I corpi degli organismi viventi possono essere una singola cellula, un gruppo di essi o un enorme accumulo, che conta miliardi di tali strutture elementari. Questi ultimi includono la maggior parte delle piante superiori. Lo studio della cellula - elemento principale della struttura e delle funzioni degli organismi viventi - si occupa di citologia. Questo ramo della biologia iniziò a svilupparsi rapidamente dopo la scoperta del microscopio elettronico, il miglioramento della cromatografia e altri metodi di biochimica. Considera le caratteristiche principali, nonché le caratteristiche per cui la cellula vegetale differisce dalle più piccole unità strutturali della struttura di batteri, funghi e animali.
Apertura della cella da parte di R. Hooke
La teoria dei minuscoli elementi della struttura di tutti gli esseri viventi ha superato il percorso di sviluppo, misurato in centinaia di anni. La struttura della membrana cellulare vegetale è stata vista per la prima volta nel suo microscopio dallo scienziato britannico R. Hooke. Le disposizioni generali dell'ipotesi cellulare furono formulate da Schleiden e Schwann, prima che altri ricercatori giungessero a conclusioni simili.
L'inglese R. Hooke esaminò una fetta di sughero di quercia al microscopio e ne presentò i risultati a una riunione della Royal Society a Londra il 13 aprile 1663 (secondo altre fonti, l'evento avvenne nel 1665). Si è scoperto che la corteccia di un albero è composta da minuscole cellule, chiamate "cellule" da Hooke. Le pareti di queste camere, formando un motivo a forma di nido d'ape, lo scienziato considerava una sostanza vivente e la cavità era riconosciuta come una struttura ausiliaria senza vita. Successivamente è stato dimostrato che all'interno delle cellule delle piante e degli animali contengono una sostanza, senza la quale la loro esistenza è impossibile, e l'attività dell'intero organismo.
Teoria cellulare
L'importante scoperta di R. Hooke è stata sviluppata nel lavoro di altri scienziati che hanno studiato la struttura delle cellule animali e vegetali. Elementi strutturali simili sono stati osservati dagli scienziati su sezioni microscopiche di funghi multicellulari. Si è riscontrato che le unità strutturali degli organismi viventi hanno la capacità di dividersi. Sulla base della ricerca, i rappresentanti delle scienze biologiche della Germania M. Schleiden e T. Schwann formularono un'ipotesi che in seguito divenne la teoria cellulare.
Il confronto di cellule vegetali e animali con batteri, alghe e funghi ha permesso ai ricercatori tedeschi di giungere alla seguente conclusione: le "camere" scoperte da R. Hooke sono unità strutturali elementari e i processi che vi si verificano sono alla base della vita della maggior parte degli organismi sulla Terra. Un'importante aggiunta fu fatta da R. Virkhov nel 1855, notando che la divisione cellulare è l'unico modo per la loro riproduzione. La teoria di Schleiden-Schwann con perfezionamenti è diventata generalmente accettata in biologia.
La cellula è l'elemento più piccolo nella struttura e nella vita delle piante
Secondo le posizioni teoriche di Schleiden e Schwann,il mondo organico è uno, che dimostra la struttura microscopica simile di animali e piante. Oltre a questi due regni, l'esistenza cellulare è caratteristica di funghi, batteri e virus sono assenti. La crescita e lo sviluppo degli organismi viventi è assicurata dall'emergere di nuove cellule nel processo di divisione di quelle esistenti.
Un organismo multicellulare non è solo un accumulo di elementi strutturali. Piccole unità di struttura interagiscono tra loro, formando tessuti e organi. Gli organismi unicellulari vivono in isolamento, il che non impedisce loro di creare colonie. Le caratteristiche principali della cella:
- capacità di esistenza indipendente;
- proprio metabolismo;
- autoriproduzione;
- sviluppo.
Nell'evoluzione della vita, una delle fasi più importanti è stata la separazione del nucleo dal citoplasma con l'aiuto di una membrana protettiva. La connessione è stata preservata, perché queste strutture non possono esistere separatamente. Attualmente, ci sono due super-regni: organismi non nucleari e nucleari. Il secondo gruppo è formato da piante, funghi e animali, che sono studiati dalle branche rilevanti della scienza e della biologia in generale. Una cellula vegetale ha un nucleo, citoplasma e organelli, che verranno discussi di seguito.
Diversità delle cellule vegetali
Sulla rottura di un'anguria, una mela o una patata matura, puoi vedere ad occhio nudo "cellule" strutturali piene di liquido. Queste sono cellule del parenchima fetale con un diametro fino a 1 mm. Le fibre liberiane sono strutture allungate, la cui lunghezza supera significativamente la larghezza. Per esempio,la cellula di una pianta chiamata cotone raggiunge una lunghezza di 65 mm. Le fibre di rafia di lino e canapa hanno dimensioni lineari di 40–60 mm. Le cellule tipiche sono molto più piccole -20–50 µm. Tali minuscoli elementi strutturali possono essere visti solo al microscopio. Le caratteristiche delle più piccole unità strutturali di un organismo vegetale si manifestano non solo nelle differenze di forma e dimensione, ma anche nelle funzioni svolte nella composizione dei tessuti.
Cella vegetale: caratteristiche strutturali di base
Il nucleo e il citoplasma sono strettamente interconnessi e interagiscono tra loro, come confermano le ricerche degli scienziati. Queste sono le parti principali della cellula eucariotica, da esse dipendono tutti gli altri elementi strutturali. Il nucleo serve per immagazzinare e trasmettere le informazioni genetiche necessarie per la sintesi proteica.
Lo scienziato britannico R. Brown nel 1831 notò per la prima volta un corpo speciale (nucleo) nella cellula di una pianta della famiglia delle orchidee. Era un nucleo circondato da citoplasma semiliquido. Il nome di questa sostanza significa nella traduzione letterale dal greco "la massa primaria della cellula". Può essere più liquido o viscoso, ma è necessariamente ricoperto da una membrana. Il guscio esterno della cellula è costituito principalmente da cellulosa, lignina e cera. Una caratteristica che distingue le cellule vegetali e animali è la presenza di questa forte parete di cellulosa.
La struttura del citoplasma
La parte interna di una cellula vegetale è piena di ialoplasma con minuscoli granuli sospesi al suo interno. Più vicino al guscio, il cosiddetto endoplasma passa in un esoplasma più viscoso. Esattamentequeste sostanze, di cui è riempita la cellula vegetale, servono come luogo per il flusso di reazioni biochimiche e il trasporto di composti, il posizionamento di organelli e inclusioni.
Circa il 70-85% del citoplasma è costituito da acqua, il 10-20% da proteine, altri componenti chimici: carboidrati, lipidi, composti minerali. Le cellule vegetali hanno un citoplasma, nel quale, tra i prodotti finali della sintesi, sono presenti bioregolatori di funzioni e sostanze di riserva (vitamine, enzimi, oli, amido).
Nucleo
Il confronto tra cellule vegetali e animali mostra che hanno una struttura simile del nucleo, situato nel citoplasma e che occupa fino al 20% del suo volume. L'inglese R. Brown, che per primo esaminò al microscopio questo componente più importante e costante di tutti gli eucarioti, gli diede un nome dalla parola latina nucleus. L'aspetto dei nuclei di solito è correlato alla forma e alle dimensioni delle cellule, ma a volte differisce da esse. Gli elementi obbligatori della struttura sono la membrana, il cariolinfa, il nucleolo e la cromatina.
Ci sono dei pori nella membrana che separa il nucleo dal citoplasma. Trasportano le sostanze dal nucleo al citoplasma e viceversa. Il cariolinfa è un contenuto nucleare liquido o viscoso con aree di cromatina. Il nucleolo contiene acido ribonucleico (RNA) che entra nei ribosomi del citoplasma per partecipare alla sintesi proteica. Anche un altro acido nucleico, l'acido desossiribonucleico (DNA), è presente in grandi quantità. DNA e RNA furono scoperti per la prima volta nelle cellule animali nel 1869 e successivamente nelle piante. Il nucleo è il centrogestione” dei processi intracellulari, un luogo dove immagazzinare informazioni sulle caratteristiche ereditarie dell'intero organismo.
Reticolo endoplasmatico (ER)
La struttura delle cellule animali e vegetali ha una somiglianza significativa. Nel citoplasma sono necessariamente presenti tubuli interni pieni di sostanze di diversa origine e composizione. Il tipo granulare di EPS differisce dal tipo agranulare per la presenza di ribosomi sulla superficie della membrana. Il primo è coinvolto nella sintesi delle proteine, il secondo svolge un ruolo nella formazione di carboidrati e lipidi. Come hanno stabilito i ricercatori, i canali non solo penetrano nel citoplasma, ma sono associati a tutti gli organelli di una cellula vivente. Pertanto, il valore dell'EPS è molto apprezzato come partecipante al metabolismo, un sistema di comunicazione con l'ambiente.
Ribosoma
La struttura di una cellula vegetale o animale è difficile da immaginare senza queste piccole particelle. I ribosomi sono molto piccoli e possono essere visti solo con un microscopio elettronico. Le proteine e le molecole degli acidi ribonucleici predominano nella composizione dei corpi, c'è una piccola quantità di ioni calcio e magnesio. Quasi tutto l'RNA della cellula è concentrato nei ribosomi, che forniscono la sintesi proteica "assemblando" le proteine degli amminoacidi. Quindi le proteine entrano nei canali ER e vengono trasportate dalla rete attraverso la cellula, penetrano nel nucleo.
Mitocondri
Questi organelli della cellula sono considerati le sue stazioni energetiche, sono visibili se ingranditi con un microscopio ottico convenzionale. Il numero di mitocondri varia in un intervallo molto ampio, possono esserci unità o migliaia. La struttura dell'organoide non è molto complessa, ce ne sono duemembrane e matrice all'interno. I mitocondri sono composti da lipidi proteici, DNA e RNA, sono responsabili della biosintesi dell'ATP - acido adenosina trifosforico. Questa sostanza di una cellula vegetale o animale è caratterizzata dalla presenza di tre fosfati. La scissione di ciascuno di essi fornisce l'energia necessaria per tutti i processi vitali nella cellula stessa e in tutto il corpo. Al contrario, l'aggiunta di residui di acido fosforico permette di immagazzinare energia e trasferirla in questa forma in tutta la cellula.
Considera gli organelli cellulari nella figura seguente e nomina quelli che già conosci. Notare la grande vescicola (vacuolo) e i plastidi verdi (cloroplasti). Ne parleremo più avanti.
Complesso del Golgi
Organoide cellulare complesso costituito da granuli, membrane e vacuoli. Il complesso è stato inaugurato nel 1898 e prende il nome dal biologo italiano. Le caratteristiche delle cellule vegetali sono la distribuzione uniforme delle particelle di Golgi in tutto il citoplasma. Gli scienziati ritengono che il complesso sia necessario per regolare il contenuto di acqua e prodotti di scarto, rimuovere le sostanze in eccesso.
Plastidi
Solo le cellule dei tessuti vegetali contengono organelli verdi. Inoltre, ci sono plastidi incolori, gialli e arancioni. La loro struttura e le loro funzioni riflettono il tipo di nutrizione delle piante e sono in grado di cambiare colore a causa di reazioni chimiche. Principali tipi di plastidi:
- cromoplasti arancioni e gialli formati da carotene e xantofilla;
- cloroplasti contenenti granuli di clorofilla -pigmento verde;
- I leucoplasti sono plastidi incolori.
La struttura di una cellula vegetale è associata alle reazioni chimiche della sintesi della materia organica dall'anidride carbonica e dall'acqua utilizzando l'energia della luce. Il nome di questo processo sorprendente e molto complesso è fotosintesi. Le reazioni si svolgono grazie alla clorofilla, è questa sostanza che è in grado di catturare l'energia di un raggio di luce. La presenza del pigmento verde spiega il colore caratteristico delle foglie, dei fusti erbacei, dei frutti acerbi. La clorofilla ha una struttura simile all'emoglobina nel sangue degli animali e degli esseri umani.
Il colore rosso, giallo e arancione di vari organi vegetali è dovuto alla presenza di cromoplasti nelle cellule. Si basano su un ampio gruppo di carotenoidi che svolgono un ruolo importante nel metabolismo. I leucoplasti sono responsabili della sintesi e dell'accumulo di amido. I plastidi crescono e si moltiplicano nel citoplasma, muovendosi con esso lungo la membrana interna della cellula vegetale. Sono ricchi di enzimi, ioni e altri composti biologicamente attivi.
Differenze nella struttura microscopica dei principali gruppi di organismi viventi
La maggior parte delle cellule assomiglia a una piccola sacca piena di muco, corpi, granuli e vescicole. Spesso ci sono varie inclusioni sotto forma di cristalli solidi di minerali, gocce di oli, grani di amido. Le cellule sono in stretto contatto nella composizione dei tessuti vegetali, la vita nel suo insieme dipende dall'attività di queste più piccole unità strutturali che formano un tutto.
Con una struttura multicellulare, c'èspecializzazione, che si esprime in diversi compiti fisiologici e funzioni di elementi strutturali microscopici. Sono determinati principalmente dalla posizione dei tessuti nelle foglie, nella radice, nel fusto o negli organi genitali della pianta.
Evidenziamo gli elementi principali del confronto della cellula vegetale con le unità strutturali elementari di altri organismi viventi:
- Il guscio denso, caratteristico solo delle piante, è formato da fibra (cellulosa). Nei funghi, la membrana è costituita da chitina durevole (una proteina speciale).
- Le cellule di piante e funghi differiscono per colore a causa della presenza o assenza di plastidi. Corpi come cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti sono presenti solo nel citoplasma vegetale.
- C'è un organoide che distingue gli animali: questo è il centriolo (centro cellulare).
- Solo nella cellula vegetale c'è un grande vacuolo centrale pieno di contenuto liquido. Di solito questa linfa cellulare è colorata con pigmenti di diversi colori.
- Il principale composto di riserva dell'organismo vegetale è l'amido. I funghi e gli animali accumulano glicogeno nelle loro cellule.
Tra le alghe, sono note molte cellule singole a vita libera. Ad esempio, un organismo così indipendente è chlamydomonas. Sebbene le piante differiscano dagli animali in presenza di una parete cellulare di cellulosa, ma le cellule germinali mancano di un guscio così denso - questa è un' altra prova dell'unità del mondo organico.
