Telá živých organizmov môžu byť jednou bunkou, ich skupinou alebo obrovskou akumuláciou, ktorá má miliardy takýchto elementárnych štruktúr. K posledným patrí väčšina vyšších rastlín. Štúdium bunky - hlavného prvku stavby a funkcií živých organizmov - sa zaoberá cytológiou. Toto odvetvie biológie sa začalo rýchlo rozvíjať po objavení elektrónového mikroskopu, zdokonalení chromatografie a iných metód biochémie. Zvážte hlavné črty, ako aj črty, ktorými sa rastlinná bunka líši od najmenších štruktúrnych jednotiek štruktúry baktérií, húb a živočíchov.
Otvorenie bunky R. Hooke
Teória drobných prvkov štruktúry všetkých živých vecí prešla cestou vývoja meraného za stovky rokov. Štruktúru membrány rastlinných buniek prvýkrát videl vo svojom mikroskope britský vedec R. Hooke. Všeobecné ustanovenia bunkovej hypotézy sformulovali Schleiden a Schwann, predtým k podobným záverom dospeli iní výskumníci.
Angličan R. Hooke skúmal pod mikroskopom plátok dubového korku a výsledky prezentoval na stretnutí Kráľovskej spoločnosti v Londýne 13. apríla 1663 (podľaz iných zdrojov sa udalosť stala v roku 1665). Ukázalo sa, že kôra stromu pozostáva z malých buniek, ktoré Hooke nazýva "bunky". Steny týchto komôr, ktoré tvoria vzor vo forme včelieho plástu, vedci považovali za živú látku a dutinu uznali za neživú, pomocnú štruktúru. Neskôr sa dokázalo, že vo vnútri buniek rastlín a živočíchov obsahujú látku, bez ktorej je nemožná ich existencia a činnosť celého organizmu.
Teória buniek
Dôležitý objav R. Hooka bol vyvinutý v prácach iných vedcov, ktorí študovali štruktúru živočíšnych a rastlinných buniek. Podobné štruktúrne prvky vedci pozorovali na mikroskopických rezoch mnohobunkových húb. Zistilo sa, že štruktúrne jednotky živých organizmov majú schopnosť deliť sa. Na základe výskumu predstavitelia biologických vied Nemecka M. Schleiden a T. Schwann sformulovali hypotézu, ktorá sa neskôr stala teóriou buniek.
Porovnanie rastlinných a živočíšnych buniek s baktériami, riasami a hubami umožnilo nemeckým výskumníkom dospieť k nasledovnému záveru: „komory“objavené R. Hookom sú elementárne štrukturálne jednotky a procesy, ktoré sa v nich vyskytujú, sú základom života väčšiny organizmov na Zemi. Dôležitý doplnok urobil R. Virkhov v roku 1855, pričom poznamenal, že delenie buniek je jediný spôsob ich rozmnožovania. Schleiden-Schwannova teória s vylepšeniami sa stala všeobecne akceptovanou v biológii.
Bunka je najmenší prvok v štruktúre a živote rastlín
Podľa teoretických pozícií Schleidena a Schwanna,organický svet je jeden, čo dokazuje podobnú mikroskopickú stavbu zvierat a rastlín. Okrem týchto dvoch kráľovstiev je bunková existencia charakteristická pre huby, baktérie a vírusy chýbajú. Rast a vývoj živých organizmov je zabezpečený vznikom nových buniek v procese delenia existujúcich.
Mnohobunkový organizmus nie je len nahromadením štrukturálnych prvkov. Malé jednotky štruktúry navzájom interagujú a vytvárajú tkanivá a orgány. Jednobunkové organizmy žijú izolovane, čo im nebráni vo vytváraní kolónií. Hlavné vlastnosti bunky:
- schopnosť samostatnej existencie;
- vlastný metabolizmus;
- samoreprodukcia;
- vývoj.
V evolúcii života bolo jedným z najdôležitejších štádií oddelenie jadra od cytoplazmy pomocou ochrannej membrány. Spojenie zostalo zachované, pretože tieto štruktúry nemôžu existovať oddelene. V súčasnosti existujú dve superkráľovstvá – nejadrové a jadrové organizmy. Druhú skupinu tvoria rastliny, huby a živočíchy, ktorým sa venujú príslušné vedné odbory a biológia vôbec. Rastlinná bunka má jadro, cytoplazmu a organely, o ktorých sa bude diskutovať nižšie.
Rozmanitosť rastlinných buniek
Na zlome zrelého melónu, jablka alebo zemiaku môžete voľným okom vidieť štruktúrne „bunky“naplnené tekutinou. Ide o bunky parenchýmu plodu s priemerom do 1 mm. Lykové vlákna sú predĺžené štruktúry, ktorých dĺžka výrazne presahuje šírku. Napríklad,bunka rastliny zvanej bavlník dosahuje dĺžku 65 mm. Lykové vlákna ľanu a konope majú lineárne rozmery 40–60 mm. Typické bunky sú oveľa menšie -20–50 µm. Takéto drobné konštrukčné prvky je možné vidieť iba pod mikroskopom. Vlastnosti najmenších štruktúrnych jednotiek rastlinného organizmu sa prejavujú nielen v rozdieloch v tvare a veľkosti, ale aj vo funkciách vykonávaných v zložení tkanív.
Rastlinná bunka: základné štrukturálne prvky
Jadro a cytoplazma sú úzko prepojené a navzájom sa ovplyvňujú, čo potvrdzujú aj výskumy vedcov. Toto sú hlavné časti eukaryotickej bunky, od nich závisia všetky ostatné štruktúrne prvky. Jadro slúži na uchovávanie a prenos genetickej informácie potrebnej na syntézu bielkovín.
Britský vedec R. Brown si v roku 1831 prvýkrát všimol zvláštne telo (jadro) v bunke rastliny z čeľade orchideí. Bolo to jadro obklopené polotekutou cytoplazmou. Názov tejto látky znamená v doslovnom preklade z gréčtiny „primárna hmota bunky“. Môže byť viac tekutý alebo viskózny, ale je nevyhnutne pokrytý membránou. Vonkajší obal bunky pozostáva hlavne z celulózy, lignínu a vosku. Jednou z vlastností, ktorá odlišuje rastlinné a živočíšne bunky, je prítomnosť tejto silnej celulózovej steny.
Štruktúra cytoplazmy
Vnútorná časť rastlinnej bunky je vyplnená hyaloplazmou, v ktorej sú suspendované drobné granule. Bližšie k škrupine prechádza takzvaná endoplazma do viskóznejšej exoplazmy. presne taktieto látky, ktorými je rastlinná bunka naplnená, slúžia ako miesto pre tok biochemických reakcií a transport zlúčenín, umiestnenie organel a inklúzií.
Približne 70-85 % cytoplazmy tvorí voda, 10-20 % tvoria bielkoviny, ostatné chemické zložky – sacharidy, lipidy, minerálne zlúčeniny. Rastlinné bunky majú cytoplazmu, v ktorej sa medzi konečnými produktmi syntézy nachádzajú bioregulátory funkcií a rezervné látky (vitamíny, enzýmy, oleje, škrob).
Jadro
Porovnanie rastlinných a živočíšnych buniek ukazuje, že majú podobnú štruktúru jadra, ktoré sa nachádza v cytoplazme a zaberá až 20 % jej objemu. Angličan R. Brown, ktorý túto najdôležitejšiu a konštantnú zložku všetkých eukaryot ako prvý skúmal pod mikroskopom, jej dal názov z latinského slova nucleus. Vzhľad jadier zvyčajne koreluje s tvarom a veľkosťou buniek, ale niekedy sa od nich líši. Povinnými prvkami štruktúry sú membrána, karyolymfa, jadierko a chromatín.
V membráne sú póry, ktoré oddeľujú jadro od cytoplazmy. Transportujú látky z jadra do cytoplazmy a naopak. Karyolymfa je kvapalný alebo viskózny jadrový obsah s oblasťami chromatínu. Jadierko obsahuje ribonukleovú kyselinu (RNA), ktorá vstupuje do ribozómov cytoplazmy, aby sa podieľala na syntéze proteínov. Ďalšia nukleová kyselina, deoxyribonukleová kyselina (DNA), je tiež prítomná vo veľkých množstvách. DNA a RNA boli prvýkrát objavené v živočíšnych bunkách v roku 1869 a následne nájdené v rastlinách. Jadro je stredmanažment“vnútrobunkových procesov, miesto na uchovávanie informácií o dedičných vlastnostiach celého organizmu.
Endoplazmatické retikulum (ER)
Štruktúra živočíšnych a rastlinných buniek má významnú podobnosť. V cytoplazme sú nevyhnutne prítomné vnútorné tubuly naplnené látkami rôzneho pôvodu a zloženia. Granulovaný typ EPS sa líši od agranulárneho typu prítomnosťou ribozómov na povrchu membrány. Prvý sa podieľa na syntéze bielkovín, druhý hrá úlohu pri tvorbe sacharidov a lipidov. Ako vedci zistili, kanály nielen prenikajú do cytoplazmy, ale sú spojené s každou organelou živej bunky. Preto je hodnota EPS vysoko cenená ako účastník metabolizmu, systému komunikácie s okolím.
Ribosome
Štruktúra rastlinnej alebo živočíšnej bunky je ťažko predstaviteľná bez týchto malých častíc. Ribozómy sú veľmi malé a možno ich vidieť iba elektrónovým mikroskopom. V zložení tiel prevládajú bielkoviny a molekuly ribonukleových kyselín, je tu malé množstvo iónov vápnika a horčíka. Takmer všetka bunková RNA je koncentrovaná v ribozómoch, ktoré zabezpečujú syntézu proteínov „skladaním“proteínov z aminokyselín. Potom proteíny vstupujú do ER kanálov a sú prenášané sieťou po celej bunke, prenikajú do jadra.
Mitochondrie
Tieto organely bunky sa považujú za jej energetické stanice, sú viditeľné pri zväčšení v bežnom svetelnom mikroskope. Počet mitochondrií kolíše vo veľmi širokom rozmedzí, môžu to byť jednotky alebo tisíce. Štruktúra organoidu nie je príliš zložitá, existujú dvemembrány a matrice vo vnútri. Mitochondrie sú zložené z proteínových lipidov, DNA a RNA, sú zodpovedné za biosyntézu ATP – kyseliny adenozíntrifosforečnej. Táto látka rastlinnej alebo živočíšnej bunky sa vyznačuje prítomnosťou troch fosfátov. Rozdelenie každého z nich poskytuje energiu potrebnú pre všetky životné procesy v samotnej bunke a v celom tele. Naopak, pridanie zvyškov kyseliny fosforečnej umožňuje uchovávať energiu a prenášať ju v tejto forme do celej bunky.
Zvážte bunkové organely na obrázku nižšie a pomenujte tie, ktoré už poznáte. Všimnite si veľké vezikuly (vakuola) a zelené plastidy (chloroplasty). Porozprávame sa o nich neskôr.
Golgiho komplex
Komplexný bunkový organoid pozostáva z granúl, membrán a vakuol. Komplex bol otvorený v roku 1898 a bol pomenovaný po talianskom biológovi. Charakteristickým znakom rastlinných buniek je rovnomerná distribúcia Golgiho častíc v cytoplazme. Vedci sa domnievajú, že komplex je potrebný na reguláciu obsahu vody a odpadových látok, odstránenie nadbytočných látok.
Plastids
Len bunky rastlinného tkaniva obsahujú zelené organely. Okrem toho existujú bezfarebné, žlté a oranžové plastidy. Ich štruktúra a funkcie odrážajú typ výživy rastlín a sú schopné meniť farbu v dôsledku chemických reakcií. Hlavné typy plastidov:
- oranžové a žlté chromoplasty tvorené karoténom a xantofylom;
- chloroplasty obsahujúce zrná chlorofylu -zelený pigment;
- leukoplasty sú bezfarebné plastidy.
Štruktúra rastlinnej bunky je spojená s chemickými reakciami syntézy organickej hmoty z oxidu uhličitého a vody pomocou svetelnej energie. Názov tohto úžasného a veľmi zložitého procesu je fotosyntéza. Reakcie sa uskutočňujú vďaka chlorofylu, práve táto látka je schopná zachytiť energiu lúča svetla. Prítomnosť zeleného pigmentu vysvetľuje charakteristickú farbu listov, bylinných stoniek, nezrelého ovocia. Chlorofyl má podobnú štruktúru ako hemoglobín v krvi zvierat a ľudí.
Červená, žltá a oranžová farba rôznych rastlinných orgánov je spôsobená prítomnosťou chromoplastov v bunkách. Ich základom je veľká skupina karotenoidov, ktoré hrajú dôležitú úlohu v metabolizme. Leukoplasty sú zodpovedné za syntézu a akumuláciu škrobu. Plastidy rastú a množia sa v cytoplazme a pohybujú sa spolu s ňou pozdĺž vnútornej membrány rastlinnej bunky. Sú bohaté na enzýmy, ióny a ďalšie biologicky aktívne zlúčeniny.
Rozdiely v mikroskopickej štruktúre hlavných skupín živých organizmov
Väčšina buniek pripomína malý vačok plný hlienu, teliesok, granúl a vezikúl. Často existujú rôzne inklúzie vo forme pevných kryštálov minerálov, kvapiek olejov, škrobových zŕn. Bunky sú v zložení rastlinných tkanív v tesnom kontakte, život ako celok závisí od aktivity týchto najmenších štruktúrnych jednotiek, ktoré tvoria celok.
S mnohobunkovou štruktúrou existuješpecializácia, ktorá sa prejavuje v rôznych fyziologických úlohách a funkciách mikroskopických štruktúrnych prvkov. Sú určené najmä umiestnením pletív v listoch, koreni, stonke alebo generatívnych orgánoch rastliny.
Vyzdvihnime hlavné prvky porovnania rastlinnej bunky s elementárnymi štruktúrnymi jednotkami iných živých organizmov:
- Hustú škrupinu, charakteristickú len pre rastliny, tvorí vláknina (celulóza). V hubách sa membrána skladá z odolného chitínu (špeciálny proteín).
- Bunky rastlín a húb sa líšia farbou v dôsledku prítomnosti alebo neprítomnosti plastidov. Telá ako chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty sú prítomné iba v cytoplazme rastlín.
- Existuje organoid, ktorý rozlišuje zvieratá – toto je centriole (centro bunky).
- Len v rastlinnej bunke je veľká centrálna vakuola naplnená tekutým obsahom. Zvyčajne je táto bunková šťava zafarbená pigmentmi v rôznych farbách.
- Hlavnou rezervnou zlúčeninou rastlinného organizmu je škrob. Huby a zvieratá akumulujú glykogén vo svojich bunkách.
Medzi riasami je známych veľa samostatných, voľne žijúcich buniek. Napríklad takým nezávislým organizmom je chlamydomonas. Rastliny sa síce líšia od živočíchov prítomnosťou celulózovej bunkovej steny, no zárodočným bunkám takáto hustá škrupina chýba – to je ďalší dôkaz jednoty organického sveta.
