїдів, члеників судин) утворення вторинної стінки – основна функція протопласту, після завершення вторинного потовщення він відмирає. Однак, це не обов'язково. Вторинна стінка виконує переважно механічні, опорні функції. У її складі значно менше води та переважають мікрофібрили целюлози (40…50 % сухої речовини). У вторинних стінках волокон льону та волосків бавовнику вміст целюлози може досягати 95%.
Механізм побудови клітинної стінки. Клітинна стінка утворюється внаслідок діяльності протопласту. Відповідно до цього речовини надходять у стінку зсередини, з боку протопласту. Будівельні матеріали – молекули целюлози пектину, лігніну та інших речовин – накопичуються та частково синтезуються у цистернах апарату Гольджі. Запаковані у бульбашки апарату Гольджі, вони транспортуються до плазмалеми. Розірвавши її, бульбашка лопається, і вміст його виявляється зовні плазмалеми. Мембрана бульбашки відновлює цілісність плазмалеми. Завдяки ферментної активності плазмалеми йде складання фібрил целюлози будова клітинної стінки. Фібрили, що утворюються плазмалемою, накладаються зсередини, не переплітаючись. У їх орієнтації велика роль належить мікротрубочкам, що розташовуються під плазмалемою паралельно фібрилам, що формуються.
2. Пори. Видозміни клітинної стінки.
Пори. При утворенні первинної клітинної стінки у ній виділяються тонші ділянки, де фібрили целюлози лежать рихліше. Канальці ендоплазматичного ланцюга проходять тут через клітинні стінки, з'єднуючи сусідні клітини. Ці ділянки називаються первинними поровими полями , а канальці ендоплазматичної мережі, що проходять у них, - плазмодесмами .
Зростання в товщину відбувається у клітинної стінки нерівномірно, непотовщені залишаються невеликі ділянки первинної клітинної стінки в місцях розташування первинних порових полів (порових каналів). Порові канали двох сусідніх клітин розташовуються зазвичай один проти одного і поділяються плівкою, що замикає, пори - двома первинними клітинними стінками з міжклітинною речовиною між ними. У плівці зберігаються субмікроскопічні отвори, якими проходять плазмодесми. Таким чином, пора - це два порових канали і плівка, що замикає, між ними.
Плазмодесми пронизують замикаючі плівки пір. У кожній клітині є від кількох сотень до десятків тисяч плазмодесм. Плазмодесми трапляються лише - у рослинних клітинах, там, де є тверді клітинні стінки. Плазмодесми утворюються з канальців ЕР, які залишаються у клітинній платівці між двома дочірніми клітинами. При відтворенні ЕР обох клітин вони виявляються з'єднаними через плазмодеми.
Плазмодесма проходить через плазмодесменний канал у замикаючій плівці пори. Плазмалемма, що вистилає канал, та гіалоплазма між нею та плазмодесмою безперервні з плазмалемами та гіалоплазмами суміжних клітин. Таким чином, протопласти сусідніх клітин пов'язані між собою каналами плазмодесм та плазмодесмами. Ними відбувається міжклітинний транспорт іонів і молекул, і навіть гормонів. Об'єднані плазмодесмами протопласти клітин у рослині утворюють єдине ціле – симпласт. Транспорт речовин через плазмодесми отримав назву симпластичного на відміну від апопластичного транспорту по клітинних стінках та міжклітинниках.
У процесі життєдіяльності клітини целюлозна клітинна стінка може зазнавати змін.
Вивчено слабо. Вважається, що целюлозні мікрофібрили синтезуються на поверхні клітини за допомогою ферментного комплексу, пов'язаного з плазматичною мембраною, а орієнтація мікрофібрил контролюється мікротрубочками, розташованими у внутрішній поверхні плазматичної мембрани. Пектини, геміцелюлози та глікопротеїди, ймовірно, утворюються в комплексі Гольджі і переносяться до стінки у бульбашках, що відокремлюються від диктіосом.
У стінках сусідніх клітин, як правило, одна проти іншої, утворюються пори.
Вони найчастіше закладаються там, де є первинні порові поля. Порами називають отвори у вторинній оболонці, де клітини поділяють лише первинна оболонка та серединна платівка (рис. 22). Ділянки первинної оболонки і серединну пластинку, що розділяють сусідні пори суміжних клітин, називають порової мембраною, або плівкою замикаючої пори. Плівку, що замикає, пори пронизують плазмодесменные канальці, але наскрізного отвору в порах зазвичай не утворюється.
Вміст сусідніх клітин пов'язаний один з одним через спеціальні цитоплазматичні тяжі-плазмодесми. Плазмодесми розташовуються в плазмодесменних канальцях порової мембрани. За допомогою плазмодесм здійснюється передача подразнень та активне пересування деяких речовин від клітини до клітини.
Зрілих клітин зазвичай багатошарові, в шарах фібрили целюлози орієнтовані по-різному, і кількість їх також може значно коливатися. Зазвичай описують первинні, вторинні та третинні клітинні оболонки. При розподілі клітин рослин після розбіжності хромосом в екваторіальній площині клітин утворюється скупчення дрібних мембранних бульбашок, які в центральній частині клітин починають зливатися один з одним. Цей процес злиття дрібних вакуолей походить від центру клітини до периферії і продовжується доти, поки мембранні бульбашки не зіллються між собою та з плазматичною мембраною бічної поверхні клітини. Так утворюється клітинна платівка. У центральній частині її розташовується аморфна речовина матриксу, яка наповнювала бульбашки, що зливаються. Доведено, що первинні вакуолі походять від мембран апарату Гольджи. По периферії клітинної платівки при спостереженні її в поляризованому світлі виявляється помітне подвійне променезаломлення, викликане тим, що в цьому місці розташовуються орієнтовані целюлози фібрили. Таким чином, клітинна пластинка, що росте, складається вже з трьох шарів: центральний - серединна пластинка, що складається тільки з аморфного матриксу, і два периферичних - первинна оболонка, що містить геміцелюлозу і целюлозні фібрили. Якщо серединна платівка - це продукт активності ще вихідної клітини, то первинна оболонка утворюється за рахунок виділення геміцелюлози та фібрил целюлози вже двома новими клітинними тілами. І все подальше збільшення товщини клітинної (вірніше, міжклітинної) стінки відбуватиметься за рахунок активності двох дочірніх клітин, які з протилежних сторін виділятимуть речовини клітинної оболонки, що товщає шляхом підшаровування нових і нових пластів. Так само як і з самого початку, виділення речовин матриксу відбувається за рахунок підходу до плазматичної мембрани бульбашок апарату Гольджі, злиття їх із мембраною та вивільнення їхнього вмісту за межі цитоплазми. Тут поза клітини на її плазматичної мембрані йде синтез і полімеризація целюлозних фібрил. Так поступово утворюється вториннаклітинна оболонка. З достатньою точністю визначити та зуміти відрізнити первинну оболонку від вторинної важко, оскільки вони з'єднані між собою кількома проміжними шарами. Основну масу клітинної стінки, що закінчила своє формування, становить вторинна оболонка. Вона надає клітині її остаточної форми. Після поділу клітини на дві дочірніх відбувається зростання нових клітин, збільшення їх обсягу та зміна форми; клітини часто витягуються у довжину. Одночасно з цим йде нарощування товщини клітинної оболонки та перебудова її внутрішньої структури. При утворенні первинної клітинної оболонки в її складі ще мало целюлозних фібрил, і вони розташовуються більш менш перпендикулярно майбутньої поздовжньої осі клітини, пізніше в період розтягування (подовження клітини за рахунок росту вакуолей в цитоплазмі) орієнтація цих поперечно-спрямованих фібрил піддається починають розміщуватися під прямим кутом один до одного і в кінцевому рахунку виявляються витягнутими більш менш паралельно поздовжньої осі клітини. Постійно йде процес: у старих шарах (ближче до центру оболонки) фібрили піддаються пасивним зрушенням, а відкладення нових фібрил у внутрішніх шарах (найближчих до мембрани клітини) продовжується відповідно до вихідного плану конструкції оболонки. Цей процес створює можливість ковзання фібрил щодо один одного, а перебудова арматури клітинної оболонки можлива через драглистого стану компонентів її матриксу. Надалі при заміщенні в матриксі геміцелюлози на лігнін рухливість фібрил різко знижується, оболонка стає щільною, відбувається одревення. Часто під вторинною оболонкою виявляють третинну оболонку, яку можна розглядати як засохлий залишок шару, що дегенерував, власне цитоплазми. Слід зазначити, що при розподілі клітин рослин формуванню первинної оболонки не завжди передує утворення клітинної пластинки.
42. Будова та властивості клітинних стінок рослинних клітин та бактерій
Клітинна стінка рослин формується за участю плазматичної мембрани і є екстраклітинним (позаклітинним) багатошаровим утворенням, що захищає поверхню клітини, що служить зовнішнім скелетом рослинної клітини. Клітинна стінка складається з двох компонентів: аморфного пластичного гелеподібного матриксу (основи) з високим вмістом води та опорної фібрилярної системи. Часто для надання властивостей жорсткості, незмочування та ін. До складу оболонок входять додаткові полімерні речовини та солі. У хімічному відношенні основні компоненти оболонок рослин відносяться до структурних полісахаридів. До складу матриксу оболонок входять полісахариди, що розчиняються в концентрованих лугах, геміцелюлозита пектинові речовини. Геміцелюлози являють собою полімерні ланцюги, що складаються з різних гексоз (глюкоза, манноза, галактоза та ін), пентоз (ксилоза, арабіноза) та уронових кислот (глюкуронова та галактуронова кислоти). Ці компоненти геміцелюлоз поєднуються між собою в різних кількісних відносинах і утворюють різноманітні комбінації. Ланцюги геміцелюлозних молекул не кристалізуються і не утворюють елементарних фібрил. Через наявність полярних груп уронових кислот вони сильно гідратовані. Пектинові речовини – це полімери метил-D-глюкуронату. Матрикс є м'якою пластичною масою, укріпленою фібрилами. Волокнисті компоненти клітинних оболонок складаються зазвичай з целюлози, лінійного полімеру глюкози, що не гілкується. Молекулярна вага целюлози варіює від 5*104 до 5*105, що відповідає 300 – 3000 залишкам глюкози. Такі лінійні молекули целюлози можуть з'єднуватися в пучки або волокна. У клітинній оболонці целюлоза утворює фібрили, які складаються з субмікроскопічних мікрофібрил товщиною до 25 нм, які в свою чергу складаються з безлічі ланцюгів молекул целюлози, що паралельно лежать. Кількісні співвідношення целюлози до речовин матриксу (геміцелюлози) можуть бути дуже різними у різних об'єктів. Понад 60% сухої ваги первинних оболонок складає їх матрикс і близько 30% посідає скелетну речовину – целюлозу. У сирих клітинних оболонках майже вся вода пов'язана з геміцелюлозами, тому вага основної речовини в набряклому стані досягає 80% сирої ваги всієї оболонки, тоді як вміст волокнистих речовин зводиться всього до 12%. У випадку іншого прикладу, волоски бавовнику, целюлозний компонент становить 90%, в деревині целюлоза становить 50% від компонентів клітинної стінки. Крім целюлози, геміцелюлози та пектинів до складу клітинних оболонок входять додаткові компоненти, що надають їм особливих властивостей. Так, інкрустація (включення всередину) оболонок лігніном (полімер коніферилового спирту) призводить до здеревнення клітинних стінок, підвищення їх міцності. Лігнін заміщає в таких оболонках пластичні речовини матриксу і відіграє роль основної речовини, що має високу міцність. Часто матрикс буває укріплений мінеральними речовинами (SiO2, СаСО3 та ін.). На поверхнях клітинної оболонки можуть накопичуватися різні адкрустуючі речовини, наприклад, кутин і суберин, що призводять до пробкування клітин. У клітинах епідермісу на поверхні клітинних оболонок відкладається віск, який утворює водонепроникний шар, що перешкоджає втраті клітиною води.
44. Скелетно-руховий апарат клітки.
У клітині багато руху: рухаються хромосоми до полюсів клітини під час мітозу, переміщаються вакуолі клітинних органел, рухається поверхня клітин. Крім того, у клітинах рослин та тварин спостерігаються струми цитоплазми (наприклад, у рослинних клітинах або в амеби). Більш того, окремі клітини (вільноживучі одноклітинні організми або специфічні типи клітин у багатоклітинних тваринних організмах) мають здатність активно переміщатися, повзати. Деякі клітини мають спеціалізовані структури, вії та джгутики, які дозволяють їм або самим переміщатися, або переміщати навколишню рідину. Нарешті, у багатоклітинних тварин організмів є спеціалізовані клітини, м'язова робота яких дозволяє виробляти різні рухи органів, окремих частин і всього організму. Було знайдено, що в основі всіх цих численних рухових реакцій лежать загальні молекулярні механізми. Крім того, було показано, що наявність будь-яких рухових апаратів має поєднуватися та структурно зв'язуватися із існуванням опорних, каркасних або скелетних внутрішньоклітинних утворень. Тому можна говорити (описувати та вивчати) про опорно-рухову систему клітин. До власне рухових компонентів клітин відносяться різні мікрофіламенти та білки, асоційовані з мікротрубочками. До опорних або скелетних внутрішньоклітинних структур відносять мікрофібрили та мікротрубочки.
Див. квитки 45-55.
51. Проміжні філаменти.
Проміжні філаменти або мікрофібрили мають товщину близько 10нм, тому їх ще називають 10-нм (або 100 А0) філаментами. Вони зазвичай зібрані в пучки, що розташовуються головним чином периферії клітини, але виявлені також і в центральних ділянках клітини навколо ядра (ендоплазма). За хімічною природою – це строкатий клас білків. Так, в епітеліальних клітинах 10-нм філаменти представлені білками кератанами (тонофіламенти) з мол. вагою 42 – 70 тис., у мезенхімальних клітинах (клітини сполучної тканини, у тому числі фібробласти) – віментином (мол. вага 52 тис.), у м'язових – десміном (мол. Z-дисків; у нервових клітинах – це білки нейрофібрил (мол. вага 210, 160, 68 тис.). Описані також проміжні гліальні філаменти. Ці білки можуть кополімеризуватися. Так, проміжні філаменти фібробластів містять віментін та десмін, епітеліальні – кератин та віментин. Знайдено, що в одному типі клітин можуть співіснувати два роди проміжні філаменти. Наприклад, в деяких клітинах культури тканини може існувати віментинова мережа навколо ядра і одночасно кератинові філаменти, що розташовані на стороні, що примикає до підкладки.
Інгібітори полімеризації цих білків не відомі, що ускладнює з'ясування їхньої функціональної ролі. Вважається, що проміжні філаменти несуть головним чином механічну, скелетну функцію, будучи каркасними утвореннями всередині клітин. Це уявлення підтверджується тим, що у багатьох клітинах епітелію, особливо покривного, проміжні філаменти утворюють товсті пучки тонофібрил (або тонофіламентів). Тонофібрили надають таким клітинам велику пружність та жорсткість. Вони зв'язуються з численними десмосомами на поверхні плазматичної мембрани і, дійсно, є каркасними структурами, що забезпечують механічну міцність клітин, що постійно піддаються великим навантаженням, що деформують. Система проміжних філаментів так само динамічно рухлива, як і мікрофіламенти та мікротрубочки. Так, при розпластуванні фібробластів на склі вони спочатку зібрані в зоні навколоядерної, але потім швидко виявляються на периферії клітин. При дії на клітини колхіцину, що викликає зникнення мікротрубочок, проміжні фібрили збираються в товсті пасма, що кільцем оточують ядро клітини. Кільце або кошики з 30-нм філаментів часто спостерігаються й у нормальних умовах. При розподілі клітин воно розпадається на дві підковоподібні структури, які у дочірніх клітинах знову оточують ядро. Ці спостереження наводять на думку, що проміжні філаменти якимось чином беруть участь у заякорюванні ядра обсягом цитоплазми.
55. Будова джгутиків бактерій
Основна форма руху бактерій – за допомогою джгутика. Джгутики бактерій принципово відмінні від джгутиків і вій еукаріотичних клітин. За кількістю джгутиків їх ділять на: монотрихи – з одним джгутиком, політрихи – з пучком джгутиків, перитрихи – з безліччю джгутиків у різних ділянках поверхні. Джгутики бактерій мають дуже складну будову; вони складаються з трьох основних частин: зовнішня довга хвиляста нитка (власне джгутик), гачок, базальне тільце. Жгутикова нитка збудована з білка-флагелліну. Його молекулярна вага коливається залежно від виду бактерій (40 – 60 тис.). Глобулярні субодиниці флагеліну полімеризуються в спірально закручені нитки так, що утворюється трубчаста структура (не плутати з мікротрубочками еукаріотів!) з діаметром 12 – 25 нм, порожниста зсередини. Флагелліни не здатні до руху. Вони можуть спонтанно полімеризуватися в нитки з постійним кроком хвилі, характерним для кожного виду. У живих бактеріальних клітинах наростання джгутиків відбувається з їхньої дистальному кінці; ймовірно, транспорт флагелінів відбувається через порожню середину джгутика. Поблизу клітинної поверхні джгутикова нитка, флагела, переходить до ширшої ділянки, так званого гачка. Він має довжину близько 45 нм та складається з іншого білка. Бактеріальне базальне тільце немає нічого спільного з базальним тільцем еукаріотичної клітини. Воно складається із стрижня, пов'язаного з гачком, та чотирьох кілець. Два верхні кільця, що є у грамнегативних бактерій, локалізовані в клітинній стінці: одне кільце занурене в ліпополісахаридну мембрану, друге – у муреїновий (пептидоглікановий) шар. Два інші кільця локалізовані у плазматичній мембрані клітини. У базальних тільцях грампозитивних бактерій є лише два нижні кільця, пов'язані з плазматичною мембраною. Відокремлюючи джгутикову нитку механічним шляхом і викликаючи потім лізис бактеріальних клітин, вдалося виділити гачки та бактеріальні базальні тільця. Це білкова структура, в яку входить близько 12 різних білків. Закріплюючи джгутики бактерій за допомогою антитіл на підкладці, дослідники спостерігали за обертанням бактерії. Отже, механізм руху джгутиків полягає у обертанні бактеріального базального тільця навколо своєї осі. При цьому флагелярна нитка описує конусоподібну фігуру. Було показано, що численні мутації по флагеллінам (зміна вигину нитки, «кучерявість» та ін) не позначаються на здатності клітин до руху. Мутації по білках базального компонента часто призводять до втрати руху. Рух бактеріальних джгутиків залежить від АТФ, а здійснюється завдяки різниці потенціалів лежить на поверхні плазматичної мембрани. Інша форма руху, яка зустрічається у ціанобактерій (синьо-зелені водорості) та у деяких грампозитивних бактерій, – ковзання їх по субстрату. Його механізм залишається незрозумілим, у цих бактерій досі не знайдено жодних спеціальних органел руху.
Для з'ясування локалізації місць синтезу біополімерів, для визначення шляхів перенесення речовин у клітині, для спостереження за міграцією або св-ми окремих клітин широко використовують метод авторадіографії- Реєстрації речовин, мічених ізотопами. При авторадіографічному дослідженні клітин у середу вводяться мономер однієї макромолекулярної сполуки (напр., амінокислота або нуклеотид), один з атомів якого заміщений радіоактивним ізотопом. Напр., замість 12С введений атом 14С, замість водню – тритій 3Н та ін. У процесі синтезу біополімер включиться і мічена молекула мономеру. Реєструвати її присутність у клітині можна фотоемульсією. Якщо клітини в пласті або на зрізі покрити фотоемульсією, то через деякий час в результаті розпаду ізотопу В-частинки, що хаотично розлітаються в різних напрямках, потраплять в зону чутливого фотошару і активують в ньому зерна бромистого срібла. Чим більшим буде час експозиції, тобто контакту такої міченої клітини з фотоемульсією, тим більше зерен AgBr буде засвічено. Після експозиції треба виявити препарат, при цьому відбувається відновлення срібла тільки в засвічених гранулах, при фіксації незасвічені гранули AgBr розчиняються. В результаті з маси гранул, які покривали об'єкт, залишаться ті, що були активовані В-випромінюванням. Переглядаючи в мікроскоп такі препарати, поверх яких нанесений шар фотоемульсії, дослідник знаходить місця локалізації зерен срібла, які розташовані навпроти місць, де міститься мічена речовина.
Цей метод має обмеження: точність залежатиме від величини зерна AgBr і енергії частки. Чим більша величина заряду, тим з меншою точністю можна дізнатися місце розташування ізотопу. І чим вища енергія частинки та довша її пробіг, тим далі від місця розпаду відбуватиметься активація зерен AgBr. Тому для методу авторадіографії використовують спеціальні дрібнозернисті фотоемульсії (0,2-0,3 мкм) та ізотопи з малою енергією В-часток, головним чином ізотоп водню, тритій 3Н. Тритієм можуть бути мічені будь-які мономери біологічних макромолекул: нуклеотиди, амінокислоти, цукру, жирні кислоти. Використовуються також для авторадіографічних досліджень мічені гормони, антибіотики, інгібітори та ін. Авторадіографічно не можна вивчати розчинні у воді сполуки, тому що в процесі обробки клітин водними розчинами (фіксація, прояв і т. д.) вони можуть загубитися. Іншим обмеженням методу є досить висока концентрація даних речовин, тому що при низькій концентрації збільшується час експозиції, при цьому зростає небезпека появи фону засвічених гранул AgBr за рахунок космічного випромінювання.
Метод авторадіографії – один з основних методів, що дозволяють вивчати динаміку, синтетичних процесів, порівнювати інтенсивність у різних клітинах на тому самому препараті. Так, наприклад, за допомогою цього методу при використанні мічених мономерів РНК було показано, що вся РНК синтезується тільки в інтерфазному ядрі, а наявність цитоплазматичної РНК є результатом міграції синтезованих молекул з ядра.
61. Вакуолярна система
Як відомо, сама цитоплазма, відокремлена від навколишньої клітини середовища плазматичною мембраною, неоднорідна за своєю структурою. У ній крім безструктурної протоплазми, що здається, розрізняють різноманітні мембранні і немембранні компоненти. До немембранних компонентів відносяться мікротрубочки та органели побудовані з них, і, крім того, різні мікрофіламенти та мікрофібрили. Мембранні структури цитоплазми є окремими або пов'язаними один з одним відсіками, вміст яких відділений мембранами як від власне гіалоплазми, так і від плазматичної мембрани. Ці цитоплазматичні мембранні структури мають свій власний вміст, відмінний за складом, властивостями та функціями від гіалоплазми. Таким чином, мембранні елементи цитоплазми являють собою замкнуті, закриті об'ємні зони (часто вживають для їх опису термін «компартмент» – купе), розподілені закономірним чином в гіалоплазмі. Мембранні структури цитоплазми можна поділити на дві групи. Одна з них – вакуолярна система. До неї відносяться ендоплазматичний ретикулум, гранулярний і гладкий, і різні вакуолі, що виникають з цього ретикулуму (вакуолі рослинних клітин, мікротельця, сферосоми та ін.). Крім того, до цієї системи потрібно віднести вакуолярний комплекс апарату Гольджі та лізосоми. Для всіх представників вакуолярної мембранної системи характерна наявність одинарної мембрани, що обмежує. До іншої групи мембранних компонентів цитоплазми відносяться двомембранні органоїди – мітохондрії та пластиди. У цьому випадку вони мають замкнуті та незалежні, не перехідні одна в одну, зовнішні та внутрішні мембрани. Це відрізняє їх від двомембранної ядерної оболонки, де зовнішня мембрана може переходити до мембран ендоплазматичного ретикулуму цитоплазми. Незважаючи на те, що до складу вакуолярної системи входять різні в морфологічному і функціональному відношенні компоненти, вона є єдиним цілим. Окремі її елементи виконують різні функції, що ніби доповнюють і зв'язують один одного.
50. Мікротрубочки інтерфазної клітини, будова та функції.
Мікротрубочки - нитчасті структури, що не гілкуються, що складаються з білків-тубулінів і асоційованих з ними білків. Тубуліни при полімеризації утворюють порожнисті трубки. Довжина мікротрубочок може досягати декількох мкм. Найдовші мікротрубочки зустрічаються у складі аксонеми хвостів сперміїв. Мікротрубочки зустрічаються в цитоплазмі інтерфазних клітин, де вони розташовуються поодинці або невеликими пухкими пучками або у вигляді щільноупакованих мікротрубочок у складі центріолей, базальних тілець, в війках і джгутиках.
Мікротрубочки - довгі порожнисті циліндри, стінки якого складаються з полімеризованого білка тубуліна. При полімеризації молекули тубуліна утворюють 13 поздовжніх протофіламентів, які скручуються в порожнисту трубку. Діаметр глобули мономеру тубуліна дорівнює 5 нм. Що відповідає товщині мікротрубочки. Молекула тубуліна складається з 2-х субодиниць a- та b-тубулін.
Мікротрубочка має швидко зростаючі плюс-кінець і мінус-кінець, що повільно зростає. За достатньої концентрації білка полімеризація відбувається спонтанно, без витрати АТФ, але з гідролізом однієї молекули ГТФ.
Мікротрубочки є динамічними структурами, які можуть досить швидко полімеризуватися та розбиратися.
У складі виділених мікротрубочок виявляються асоційовані із нею додаткові білки, звані МАР – білки (напр. тау-білок). Ці білки стабілізують мікротрубочки, прискорюють процес полімеризації тубуліна. Ці білки мають ділянки зв'язування з неполімеризованим тубулінм та ділянки зв'язування з іншими елементами цитоскелету.
Середній час напівжиття мікротрубочок складає всього 5 хвилин.
Вії
Вія складається з оточеного в цитоплазму базального тіла та аксонеми, покритих плазматичною мембраною.
Аксонема складається з розташованих по колу 9-ти дуплетів мікротрубочок, що утворюють зовнішню стінку циліндра аксонеми, і двох центральних мікротрубочок. У дублетах мікротрубочок розрізняють А-мікротрубочку, що складається з 13 субодиниць і В-мікротрубочку, що складається з 11 субодиниць А-мікротрубочка несе на собі дві дінеїнові ручки, звернені до В-мікротрубочки сусіднього дублету. Від А-мікротрубочки до центру аксонему відходить спиця, що закінчується головкою на центральній муфті, що оточує центральні вакуолі.
Базальне тіло складається з 9 триплетів, має ручки спиці та муфту.
МІКРОТРУБОЧКИ ЦИТОПЛАЗМИ
1. скелетна
2. рухова
Полімеризація мікротрубочок (нуклеація) відбувається в ЦОМТ (зазвичай це центросома). Мікротрубочки наростають від ЦОМТ плюс-кінцями. Зрілі мікротрубочки втрачають зв'язок із клітинним центром. Мікротрубочки створюють еластичний стійкий клітинний скелет. Мікротрубочки беруть участь у процесах зростання клітин, зміцнюючи у своїй цитоплазму, перебуваючи у її периферичних шарах. Мікротрубочки відіграють важливу роль у внутрішньоклітинному транспорті, задають своїм розташуванням напрямки для переміщення різних структур. При цьому важливу роль відіграють білки кінезин та дінеїн. Кінезин при асоціації з мікротрубочкою набуває АТФ-азної активності. При гідролізі АТФ змінюється конформація молекули кінезину та генерується переміщення частинки у напрямку до + кінця (дінеїн – мінус кінець).
47. Мікрофіламенти.
Актинові мікрофіламенти зустрічаються у всіх клітинах еукаріотів. Особливо вони рясні у високоспеціалізованих м'язових волокнах у клітинах, що виконують функції скорочення м'язів. Актинові філаменти входять також до складу спеціальних клітинних компонентів, таких як мікроворсинки, стрічкові сполуки епітеліальних клітин, до складу цереоцилій чутливих клітин. Актинові мікрофіламенти утворюють пучки в цитоплазмі рухомих клітин живих і шар під плазматичною мембраною - кортикальний шар. У багатьох рослинних клітин і клітин нижчих грибів вони розташовуються в шарах цитоплазми, що рухається.
Основний білок мікрофіламентів – актин. Цей білок має молекулярну вагу близько 42 тис. і в мономерній формі має вигляд глобули (G-актин). Актинові мікрофіламенти полярні за своїми властивостями. При достатній концентрації G-актин починає мимоволі полімеризуватися. При такій спонтанній полімеризації актину на нитки мікрофіламенту, що утворилася, один з її кінців швидко зв'язується з G-актином (+ кінець мікрофіламенту) і тому росте швидше, ніж протилежний (- кінець). Якщо концентрація G - актина недостатня, то фібрили F-актину, що утворилися, починають розбиратися. У розчинах, що містять так звану критичну концентрацію G-актину, встановлюється динамічна рівновага між полімеризацією та деполімеризацією, в результаті чого довжина фібрили F-актину буде постійна. З цього випливає, що актинові мікрофіламенти є дуже динамічними структурами, які можуть виникати і рости або, навпаки, розбиратися і зникати в залежності від наявності глобулярного актину.
У живих клітинах така, начебто, нестійка фібрилярна система стабілізується масою специфічних білків, що асоціюють з F-актином. Так білок-тропоміозин, взаємодіючи з мікрофіламентами, надає їм необхідної жорсткості. Цілий ряд білків, наприклад філамін та a-актинін, утворюють поперечні скріпки між нитками F-актину, що призводить до утворення складної тривимірної мережі, що надає гелеподібний стан цитоплазмі. Інші додаткові білки можуть зв'язувати філаменти в пучки (фімбрині) і т. д. Крім того, існують білки, що взаємодіють з кінцями мікрофіламентів і, запобігаючи розбиранню, стабілізує їх. Взаємодія F-актину з усією цією групою білків регулює агрегатний стан мікрофіламентів їх пухкий або, навпаки, тісне розташування, зв'язок з іншими компонентами. p align="justify"> Особливу роль при взаємодії з актином відіграють білки міозинового типу, які утворюють разом з актином комплекс, здатний до скорочення при розщепленні АТФ.
Актин - неоднорідний білок, у різних клітинах можуть бути різні його варіанти, або ізоформи, що кодуються кожна своїм геном. Так, у ссавців є 6 різних актинів: по одному в скелетних і серцевих м'язах, два типи - у гладких м'язах (один з них у судинах) і два, нем'язові, цитоплазматичні актини, що є універсальним компонентом будь-яких клітин ссавців. Усі ізоформи актину дуже подібні за амінокислотними послідовностями, варіантними в них є кінцеві ділянки, які визначають швидкість полімеризації, але не впливають на скорочення. Така схожість актинів, незважаючи на деякі відмінності, визначає їх загальні властивості.
58. Методи електронно-мікроскопічного вивчення клітин
Контрастування корпускулярних об'єктів. Корпускулярними об'єктами можна назвати частинки вірусів, фагів, виділені клітинні компоненти (рибосоми, мембрани, вакуолі тощо), молекули. Одним із найпоширеніших методів контрастування біологічних об'єктів є відтінок металами. І тут у спеціальних вакуумних установках виробляється термічне випаровування металу. При цьому атоми металу розлітаються від місця випаровування за прямими траєкторіями. Зустрічаючись з об'єктом, вони осідають на ньому у вигляді шару; його товщина буде більшою в місцях, перпендикулярних напрямку польоту частинок металу. У ділянках, де об'єкт екранує пучок частинок, виникнуть тіні. Таким чином, напилена частина об'єкта має більшу щільність, ніж напилена підкладка (фон), і тому об'єкт буде видно. Цей метод широко застосовується як контрастування вірусів, рибосом, але й досить тонких молекул нуклеїнових кислот. Мінус цього в тому, що він призводить до збільшення розмірів об'єкта на товщину напиленого шару, який у разі досягає 10 – 15 А0. Інший недолік його в тому, що він дає інформацію тільки про зовнішній вигляд та обсяг частинок. Для контрастування відтінком використовується платина, паладій, їх сплави, уран. При негативному контрастуванні об'єктів розчинами солей важких металів застосовують молібденовокислий амоній, уранілацетат, фосфорно-вольфрамову кислоту (ФВК). Якщо водні розчини таких речовин змішати з біологічними об'єктами, а потім нанести на плівки-підкладки і висушити, то об'єкти (наприклад, віруси або білкові комплекси) виявляться ніби зануреними в тонкий шар аморфної речовини високої щільності. В електронному мікроскопі вони виглядають як світлі об'єкти на темному тлі (як фотонегатив). Переваги методу в тому, що розчинені солі можуть проникати в глиб об'єкта і додатково виявляти його деталі. Негативне контрастування широко застосовується щодо вірусів, ферментних комплексів мембран. Нитчасті молекули нуклеїнових кислот цим методом виявляються погано через їхню малу товщину. Солі важких металів можна використовувати за так званого позитивного контрастування. У цьому випадку контрастна речовина зв'язується зі структурою, підвищує її електронну щільність. Часто для позитивного контрастування нуклеїнових кислот використовують розчини уранілацетату у спирті або в ацетоні. Уранілацетат, контрастуючи нуклеїнові кислоти, добре фарбує центральні порожнини сферичних вірусів, значно підвищує контраст рибосом та дозволяє бачити тонкі нитки виділених нуклеїнових кислот.
Ультрамікротомія . При вивченні об'єктів в електронному мікроскопі виникає ще одне ускладнення – це їхня товщина. Справа в тому, що при проходженні пучка електронів через об'єкт частина електронів поглинається, що призводить до нагрівання об'єкта та його деформації. Тому потрібно мати тонкі об'єкти (не вище 0,1 мкм). Процедура їх виготовлення в принципі подібна до тієї, що використовується в світловій мікроскопії. Клітини та тканини для цього спочатку фіксують. Як фіксатори використовуються буферні розчини глютарового альдегіду або чотирихокису осмію (OsO4). Найчастіше застосовується подвійна фіксація: спочатку глютаровий альдегід, а потім осмій, який як важкий металструктури. Потім після зневоднення тканини просочуються епоксидними смолами або іншими пластиками в рідкій, мономерній формі. При полімеризації таких пластмас просочений ними об'єкт виявляється ув'язненим у тверді блоки, які можна різати на тонкі зрізи. Ідеально гострою і без зазубрин ріжучою поверхнею мають сколи скла. Але скляні ножі дуже недовговічні, їх використовують лише один раз. Застосовують алмазні ножі: це спеціальним чином заточені дрібні алмази, вони служать протягом кількох років. Виготовлення надтонкого зрізу здійснюється за допомогою термічного подавання об'єкта. Блок із укладеним у пластмасу об'єктом кріпиться на металевому стрижні, який нагрівається і цим просуває об'єкт вперед на певну величину за певний час. І якщо цю термічну подачу узгодити з ритмічними циклами різання, можна отримати серії зрізів заданої товщини. Це досягається при використанні спеціальних приладів – ультрамікротомів. Існують конструкції ультрамікротомів, де подача об'єкта здійснюється механічно. Площа отримуваних ультратонких зрізів зазвичай дуже мала (0,1 - 1 мм2), тому всі операції при ультрамікротомуванні йдуть під мікроскопічним контролем. Зрізи, що змонтовані на сітках з підкладкою, необхідно додатково контрастувати – «фарбувати» за допомогою солей важких металів. У цьому випадку використовують також солі свинцю та урану, які, зв'язуючись із внутрішньоклітинними структурами на зрізі, позитивно їх контрастують. В електронно-мікроскопічних дослідженнях можна було застосувати методи авторадіографії. У цьому випадку використовуються надтонкозернисті емульсії (величина гранул близько 0,02 – 0,06 мкм). Недоліком цього методу є дуже великий час експозиції, що в деяких випадках досягає декількох місяців. Все більше застосування отримують методи приготування, ультратонких зрізів без фіксації та заливання клітин у тверді пластмаси. Це методи кріоультрамікротомії, тобто отримання зрізів із заморожених тканин, моментально охолоджених до температури рідкого азоту (-1960). У цьому відбувається практично одномоментне гальмування всіх метаболічних процесів, а вода з рідкої фази перетворюється на тверду, але з кристалічну, її молекулярна структура безладна (склоподібний стан). Такі тверді блоки при температурі рідкого азоту можна різати на ультратонкі зрізи (ніж при цьому також охолоджений). Отримані зрізи використовують для виявлення в них активності ферментів, для проведення на них імунохімічних реакцій, для ферментативного перетравлення і т.п. видно при використанні хімічної фіксації та звичайних прийомів отримання ультратонких зрізів.
Інші спеціальні методи електронної мікроскопії біологічних об'єктів
Метод заморожування – травлення- У тому, що об'єкт спочатку швидко заморожують рідким азотом, а потім при тій же температурі переносять в спеціальну вакуумну установку. Там заморожений об'єкт механічним способом сколюється охолодженим ножем. У цьому оголюються внутрішні зони заморожених клітин. У вакуумі частина води, що перейшла у склоподібну форму, виганяється («травлення»), а поверхня скола послідовно покривається тонким шаром випарованого вуглецю, а потім металу. Таким чином з матеріалу, що заморожено і зберігає прижиттєву структуру, отримують репліку з його сколу. Потім вже в умовах кімнатної температури тканину або клітини розчиняють у кислотах, але плівка-репліка при цьому залишається цілою, її вивчають в електронному мікроскопі. Цей метод має дві переваги: вивчають репліки зі сколів нативних зразків; досліджують рельєф поверхні мембран клітини, що недосяжно іншими методами. Виявилося, що і в цьому випадку загальна організація клітини та її компонентів подібна до того, що ми бачимо при хімічній фіксації або при кріотомії. Цей метод дозволив побачити, що на поверхні, і у товщині клітинних мембран розташовуються глобули, що мембрани не однорідні за структурою.
Останнім часом починають застосовувати методи високовольтний(вірніше, надвисоковольтний) мікроскопії.Сконструйовано прилади з прискорюючою напругою 1 – 3 млн. У. Це дуже дорогі прилади, що стримує їх застосування. Перевага цього класу електронних мікроскопів не в тому, що на них можна отримати більш високу роздільну здатність (при більш короткій довжині хвилі електронів), а в тому, що при високій енергії електронів, які менше поглинаються об'єктом, можна переглядати зразки великої товщини (1 – 10 мкм). Додаткове використання стереоскопічної зйомки дозволяє отримати інформацію про тривимірну організацію внутрішньоклітинних структур з високою роздільною здатністю (близько 0,5 нм). Цей метод є перспективним і в іншому відношенні: якщо при надвисокій енергії електронів зменшується їхня взаємодія з об'єктом, то в принципі це можна використовувати при вивченні ультраструктури живих об'єктів. Наразі ведуться роботи у цьому напрямку. Метод скануючої (растрової) електронної мікроскопіїдозволяє вивчити тривимірну картину поверхні клітини. При скануючій електронній мікроскопії тонкий пучок електронів (зонд) пробігає поверхнею об'єкта, і отримана інформація передається на електронно-променеву трубку. Зображення може бути отримано у відбитих чи вторинних електронах. При цьому методі фіксований та спеціальним чином висушений об'єкт покривається тонким шаром випарованого металу (найчастіше золота), відбиваючись від якого електрони потрапляють у приймальний пристрій, що передає сигнал на електронно-променеву трубку. Завдяки величезній глибині фокусу скануючого мікроскопа, яка значно більша, ніж у просвічує, виходить майже тривимірне зображення досліджуваної поверхні. За допомогою растрової електронної мікроскопії можна отримати інформацію про хімічний склад тих чи інших ділянках клітин. Так, метод рентгеноспектрального мікроаналізу заснований на ідентифікації та кількісній оцінці вмісту хімічних елементів спектрів характеристичного рентгенівського випромінювання, що виникає при взаємодії первинних електронів з атомами. Для отримання такої інформації, звичайно, об'єкти не слід покривати шаром металу, як при звичайному методі електронної скануючої мікроскопії. Більше того, об'єкт потрібно підготувати так, щоб не було втрати чи додаткового внесення елементів. Для цього використовують швидко заморожені та висушені у вакуумі об'єкти.
1) Клітинна стінка- Структурне освіту. Функція: надає міцності та форми, захищає протопласт від зовнішніх умов, бере участь у проведенні та поглинанні речовин.
Основа клітинної оболонки (склад) - високополімерні вуглеводи (целюлоза, тобто клітковина - не перетравлюється, вказує на низьку продуктивність), молекули целюлози зібрані в складні пучки (міцелії), міцелії об'єднуються в фібрили, їх проміжки заповнені геміцелюкою. з'єднання) та пектином (корисні, набухають у воді, є джерелом енергії).
Розрізняють первинну та вторинну клітинні оболонки. Меристематичні та молоді зростаючі клітини мають первинну клітиннуоболонку, тонку, багату на пектин і геміцелюлозу; фібрили целюлози в матриксі первинної клітинної оболонки розташовані невпорядковано.
Вторинна клітиннаоболонка утворюється зазвичай після досягнення клітиною остаточного розміру і накладається шарами на первинну з боку протопласту. У вторинній клітинній оболонці переважає целюлоза, її фібрили розташовуються впорядкування, паралельно, але напрямок їх у кожному шарі інше, що підвищує міцність клітинної оболонки. У вторинній клітинній оболонці є отвори (пори), де клітини поділяють лише первинна оболонка та плазмодесми (цитоплазматичні містки, що з'єднують сусідні клітини рослин).
Видозміни клітинної стінки:
- Здеревніння клітинної оболонки відбувається в результаті відкладення лігніну (невуглеводний компонент у фібрилах), клітини втрачає еластичність, але можуть пропускати воду. Ці клітини найчастіше мертві, ніж живі. Стінки деяких клітин можуть містити: віск, кутину, суберин. Функції: надає клітині форми; відокремлює одну клітину від іншої, є скелетом для кожної клітини та надає міцності всій рослині, виконує захисну функцію.
- Опробування викликається особливою жироподібною речовиною - суберином. Такі оболонки стають непроникними для води і газів, також вони не пропускають тепло, вміст клітин з пробковілими оболонками відмирає.
- Кутинізація полягає у виділенні жироподібної речовини кутину. Зазвичай кутинізуються зовнішні стінки шкірки листя і "трав'янистих стебел. Це робить їх менш проникними для води, зменшує випаровування води у рослин, охороняє від перегріву та ультрафіолету. Кутин утворює на поверхні органу плівку, яка називається кутикулою.
- Мінералізація клітинних оболонок - це відкладення: кремнезему та солей кальцію. Найбільш сильно інкрустуються оболонки клітин шкірки листя та стебел злаків, осок, хвощів. Листям злаків та осок можна поранити руки.
- Ослизнення оболонок - перетворення целюлози та пектинових речовин у слизу та камеді. Ослизнення добре спостерігається на насінні льону, що знаходилося у воді. Утворення слизів сприяє кращому поглинанню води насінням та прикріпленню їх до ґрунту.
2) Розмноження:здатність окремо взятої особини дати початок цілій серії собі подібних.
Ділять на: статеве та безстатеве (власне безстатеве та вегетативне)
Вегетативне: нові особини розвиваються з окремих вегетативних органів або їх взаємодій Здійснюється завдяки регініраціям (св-во відновлювати із частини тіла організм). Біо значення: новий організм подібний до материнського.
Способи вегетативного розмноження:
- розмноження живцями (частиною рослини, яка не заражена, садять у субстрат, спородину),
- розмноження методом щеплення (шляхом зрощування частин кількох рослин, що застосовується в садівництві),
- розмноження бульбами (м'ясисті бульби з піт в-вами садять у землю, живородна гречка),
- розмноження нащадками (утворюють пагони на коренях, осика),
- розмноження цибулинками (восени відсаджують від самої рослини в землю)
- розмноження вусами (повзучі пагони, укорінюються придат корінням, кістяника, суниця)
- розмноження кореневищами (підземна втеча, запас піт-в, конвалія, фіалка, пирій)
Використання вегетативного розмноження людиною. Решта див у 40.
З давніх-давен людина, культивуючи рослини, стала використовувати вегетативне розмноження. Наприклад, вирощування картоплі, суниці, бананау всіх країнах світу здійснюється лише вегетативним шляхом – бульбами, вусами та кореневищами.
Використання вегетативного відтворення рослин у сільськогосподарській практиці отримало назву штучного вегетативного розмноження.
Основні прийоми штучного вегетативного розмноження зводяться до повторення тих, що відбуваються у рослин у природних умовах.
Люди часто використовують розмноження живцями - частинами зеленої або здерев'янілої втечі. (виноград, смородина, агрус, троянда, гвоздика, фікус), бульбами (картопля, жоржина, батат, топінамбур), листям (сенполія, глоксинія, бегонія), цибулинами (цибуля, часник, тюльпан, нарцис), розподілом куща (смородина, піретрум)та відведеннями (аґрус, жимолість, клематис), вусами (полуниця), кореневищами (цукрова тростина, іриси, флокси), кореневими нащадками (слива, малина, вишня, бузок).
3) Гарбузові. Форма трави. Корінь стрижневий. Стебло: лазить, стеле, кучерявий Лист: простий, черешковий, без прилистків.
Формула: роздільностатевий
1) правильний жіночий Ca (5) Co (5) A 0 G (3) оцвітина під зав'яззю
2) правильний чоловічий Ca (5) З (5) А 2+2+1 G 0
Суцвіття поодиноке. Плід: гарбуза
Представники: огірок, диня, гарбуз, кавун., кабачок
Значення: харчове, кормове
Клітинна оболонка здатна до потовщення та видозміни. В результаті цього утворюється вторинна структура. Потовщення оболонки відбувається шляхом накладання нових шарів на нервпчпуго оболонку. Зважаючи на те, що накладення йде вже на тверду оболонку, фібрили целюлози в кожному шарі лежать паралельно, а в сусідніх шарах - під кутом один до одного. Цим досягається значна міцність та твердість вторинної оболонки. У міру того, як число шарів фібрил целюлози стає більше і товщина стінки збільшується, вона втрачає еластичність і здатність до зростання. У вторинній клітинній стінці вміст целюлози значно зростає, у деяких випадках до 60% і більше. Принаймні подальшого старіння клітин матрикс оболонки може заповнюватися різними речовинами - лігніном, суберином (одревення чи опробковение оболонки). Лігнін утворюється з геміцелюлози н пектинових речовин.
Клітинна оболонка деревного волокна має кілька шарів: первинний, який називається зовнішньою оболонкою волокна, та вторинний (стінка, що складається, у свою чергу, із трьох шарів: зовнішнього, середнього та внутрішнього). Між первинними стінками клітин знаходиться шар міжклітинного речовини, з якого волокна з'єднуються друг з одним. Вторинна стінка відносно товста і є головною масою об'єму клітини.
У вторинних шарах клітинних стінок деревини сосни накопичувалися у великих кількостях маннани (22%) та уроновий ангідрид (25%).
[ ...]
Фаза потовщення клітинної стінки. Як відбувається потовщення. У період розростання протопласт оточений лише первинною стінкою. Коли ж деревна клітина досягає свого найбільшого розміру по поверхні або незабаром після цього, стінка клітини потовщується. Це викликано нашаровуванням вторинної стінки на первинну, причому цей новий шар виникає внаслідок подальшої діяльності протопласту всередині порожнини клітини. Природно, клітини, у яких протопласт зник, що неспроможні продовжувати потовщувати свої стінки. Утворення вторинної стінки є ознакою незворотної зміни в клітині, подальше розростання якої вже виключено, але не обов'язково виключається подальший поділ за умови, що дочірні клітини, що отримуються таким чином, займають такий же обсяг, як і початкова клітина.
М.1іп - килим, покривало). Він складається з таблитчастих тонкостінних клітин із густою цитоплазмою. Зазвичай він однорядний, але іноді буває дворядним або багаторядним. Клітини ноту ма спочатку одноядерні, пізніше вони часто стають двоядерними або навіть багатоядерними. Тапетум є фізіологічно надзвичайно активною тканиною: його клітини містять ферменти, гормони, і поживний матеріал, що використовується в процесі мікроспорогепезу. Є деякі підстави вважати секреторний тип в еволюційному відношенні первинним, а амебоїдний - вторинним.
Необхідно, однак, зазначити, що ці дані слід розглядати як наближені, оскільки вихідні препарати не були ретельно очищені.
Важко визначити розташування в клітинній стінці поліуронідних геміцелюлоз, тому що реагенти, що використовуються для їх виявлення, впливають і на лігнін. Деякі дослідники припускають, що цементуючим речовиною між фібрилами та різними шарами клітинної стінки є геміцелюлози. Коен навіть вважає, що лігнін вторинної стінки має однакову природу з геміцелюлозами. Підставою такого припущення служить, очевидно, те що, що деякі вуглеводи під час обробки сильними кислотами можуть давати нерозчинні залишки певного рисунка. Слід підкреслити, проте, що ділянки, як ретельно оброблені реагентами, що розчиняють геміцелюлози, так і не оброблені ними, дають при дії 72% сірчаної кислоти залишки дуже схожої структури.
Для з'ясування складу окремих шарів клітинних стінок була зроблена спроба кількісного визначення ксилоуронідів у різних шарах трахеїд та лібриформа. Вимірювання проводилися на волокнах із червоної японської сосни, європейської ялиці, бука та берези. Для цього волокна обережно нітрували в оцтовому середовищі ангідриду і чотирихлористого вуглецю. Потім зовнішній нітрований шар видаляли розчиненням в ацетоні, після чого контролювали вміст пентозанів у залишку фурфуролу. Було встановлено, що пентозани в волокнах по шарах розділені нерівномірно. Найбільше пентозанов знайдено у зовнішніх шарах волокон і їх концентрація падає від периферії до центру. Так, зовнішні шари волокон хвойної деревини містять 50-80% пентозанів, а у листяних майже 100%. У вторинних шарах клітинних стінок у хвойних вміст пентозанів виявилося трохи більше 2-4%, а й у листяних 8-10%. Таким чином, хімічний метод підтвердив результати, отримані раніше методом сорбції ультрафіолетового світла.
Розрізняють первинний лігнін, що знаходиться в здеревнених клітинних стінках (природний лігнін) і вторинний - ізольований лігнін. Останній є значною мірою речовиною, зміненою в процесі ізолювання та забрудненою домішками сторонніх речовин. Зміна лігніну виявляється у відщепленні метоксильних груп, внутрішньомолекулярної конденсації та інших ознаках.
Багато відмінностей між типами тканин обумовлені будовою клітинної стінки, особливо вторинної. Як ми вже говорили, утворення первинної клітинної стінки відбувається в процесі розтягування клітини, і, отже, вона повинна мати властивість розтяжності, тоді як вторинна стінка формується вже після того, як подовження припинилося.
Престон
Одночасно з цими внутрішніми змінами зовнішня тверда стінка ооспори розщеплюється на її вершині на п'ять зубців, даючи вихід проростку, що виникає з центральної клітини (рис. 269, 3). Перший поділ центральної клітини відбувається поперечною перегородкою, перпендикулярною до її довгої осі, і призводить до утворення двох функціонально різних клітин. З однієї, більшої клітини надалі утворюється стебловий пагін, який на початковій стадії розвитку називають передлітком, з іншої меншої клітини - перший різозід. Обидва вони ростуть шляхом поперечних клітинних поділів. Передліток росте вгору і досить швидко зеленіє, заповнюючись хлоропластами, перший ризоїд прямує вниз і залишається безбарвним (рис. 269, 4). Після низки клітинних поділів, які повідомляють їм будова однорядних ниток, відбувається їх диференціювання на вузли і міжвузля, і подальший їх верхівковий ріст протікає так, як було описано вище для стебла. З вузлів передлітка виникають вторинні передлітки, мутовки листя і бічні гілки стебла, з вузлів першого різозу - вторинні різоїди та їх каламутні волоски. Таким шляхом і формується таллом, що складається з кількох стеблових пагонів у верхній частині та кількох складних ризоїдів у нижній частині (рис. 2G9, 5).
Надмолекулярна структура. На рис 6.10 наведено модель структури клітинної стінки. Вона включає 2 основні шари: первинну стінку Р і вторинну Остання підрозділяється на 3 шари: 5], 5 , шар М, серединна пластинка, є міжклітинною речовиною, що з'єднує клітини між собою.
У наступних розділах (ем. Частина II) буде вичерпно розглянута хімія клітинних стінок, відносні кількості лігніну в них та інші родинні теми. Однак закінчуючи розгляд четвертої та кінцевої фази онтогенезу деревної клітини, слід згадати про деякі явища, які тим чи іншим шляхом пов'язані з лігнацією, як її пошшать ботаніки. Подібно до утворення і розростання клітин, а також потовщення клітинних стінок, лігніфікація може відбуватися лише за життя клітинного протопласта, так як відмерлі клітини не можуть лігніфікувати свої стінки. Процес лігніфікації може бути закінчений у шарі міжклітинної речовини і в первинній стінці, але може продовжуватися у вторинній стінці, навіть якщо цей названий останнім шар ще доволі зростає в товщину. У деревині дерев лігніфікація часто дуже швидко закінчується в шарі, що примикає до внутрішньої сторони камбію, зазвичай майже одночасно з тим, коли нові клітини досягли свого найбільшого розміру, а вторинні стінки своєї кінцевої товщини. Це пояснює, чому заболонь при однаковому вмісті вологи так само або майже так само міцна, як ядерна деревина.
Детальне дослідження розподілу лігніну і полісахаридів в одревесневших клітинних стінках деревини ялини і берези вимірюванням інтенсивності абсорбції тонкого пучка ультрафіолетових променів при проходженні їх через прозорий зріз підтвердило переважне розташування лігніну в серединній пластинці і первинній стінці. У серединній платівці ялинової деревини вміст лігніну досягає 73%, а у вторинній стінці – не більше 16%. Звідси випливає, що полісахариди зосереджені переважно у вторинному шарі. Була зроблена спроба виміряти цим методом взаємне розташування целюлози та геміцелюлоз. Для цього полісахариди спочатку були перетворені на пофарбовані сполуки, що абсорбують світло.
У більшості клітин ясно розрізняються зони, що чергуються, більшого або меншого відкладення лігніну, які створюють видимість концентричних кілець. При протилежному процесі, коли клітинна стінка обробляється делигнифицирующими. реагентами, малюнок целюлози залишається тим самим. Це свідчить про те, що існують, мабуть, дві взаємопроникні системи, що складаються з целюлози та інших полісахаридів, а інша з лігніну. Бейлі та Керр показали, що розміри частинок сягають 0,1 і менше. Проміжки чи смуги пояснюють існування щодо великих «фібрил», помічених деякими дослідниками. Крім переважаючих концентричних малюнків, у волокнах деяких видів деревини проявляється розташування радіальних ліній чи комбінація обох типів. Клітини стиснутої деревини часто мають жорсткі, майже тверді смуги лігніну поруч із порожниною клітини та радіально-розташовані пластинки його, відокремлені зонами полісахаридної речовини, у середній частині стінки клітини.
До складу лишайників входять багато елементів та речовини. Усі їх можна поділити на дві великі групи - первинні та вторинні. До первинних належать ті речовини, які безпосередньо беруть участь у клітинному обміні речовин; їх побудовано тіло лишайників. До вторинних відносяться кінцеві продукти обміну речовин, які зазвичай розташовані на стінках гіф. Багато хто з цих вторинних лишайникових речовин (у більш старій літературі їх називали лишайниковими кислотами) специфічні для лишайників і не зустрічаються в організмах інших систематичних груп.
Риттер, Людтке та ін. повідомили, що при обробці деревних волокон різними реагентами, що викликають набухання, вторинна стінка (а також, ймовірно, і первинна) розпадається на ниткоподібні фрагменти або фібрили. Ріттер розділив ці фібрили на веретеноподібні тіла, які у свою чергу, на сферичні одиниці . Значення таких щодо великих структурних одиниць (довжина веретеноподібних тіл приблизно 4[х] неясно, зважаючи на описану вище тонкопористу структуру вторинної стінки. Ні в залишках лігніну після розчинення целюлози, ні в залишках целюлози після розчинення лігніну не виявляється помітних проміжків, що вказують на межі названих одиниць клітинних стінок. Крім того, нещодавно проведеними дослідженнями за допомогою електронного мікроскопа у структурі клітинних стінок не було встановлено присутності подібних порівняно великих одиниць.
При оцінці дії різних дереворуйнівних грибів на рослинну тканину необхідно враховувати, що окремі гіфи їх. рухаються в товщі клітинних стін вибірково. Так, гриби білої гнилі віддають перевагу серединній платівці і первинній оболонці, де зосереджений головним чином лігнін. Гриби червоної або бурої гнилі, навпаки, вважають за краще проходити по вторинній оболонці, найбільш багатій на вуглеводи. Відповідно відрізняється і фарбування пошкодженої ними деревини. Більш детально ці питання будуть розглянуті надалі.
Дослідження трахеїд та лібриформа за допомогою поляризаційного та електронного мікроскопа, а також рентгенографії дозволили встановити існування у клітинних стінках п'яти концентричних шарів: зовнішньої, або первинної, стінки та вторинної стінки. Вторинна стінка у свою чергу поділяється на три шари, які зазвичай позначаються 81, вг і Бз. Крім того, між первинними стінками сусідніх клітин розташовується серединна пластинка, що склеює їх (рис. 35).
Підвищення виходів під час використання водяної пари пояснюється тим, що прискорюється винесення цінних продуктів із реакційного простору та затримується розвиток реакцій вторинного розпаду. Крім того, при дотику водяної пари з капілярною системою деревини на поверхневих шарах її можлива конденсація пари, що створює умови для термічного розкладання в кислому водному середовищі. При цьому реакції розкладання відбуваються в першу чергу в шарах клітинної стінки, які розташовані з внутрішніх сторін клітинних порожнин і складаються переважно з нетермостійких геміцелюлоз, що легко відщеплюють ацетильні групи та частину пов'язаних з ними метоксилів, утворюючи відповідно оцтову кислоту та метиловий спирт. ]
Навряд чи правильно називати клітинами сегменти, що складають нитки сфероплеї, і не тільки тому, що вони мають безліч ядер і хлоропластів (і, отже, є явно вторинними утвореннями), а й тому, що поперечні перегородки, що їх відокремлюють, не схожі на клітинні стінки інших багатоклітинних. зелених водоростей. Вони сильно варіюють за формою, а також за способом та місцем освіти (рис. 226, 4-6). Часто поперечні перегородки мають вигляд кільцевих внутрішніх потовщень на стінках клітини, які не стуляються в центрі, так що залишається отвір, через який проходить цитоплазматичний тяж (рис. 226, 4). В інших випадках замість перегородок утворюються спеціальні пробки. І, нарешті, в будь-якому місці нитки можуть виникати групи тяжів, що радіально сходяться, нагадують скелетні тяжі каулерпи і грають механічну роль.
Зовні від плазматичної мембрани їх клітин немає додаткової щільної клітинної стінки або вона складається з хітину, рідко целюлози. Запасні вуглеводи зазвичай у формі глікогену (тварини крохмалю).
Маркс-Фігіпі та Пепцел вивчали зміну СП бавовняної целюлози на різних стадіях дозрівання бавовни. Вони показали, що в'язкість розчинів бавовняної целюлози знижується за кілька годин після відкриття коробочки. Целюлоза вторинної клітинної стінки в волокнах коробочки бавовни, що не розкрилися, при невеликій зрілості (вихід целюлози-18%) має єдиний максимум на кривій розподілу при СП 14 000. Близько 10% матеріалу має більш низьку молекулярну вагу (СП 1500-2500) первинної клітинної стінки.
Положення місць утворення мікрофібрил по відношенню до поверхні мембрани цитоплазми може бути різним. Так, у бактерій цей процес протікає в середовищі, значно віддаленому від поверхні клітини і, отже, від мембрани. Очевидно, аналогічним чином синтез протікає і потовщених первинних стінках клітин епідермісу колеоптилей вівса, оскільки синтез целюлози у разі здійснюється рівномірно але товщині клітинної стінки . В оболонках асцидій відкладення целюлози відбувається, мабуть, також у місцях, віддалених від поверхні секреторних клітин, хоча достатньо переконливих доказів цього припущення немає. Навпаки, мікрофібрили вторинних стінок клітин рослин, можливо, утворюються на внутрішній поверхні стінки, в безпосередній близькості від мембрани цитоплазми. Оскільки целюлози у вторинних стінках значно більші, ніж у первинних, можна зробити висновок, що більшість целюлозних мікрофібрил утворюється поблизу мембрани цитоплазми. Однак це не є обов'язковим.
Одним із методів, заснованих на цьому принципі, є метод визначення реакційної здатності целюлози по картині набухання ксантогенатів в ізо-пропиловому спирті. Процес набухання при взаємодії волокна з розчинником схематично можна уявити так: рідина проникає всередину волокна, унаслідок чого обсяг волокна збільшується. Потім відбувається розрив слабкого зовнішнього еластичного шару вторинної клітинної стінки волокна і в місцях розриву утворюються здуття («буси»). Залишки цього шару утворюють на набряклому волокні перетяжки та манжети. Потім зовнішній шар відокремлюється і волокно рівномірно набухає, на ньому утворюються поперечні смуги і волокно ділиться на пакети дисків та окремі диски, які надалі розчиняються.
Залежність міцності деревини від вмісту вологи. Так як міцність і жорсткість деревини частково визначаються силами зчеплення, що зв'язують молекули, будь-який агент, що зменшує ці сили, змінює її міцність в цілому. Одним з таких агентів є вода, тому міцність деревини збільшується з зменшенням вмісту вологи не тільки в результаті підвищеної щільності, що походить від усушки, але також через присутність вторинних валентних сил зчеплення1. Так як наявність води в кількості, що перевищує точку насичення волокна, не змінює характеру клітинної стінки, то втрата або придбання капілярної (вільної) води практично не впливає на показники міцності деревини.
Структури, що містять багато лігніну, забарвлюються у темно-коричневий колір до чорного, тоді як слабко лігніфіковані зони забарвлюються у світло-жовтий колір до бурштинового. Результати цієї кольорової реакції повністю підтверджують попередні роботи з дослідження хімії клітинної стінки. Вторинні стінки волокнистих елементів у деревини листяних порід, що ростуть у помірному кліматі, світліші, отже, вони менш лігніфіковані, ніж вторинні стінки хвойних порід. Стінки судин у листяних порід забарвлені в темніший колір, ніж оточуючі волокнисті елементи, отже, вони містять більше лігніну; мембрани пір також сильно лігніфіковані.
Ця операція здійснювалася на зрізах, що одеревіли, попередньо звільнених від лігніну за допомогою хлориту натрію в оцтовокислому середовищі. Потім зрізи були оброблені п-фенілаз; бензоїлхлоридом з метою етерифікації полісахаридів. Яскраво забарвлені в оранжево-червоний колір зрізи після набухання у піридині фотометрувалися. Піддаючи такій обробці зрізи, що складаються з холоцелюлози, до та після видалення геміцелюлоз, вдалося встановити, що основна маса геміцелюлоз у деревині ялини та берези зосереджена у зовнішніх шарах вторинної стінки. Так, при екстракції зрізу ялинової холоцелюлози 16%-ньш їдким натром було встановлено, що із зовнішніх шарів клітини витягується до 60-80%, із середини клітинної стінки близько 50% і з шару Бз лише 16% розчинних у лугу геміцелюлоз від загального . Аналогічна картина спостерігалася й у поперечних зрізів либриформа з деревини березы.[ ...]
Досліди Ріттера, а пізніше Бейлі та ін. показали, що незалежно від можливої присутності пектинових поліуронідів у серединній пластинці, вона складається головним чином з лігніну, як його розуміють хіміки (нерозчинний у холодній 72%-ній сірчаній кислоті, розчинний після хлорування та обробки слабкими основами або основними солями). Крім того, Ріттер довів, що більшість лігніну знаходиться саме в цьому шарі. Це твердження суперечило переважав у той час думці про присутність більшої частини лігніну в інших шарах, особливо у вторинній стінці. Пізніше було доведено, що в таких випадках вторинна стінка, що здається широкою і об'ємною, насправді подібна до павутини, яка після висихання зіщулюється і перетворюється на розрізнені шматочки. Якщо первинні стінки включені в складну серединну пластинку, то цілком імовірно, що тут знаходиться і більша частина лігніну.
Кальцієві канали виявлено й у мембранах рослинних клітин. Показано регулювання входу 45Са2+ мікросоми, виділені з колеоп-тилів кукурудзи та гіпокотилів гарбуза, світлом, ПУК та залежність цієї реакції від кальмодуліну. Для функціонування потенціалзалежних Са2+-каналів (харова водорість Ыие11ор,ш) необхідна наявність М§2+. Стан цих потенціалзалежних каналів контролюється системою ферментів, що рейдують рівень цАМФ у клітині. Були також отримані дані, що свідчать про пряму дію екзогенного цАМФ на поглинання 45Са2+ у клітинах СМатуєотопт гетскагсШ (мутант без клітинної стінки). Дані наведені на рис. 4.1 свідчать про регуляторну дію цАМФ на поглинання Са2+ клітинами. Це свідчить про можливість взаєморегуляції двох систем вторинних посередників - цАМФ і Са2+. У дослідах із тваринними клітинами посилення поглинання Са2+ під дією цАМФ пояснюється фосфорилюванням білків потенціалзалежних Са2+-каналів і внаслідок цього збільшенням перебування їх у відкритому стані.
Вивченню дії ультразвуку на целюлозні волокна присвячено багато досліджень. Деякі дослідники зіставляли чи поєднували вплив ультразвуку з різними механічними впливами. Так, Яйме, Кронерт і Нейхауз вивчали дію ультразвуку на целюлозні волокна порівняно з високочастотними механічними коливаннями і показали, що ультразвук із частотою 20-3000 кгц розпушує структуру волокна, збільшує ступінь його набухання та зневоднення. Механічна міцність паперу, виготовленого з таких целюлоз, підвищується, особливо міцність до роздирання. Аналогічно діють високочастотні механічні коливання. Івасакі, Ліндберг та Мейєр вважають, що загальна картина змін структури волокна під дією ультразвуку у водному середовищі подібна до змін структури волокон при механічному розмелі. При цьому відбуваються глибокі зміни морфологічної структури волокон, що призводять до зсувів у вторинній клітинній стінці, відриву великих шматків від первинної стінки, потім набухання вторинної стінки та її дефібрилювання. У роботі Сафонової і Клен-ковой щодо мікрофотографій волокон, підданих ультразвуковому впливу у питній воді, показано, що є й інші, глибші порушення у структурі волокна, що стає пронизаним цілою мережею численних поперечних каналів. Зазначається, що волокна ранньої деревини та волокна, що не піддавалися висушуванню, більш сприйнятливі до дії ультразвуку.