Dzīvo organismu ķermeņi var būt viena šūna, to grupa vai milzīgs uzkrājums, kurā ir miljardi šādu elementāru struktūru. Pēdējie ietver lielāko daļu augstāko augu. Šūnu - dzīvo organismu struktūras un funkciju galvenā elementa - izpēte nodarbojas ar citoloģiju. Šī bioloģijas nozare sāka strauji attīstīties pēc elektronu mikroskopa atklāšanas, hromatogrāfijas un citu bioķīmijas metožu uzlabošanas. Apsveriet galvenās iezīmes, kā arī pazīmes, ar kurām augu šūna atšķiras no mazākajām baktēriju, sēnīšu un dzīvnieku struktūras struktūrvienībām.
Kameras atvēršana, ko veica R. Huks
Visu dzīvo būtņu struktūras sīko elementu teorija ir gājusi attīstības ceļu, mērot simtiem gadu. Pirmo reizi savā mikroskopā augu šūnu membrānas struktūru ieraudzīja britu zinātnieks R. Huks. Šūnu hipotēzes vispārīgos nosacījumus formulēja Šleidens un Švāns, pirms tam citi pētnieki izdarīja līdzīgus secinājumus.
Anglis R. Huks mikroskopā pārbaudīja ozola korķa šķēli un prezentēja rezultātus Karaliskās biedrības sanāksmē Londonā 1663. gada 13. aprīlī (saskaņā arciti avoti, notikums notika 1665. gadā). Izrādījās, ka koka miza sastāv no sīkām šūnām, kuras Huks sauca par "šūnām". Šo kameru sienas, veidojot rakstu šūnveida formā, zinātnieks uzskatīja par dzīvu vielu, un dobums tika atzīts par nedzīvu, palīgstruktūru. Vēlāk tika pierādīts, ka augu un dzīvnieku šūnās tie satur vielu, bez kuras nav iespējama to eksistence un visa organisma darbība.
Šūnu teorija
Svarīgais R. Huka atklājums tika izstrādāts citu zinātnieku darbos, kuri pētīja dzīvnieku un augu šūnu uzbūvi. Līdzīgus strukturālos elementus zinātnieki novēroja uz daudzšūnu sēņu mikroskopiskām sekcijām. Tika konstatēts, ka dzīvo organismu struktūrvienībām piemīt spēja dalīties. Pamatojoties uz pētījumu, Vācijas bioloģijas zinātņu pārstāvji M. Šleidens un T. Švāns formulēja hipotēzi, kas vēlāk kļuva par šūnu teoriju.
Augu un dzīvnieku šūnu salīdzinājums ar baktērijām, aļģēm un sēnītēm ļāva vācu pētniekiem nonākt pie šāda secinājuma: R. Huka atklātās “kambaras” ir elementāras struktūrvienības, un tajās notiekošie procesi ir dzīvības pamatā. lielākā daļa organismu uz Zemes. Būtisku papildinājumu 1855. gadā veica R. Virhovs, norādot, ka šūnu dalīšanās ir vienīgais veids, kā tās atražot. Šleidena-Švāna teorija ar precizējumiem ir kļuvusi vispārpieņemta bioloģijā.
Šūna ir mazākais elements augu struktūrā un dzīvē
Saskaņā ar Šleidena un Švāna teorētiskajām nostādnēm,organiskā pasaule ir viena, kas pierāda līdzīgu dzīvnieku un augu mikroskopisko uzbūvi. Papildus šīm divām valstībām šūnu eksistence ir raksturīga sēnītēm, baktērijām un vīrusu nav. Dzīvo organismu augšanu un attīstību nodrošina jaunu šūnu rašanās esošo dalīšanās procesā.
Daudzšūnu organisms nav tikai struktūras elementu uzkrāšanās. Mazas struktūras vienības mijiedarbojas viena ar otru, veidojot audus un orgānus. Vienšūnas organismi dzīvo izolēti, kas neliedz tiem veidot kolonijas. Šūnas galvenās iezīmes:
- spēja patstāvīgai eksistencei;
- savu vielmaiņu;
- pašreproducēšana;
- attīstība.
Dzīvības evolūcijā viens no svarīgākajiem posmiem bija kodola atdalīšana no citoplazmas ar aizsargmembrānas palīdzību. Saikne ir saglabāta, jo šīs struktūras nevar pastāvēt atsevišķi. Pašlaik pastāv divas superkaraļvalstis – bezkodolorganismi un kodolorganismi. Otro grupu veido augi, sēnes un dzīvnieki, kurus pēta attiecīgās zinātnes nozares un bioloģija kopumā. Augu šūnai ir kodols, citoplazma un organoīdi, kas tiks apspriesti turpmāk.
Augu šūnu daudzveidība
Nobrieduša arbūza, ābola vai kartupeļa pārtraukumā ar neapbruņotu aci var redzēt strukturālas "šūnas", kas piepildītas ar šķidrumu. Tās ir augļa parenhīmas šūnas ar diametru līdz 1 mm. Bast šķiedras ir iegarenas struktūras, kuru garums ievērojami pārsniedz platumu. Piemēram,kokvilnas auga šūna sasniedz 65 mm garumu. Linu un kaņepju lūksnes šķiedru lineārie izmēri ir 40–60 mm. Tipiskās šūnas ir daudz mazākas - 20–50 µm. Šādus sīkus konstrukcijas elementus var redzēt tikai mikroskopā. Augu organisma mazāko struktūrvienību īpatnības izpaužas ne tikai formas un izmēra atšķirībās, bet arī audu sastāvā veiktajās funkcijās.
Augu šūna: pamata struktūras iezīmes
Kodols un citoplazma ir cieši savstarpēji saistīti un mijiedarbojas viens ar otru, ko apstiprina zinātnieku pētījumi. Tās ir galvenās eikariotu šūnas daļas, no tām ir atkarīgi visi pārējie strukturālie elementi. Kodols kalpo proteīnu sintēzei nepieciešamās ģenētiskās informācijas uzglabāšanai un pārraidei.
Britu zinātnieks R. Brauns 1831. gadā pirmo reizi pamanīja īpašu ķermeni (kodolu) orhideju dzimtas auga šūnā. Tas bija kodols, ko ieskauj pusšķidra citoplazma. Šīs vielas nosaukums burtiskā tulkojumā no grieķu valodas nozīmē "šūnas primārā masa". Tas var būt šķidrāks vai viskozāks, bet obligāti pārklāts ar membrānu. Šūnas ārējais apvalks galvenokārt sastāv no celulozes, lignīna un vaska. Viena iezīme, kas atšķir augu un dzīvnieku šūnas, ir šīs spēcīgās celulozes sienas klātbūtne.
Citoplazmas struktūra
Augu šūnas iekšējā daļa ir piepildīta ar hialoplazmu, kurā ir suspendētas sīkas granulas. Tuvāk apvalkam tā sauktā endoplazma pāriet viskozākā eksoplazmā. Tieši tāšīs vielas, ar kurām pildīta augu šūna, kalpo kā vieta bioķīmisko reakciju plūsmai un savienojumu transportēšanai, organellu un ieslēgumu izvietošanai.
Apmēram 70-85% citoplazmas ir ūdens, 10-20% ir olb altumvielas, citas ķīmiskās sastāvdaļas - ogļhidrāti, lipīdi, minerālu savienojumi. Augu šūnām ir citoplazma, kurā starp sintēzes galaproduktiem ir funkciju bioregulatori un rezerves vielas (vitamīni, fermenti, eļļas, ciete).
Kodols
Augu un dzīvnieku šūnu salīdzinājums liecina, ka tām ir līdzīga kodola struktūra, kas atrodas citoplazmā un aizņem līdz 20% no tās tilpuma. Anglis R. Brauns, kurš pirmo reizi mikroskopā pārbaudīja šo visu eikariotu vissvarīgāko un nemainīgāko komponentu, deva tai nosaukumu no latīņu vārda kodols. Kodolu izskats parasti korelē ar šūnu formu un izmēru, bet dažreiz atšķiras no tiem. Obligātie struktūras elementi ir membrāna, kariolimfa, kodols un hromatīns.
Membrānā ir poras, kas atdala kodolu no citoplazmas. Viņi transportē vielas no kodola uz citoplazmu un otrādi. Kariolimfa ir šķidrs vai viskozs kodols ar hromatīna zonām. Nukleols satur ribonukleīnskābi (RNS), kas iekļūst citoplazmas ribosomās, lai piedalītos proteīnu sintēzē. Lielos daudzumos ir arī cita nukleīnskābe, dezoksiribonukleīnskābe (DNS). DNS un RNS pirmo reizi tika atklātas dzīvnieku šūnās 1869. gadā un pēc tam tika atrastas augos. Kodols ir centrsintracelulāro procesu vadība”, vieta informācijas glabāšanai par visa organisma iedzimtajām īpašībām.
Endoplazmas tīklojums (ER)
Dzīvnieku un augu šūnu struktūrai ir būtiska līdzība. Citoplazmā obligāti atrodas iekšējie kanāliņi, kas piepildīti ar dažādas izcelsmes un sastāva vielām. Granulētais EPS veids atšķiras no agranulārā tipa ar ribosomu klātbūtni uz membrānas virsmas. Pirmais ir iesaistīts olb altumvielu sintēzē, otrais spēlē lomu ogļhidrātu un lipīdu veidošanā. Kā noskaidrojuši pētnieki, kanāli ne tikai iekļūst citoplazmā, bet ir saistīti ar katru dzīvas šūnas organellu. Tāpēc EPS vērtība tiek augstu novērtēta kā vielmaiņas dalībnieks, komunikācijas sistēma ar vidi.
Ribosome
Augu vai dzīvnieku šūnas struktūru ir grūti iedomāties bez šīm mazajām daļiņām. Ribosomas ir ļoti mazas, un tās var redzēt tikai ar elektronu mikroskopu. Ķermeņu sastāvā dominē olb altumvielas un ribonukleīnskābju molekulas, neliels daudzums kalcija un magnija jonu. Gandrīz visa šūnas RNS ir koncentrēta ribosomās, tās nodrošina proteīnu sintēzi, "saliekot" olb altumvielas no aminoskābēm. Pēc tam olb altumvielas nonāk ER kanālos un tiek pārnestas caur tīklu visā šūnā, iekļūst kodolā.
Mitohondriji
Šīs šūnas organellas tiek uzskatītas par tās enerģijas stacijām, tās ir redzamas, ja tās palielina parastā gaismas mikroskopā. Mitohondriju skaits svārstās ļoti plašā diapazonā, var būt vienības vai tūkstoši. Organoīda struktūra nav ļoti sarežģīta, ir divasmembrānas un matrica iekšpusē. Mitohondriji sastāv no proteīnu lipīdiem, DNS un RNS, ir atbildīgi par ATP - adenozīna trifosforskābes biosintēzi. Šo augu vai dzīvnieku šūnas vielu raksturo trīs fosfātu klātbūtne. Katra no tām sadalīšana nodrošina enerģiju, kas nepieciešama visiem dzīvības procesiem pašā šūnā un visā ķermenī. Gluži pretēji, fosforskābes atlikumu pievienošana ļauj uzglabāt enerģiju un pārnest to šādā formā visā šūnā.
Apsveriet tālāk redzamajā attēlā redzamās šūnu organellas un nosauciet tās, kuras jau zināt. Ņemiet vērā lielo pūslīšu (vakuolu) un zaļo plastidu (hloroplastu). Mēs par tiem runāsim vēlāk.
Golģu komplekss
Komplekss šūnu organoīds sastāv no granulām, membrānām un vakuoliem. Komplekss tika atklāts 1898. gadā un tika nosaukts itāļu biologa vārdā. Augu šūnu iezīmes ir vienmērīgs Golgi daļiņu sadalījums visā citoplazmā. Zinātnieki uzskata, ka komplekss nepieciešams ūdens un atkritumu satura regulēšanai, lieko vielu izvadīšanai.
Plastids
Tikai augu audu šūnās ir zaļas organellas. Turklāt ir bezkrāsaini, dzelteni un oranži plastidi. To struktūra un funkcijas atspoguļo augu uztura veidu, un ķīmisko reakciju rezultātā tie spēj mainīt krāsu. Galvenie plastidu veidi:
- oranži un dzelteni hromoplasti, ko veido karotīns un ksantofils;
- hloroplasti, kas satur hlorofila graudus -zaļš pigments;
- leikoplasti ir bezkrāsaini plastidi.
Augu šūnas struktūra ir saistīta ar ķīmiskajām reakcijām organisko vielu sintēzes procesā no oglekļa dioksīda un ūdens, izmantojot gaismas enerģiju. Šī apbrīnojamā un ļoti sarežģītā procesa nosaukums ir fotosintēze. Reakcijas tiek veiktas, pateicoties hlorofilam, tieši šī viela spēj uztvert gaismas stara enerģiju. Zaļā pigmenta klātbūtne izskaidro lapu, zālaugu stublāju, negatavu augļu raksturīgo krāsu. Hlorofils pēc uzbūves ir līdzīgs hemoglobīnam dzīvnieku un cilvēku asinīs.
Dažādu augu orgānu sarkanā, dzeltenā un oranžā krāsa ir saistīta ar hromoplastu klātbūtni šūnās. To pamatā ir liela karotinoīdu grupa, kam ir svarīga loma vielmaiņā. Leikoplasti ir atbildīgi par cietes sintēzi un uzkrāšanos. Plastīdas aug un vairojas citoplazmā, pārvietojoties kopā ar to pa augu šūnas iekšējo membrānu. Tie ir bagāti ar fermentiem, joniem un citiem bioloģiski aktīviem savienojumiem.
Dzīvo organismu galveno grupu mikroskopiskās struktūras atšķirības
Lielākā daļa šūnu atgādina mazu maisiņu, kas piepildīts ar gļotām, ķermeņiem, granulām un pūslīšiem. Bieži vien ir dažādi ieslēgumi cietu minerālu kristālu, eļļu pilienu, cietes graudu veidā. Šūnas ir ciešā saskarē augu audu sastāvā, dzīvība kopumā ir atkarīga no šo mazāko struktūrvienību darbības, kas veido veselumu.
Ar daudzšūnu struktūru pastāvspecializācija, kas izpaužas dažādos mikroskopisko strukturālo elementu fizioloģiskos uzdevumos un funkcijās. Tos galvenokārt nosaka audu atrašanās vieta auga lapās, saknēs, stumbros vai ģeneratīvajos orgānos.
Izcelsim galvenos augu šūnas salīdzināšanas elementus ar citu dzīvo organismu elementārajām struktūrvienībām:
- Blīvu apvalku, kas raksturīgs tikai augiem, veido šķiedra (celuloze). Sēnēs membrāna sastāv no izturīga hitīna (īpaša proteīna).
- Augu un sēņu šūnas atšķiras pēc krāsas, jo ir vai nav plastidu. Ķermeņi, piemēram, hloroplasti, hromoplasti un leikoplasti, atrodas tikai augu citoplazmā.
- Ir organoīds, kas atšķir dzīvniekus - tas ir centriole (šūnas centrs).
- Tikai augu šūnā ir liela centrālā vakuola, kas piepildīta ar šķidru saturu. Parasti šī šūnu sula ir iekrāsota ar pigmentiem dažādās krāsās.
- Augu organisma galvenais rezerves savienojums ir ciete. Sēnes un dzīvnieki savās šūnās uzkrāj glikogēnu.
Starp aļģēm ir zināmas daudzas atsevišķas, brīvi dzīvojošas šūnas. Piemēram, šāds neatkarīgs organisms ir hlamidomonas. Lai gan augi atšķiras no dzīvniekiem ar celulozes šūnu sieniņu, bet dzimumšūnām trūkst tik blīva apvalka - tas ir vēl viens pierādījums organiskās pasaules vienotībai.
