Tijela živih organizama mogu biti jedna stanica, njihova skupina ili ogromna akumulacija koja broji milijarde takvih elementarnih struktura. Potonje uključuje većinu viših biljaka. Proučavanje stanice - glavnog elementa strukture i funkcija živih organizama - bavi se citologijom. Ova grana biologije počela se ubrzano razvijati nakon otkrića elektronskog mikroskopa, poboljšanja kromatografije i drugih metoda biokemije. Razmotrite glavne značajke, kao i značajke po kojima se biljna stanica razlikuje od najmanjih strukturnih jedinica strukture bakterija, gljiva i životinja.
Otvaranje ćelije R. Hookea
Teorija sićušnih elemenata strukture svih živih bića prošla je put razvoja, mjeren stotinama godina. Strukturu biljne stanične membrane prvi je u svom mikroskopu vidio britanski znanstvenik R. Hooke. Opće odredbe hipoteze o stanicama formulirali su Schleiden i Schwann, prije nego što su drugi istraživači donijeli slične zaključke.
Englez R. Hooke pregledao je krišku hrastovog pluta pod mikroskopom i predstavio rezultate na sastanku Kraljevskog društva u Londonu 13. travnja 1663. (premadrugi izvori, događaj se dogodio 1665.). Pokazalo se da se kora drveta sastoji od sićušnih stanica, koje je Hooke nazvao "stanice". Zidove ovih komora, tvoreći uzorak u obliku saća, znanstvenik je smatrao živom tvari, a šupljina je prepoznata kao beživotna, pomoćna struktura. Kasnije je dokazano da unutar stanica biljaka i životinja sadrže tvar bez koje je njihovo postojanje nemoguće, te djelovanje cijelog organizma.
ćelijska teorija
Važno otkriće R. Hookea razvijeno je u djelima drugih znanstvenika koji su proučavali strukturu životinjskih i biljnih stanica. Slične strukturne elemente znanstvenici su uočili na mikroskopskim dijelovima višestaničnih gljiva. Utvrđeno je da strukturne jedinice živih organizama imaju sposobnost dijeljenja. Na temelju istraživanja, predstavnici bioloških znanosti Njemačke M. Schleiden i T. Schwann formulirali su hipotezu koja je kasnije postala stanična teorija.
Usporedba biljnih i životinjskih stanica s bakterijama, algama i gljivama omogućila je njemačkim istraživačima da dođu do sljedećeg zaključka: “komorije” koje je otkrio R. Hooke elementarne su strukturne jedinice, a procesi koji se u njima odvijaju su temelj života većine organizama na Zemlji. Važan dodatak dao je R. Virkhov 1855., napominjući da je dioba stanica jedini način za njihovu reprodukciju. Schleiden-Schwannova teorija s poboljšanjima postala je općeprihvaćena u biologiji.
Ćelija je najmanji element u strukturi i životu biljaka
Prema teoretskim stavovima Schleidena i Schwanna,organski svijet je jedan, što dokazuje sličnu mikroskopsku građu životinja i biljaka. Osim ova dva kraljevstva, stanično postojanje je karakteristično za gljive, bakterije, a virusi su odsutni. Rast i razvoj živih organizama osigurava se pojavom novih stanica u procesu diobe postojećih.
Višestanični organizam nije samo nakupina strukturnih elemenata. Male jedinice strukture međusobno djeluju, tvoreći tkiva i organe. Jednostanični organizmi žive izolirano, što ih ne sprječava u stvaranju kolonija. Glavne karakteristike ćelije:
- sposobnost samostalnog postojanja;
- vlastiti metabolizam;
- samoreprodukcija;
- razvoj.
U evoluciji života jedna od najvažnijih faza bilo je odvajanje jezgre od citoplazme uz pomoć zaštitne membrane. Veza je sačuvana, jer te strukture ne mogu postojati odvojeno. Trenutno postoje dva super-kraljevstva - nenuklearni i nuklearni organizmi. Drugu skupinu čine biljke, gljive i životinje, koje proučavaju relevantne grane znanosti i biologije općenito. Biljna stanica ima jezgru, citoplazmu i organele, o čemu će biti riječi u nastavku.
Različitost biljnih stanica
Na lomu zrele lubenice, jabuke ili krumpira, golim okom možete vidjeti strukturne "stanice" ispunjene tekućinom. To su stanice parenhima fetusa promjera do 1 mm. Vlakna limena su izdužene strukture čija duljina znatno premašuje širinu. Na primjer,stanica biljke koja se zove pamuk doseže duljinu od 65 mm. Lična vlakna lana i konoplje imaju linearne dimenzije 40-60 mm. Tipične stanice su mnogo manje -20-50 µm. Takvi sićušni strukturni elementi mogu se vidjeti samo pod mikroskopom. Značajke najmanjih strukturnih jedinica biljnog organizma očituju se ne samo u razlikama u obliku i veličini, već iu funkcijama koje se obavljaju u sastavu tkiva.
Biljtna stanica: osnovne strukturne značajke
Jezgra i citoplazma su međusobno usko povezani i međusobno djeluju, što potvrđuju i istraživanja znanstvenika. To su glavni dijelovi eukariotske stanice, svi ostali strukturni elementi ovise o njima. Jezgra služi za pohranu i prijenos genetskih informacija potrebnih za sintezu proteina.
Britanski znanstvenik R. Brown 1831. prvi je primijetio posebno tijelo (nukleus) u stanici biljke iz obitelji orhideja. Bila je to jezgra okružena polutekućom citoplazmom. Naziv ove tvari u doslovnom prijevodu s grčkog znači "primarna masa stanice". Može biti više tekućina ili viskozna, ali je nužno prekrivena membranom. Vanjska ljuska stanice sastoji se uglavnom od celuloze, lignina i voska. Jedna značajka koja razlikuje biljne i životinjske stanice je prisutnost ove jake celulozne stijenke.
Struktura citoplazme
Unutarnji dio biljne stanice ispunjen je hijaloplazmom u kojoj su suspendirane male granule. Bliže ljusci, takozvana endoplazma prelazi u viskozniju egzoplazmu. Točnote tvari, kojima je ispunjena biljna stanica, služe kao mjesto za tok biokemijskih reakcija i transport spojeva, smještaj organela i inkluzija.
Otprilike 70-85% citoplazme je voda, 10-20% su proteini, ostale kemijske komponente - ugljikohidrati, lipidi, mineralni spojevi. Biljne stanice imaju citoplazmu, u kojoj se među krajnjim produktima sinteze nalaze bioregulatori funkcija i rezervne tvari (vitamini, enzimi, ulja, škrob).
Core
Usporedba biljnih i životinjskih stanica pokazuje da imaju sličnu strukturu jezgre, koja se nalazi u citoplazmi i zauzima do 20% njenog volumena. Englez R. Brown, koji je prvi ispitao ovu najvažniju i najstalniju komponentu svih eukariota pod mikroskopom, dao joj je ime od latinske riječi nucleus. Izgled jezgri obično korelira s oblikom i veličinom stanica, ali se ponekad razlikuje od njih. Obavezni elementi strukture su membrana, kariolimfa, nukleolus i kromatin.
U membrani postoje pore koje odvajaju jezgru od citoplazme. Oni transportiraju tvari iz jezgre u citoplazmu i obrnuto. Kariolimfa je tekući ili viskozni nuklearni sadržaj s područjima kromatina. Jezgra sadrži ribonukleinsku kiselinu (RNA) koja ulazi u ribosome citoplazme kako bi sudjelovala u sintezi proteina. Druga nukleinska kiselina, deoksiribonukleinska kiselina (DNK), također je prisutna u velikim količinama. DNA i RNA su prvi put otkriveni u životinjskim stanicama 1869. godine, a potom pronađeni u biljkama. Jezgra je središteupravljanje” unutarstaničnim procesima, mjesto za pohranjivanje informacija o nasljednim karakteristikama cijelog organizma.
Endoplazmatski retikulum (ER)
Struktura životinjskih i biljnih stanica ima značajnu sličnost. U citoplazmi su nužno prisutne unutarnje tubule ispunjene tvarima različitog porijekla i sastava. Zrnati tip EPS-a razlikuje se od agranularnog tipa po prisutnosti ribosoma na površini membrane. Prvi je uključen u sintezu proteina, drugi igra ulogu u stvaranju ugljikohidrata i lipida. Kako su istraživači utvrdili, kanali ne samo da prodiru u citoplazmu, već su povezani sa svakom organelom žive stanice. Stoga je vrijednost EPS-a vrlo cijenjena kao sudionika u metabolizmu, sustavu komunikacije s okolinom.
ribosome
Teško je zamisliti strukturu biljne ili životinjske stanice bez ovih malih čestica. Ribosomi su vrlo mali i mogu se vidjeti samo elektronskim mikroskopom. U sastavu tijela prevladavaju proteini i molekule ribonukleinskih kiselina, mala je količina iona kalcija i magnezija. Gotovo sva stanična RNA koncentrirana je u ribosomima; oni osiguravaju sintezu proteina "sastavljajući" proteine iz aminokiselina. Zatim proteini ulaze u ER kanale i prenose se mrežom kroz stanicu, prodiru u jezgru.
Mitohondrije
Ove organele stanice smatraju se njezinim energetskim stanicama, vidljive su kada se povećaju u konvencionalnom svjetlosnom mikroskopu. Broj mitohondrija varira u vrlo širokom rasponu, mogu biti jedinice ili tisuće. Struktura organoida nije jako složena, postoje dvijemembrane i matriks iznutra. Mitohondriji se sastoje od proteinskih lipida, DNA i RNA, odgovorni su za biosintezu ATP - adenozin trifosforne kiseline. Ovu tvar biljne ili životinjske stanice karakterizira prisutnost tri fosfata. Razdvajanje svakog od njih osigurava energiju potrebnu za sve životne procese u samoj stanici i cijelom tijelu. Naprotiv, dodavanje ostataka fosforne kiseline omogućuje pohranjivanje energije i njezin prijenos u ovom obliku po cijeloj stanici.
Razmotrite stanične organele na donjoj slici i navedite one koje već poznajete. Obratite pažnju na veliku vezikulu (vakuolu) i zelene plastide (kloroplaste). O njima ćemo kasnije.
Golgi kompleks
Složeni stanični organoid sastoji se od granula, membrana i vakuola. Kompleks je otvoren 1898. godine i dobio je ime po talijanskom biologu. Značajke biljnih stanica su ujednačena raspodjela Golgijevih čestica u cijeloj citoplazmi. Znanstvenici vjeruju da je kompleks neophodan za regulaciju sadržaja vode i otpadnih tvari, uklanjanje suvišnih tvari.
Plastidi
Samo stanice biljnog tkiva sadrže zelene organele. Osim toga, postoje bezbojni, žuti i narančasti plastidi. Njihova struktura i funkcije odražavaju vrstu ishrane biljaka, a mogu mijenjati boju uslijed kemijskih reakcija. Glavne vrste plastida:
- narančasti i žuti kromoplasti formirani od karotena i ksantofila;
- kloroplasti koji sadrže zrnca klorofila -zeleni pigment;
- leukoplasti su bezbojni plastidi.
Struktura biljne stanice povezana je s kemijskim reakcijama sinteze organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode pomoću svjetlosne energije. Naziv ovog nevjerojatnog i vrlo složenog procesa je fotosinteza. Reakcije se provode zahvaljujući klorofilu, upravo ta tvar je u stanju uhvatiti energiju snopa svjetlosti. Prisutnost zelenog pigmenta objašnjava karakterističnu boju lišća, zeljastih stabljika, nezrelih plodova. Klorofil je po strukturi sličan hemoglobinu u krvi životinja i ljudi.
Crvena, žuta i narančasta boja raznih biljnih organa posljedica je prisutnosti kromoplasta u stanicama. Temelje se na velikoj skupini karotenoida koji igraju važnu ulogu u metabolizmu. Leukoplasti su odgovorni za sintezu i nakupljanje škroba. Plastidi rastu i množe se u citoplazmi, krećući se zajedno s njom duž unutarnje membrane biljne stanice. Bogate su enzimima, ionima i drugim biološki aktivnim spojevima.
Razlike u mikroskopskoj strukturi glavnih skupina živih organizama
Većina stanica nalikuje sićušnoj vrećici ispunjenoj sluzi, tijelima, granulama i vezikulama. Često postoje razne inkluzije u obliku čvrstih kristala minerala, kapi ulja, škrobnih zrnaca. Stanice su u bliskom kontaktu u sastavu biljnih tkiva, život u cjelini ovisi o aktivnosti ovih najmanjih strukturnih jedinica koje čine cjelinu.
S višestaničnom strukturom, postojispecijalizacija, koja se izražava u različitim fiziološkim zadaćama i funkcijama mikroskopskih strukturnih elemenata. Oni su uglavnom određeni položajem tkiva u lišću, korijenu, stabljici ili generativnim organima biljke.
Istaknimo glavne elemente usporedbe biljne stanice s elementarnim strukturnim jedinicama drugih živih organizama:
- Gusta ljuska, karakteristična samo za biljke, formirana je od vlakana (celuloze). U gljivama se membrana sastoji od izdržljivog hitina (posebnog proteina).
- Stanice biljaka i gljiva razlikuju se po boji zbog prisutnosti ili odsutnosti plastida. Tijela kao što su kloroplasti, kromoplasti i leukoplasti prisutna su samo u biljnoj citoplazmi.
- Postoji organoid koji razlikuje životinje - ovo je centriol (centar stanice).
- Samo u biljnoj stanici postoji velika središnja vakuola ispunjena tekućim sadržajem. Obično je ovaj stanični sok obojen pigmentima u različitim bojama.
- Glavni rezervni spoj biljnog organizma je škrob. Gljive i životinje akumuliraju glikogen u svojim stanicama.
Među algama poznate su mnoge pojedinačne, slobodno žive stanice. Na primjer, takav neovisni organizam je klamidomonas. Iako se biljke razlikuju od životinja po prisutnosti celulozne stanične stijenke, ali zametnim stanicama nedostaje tako gusta ljuska - ovo je još jedan dokaz jedinstva organskog svijeta.
