Těla živých organismů mohou být jedinou buňkou, jejich skupinou nebo obrovskou akumulací čítající miliardy takových elementárních struktur. Mezi posledně jmenované patří většina vyšších rostlin. Studium buňky - hlavního prvku stavby a funkcí živých organismů - se zabývá cytologií. Toto odvětví biologie se začalo rychle rozvíjet po objevu elektronového mikroskopu, zdokonalení chromatografie a dalších metod biochemie. Zvažte hlavní rysy a také rysy, kterými se rostlinná buňka liší od nejmenších strukturních jednotek struktury bakterií, hub a zvířat.
Otevření buňky R. Hooke
Teorie drobných prvků struktury všeho živého prošla cestou vývoje měřeného za stovky let. Strukturu membrány rostlinné buňky poprvé viděl ve svém mikroskopu britský vědec R. Hooke. Obecná ustanovení buněčné hypotézy formulovali Schleiden a Schwann, předtím učinili další výzkumníci podobné závěry.
Angličan R. Hooke zkoumal pod mikroskopem plátek dubového korku a výsledky prezentoval na zasedání Královské společnosti v Londýně 13. dubna 1663 (podlez jiných zdrojů k události došlo v roce 1665). Ukázalo se, že kůra stromu se skládá z malých buněk, které Hooke nazývají „buňky“. Stěny těchto komůrek, tvořící vzor v podobě plástve, vědec považoval za živou hmotu, a dutinu uznal za neživou, pomocnou strukturu. Později se ukázalo, že uvnitř buněk rostlin a živočichů obsahují látku, bez které je jejich existence nemožná, a činnost celého organismu.
Buněčná teorie
Důležitý objev R. Hooka byl vyvinut v dílech jiných vědců, kteří studovali strukturu živočišných a rostlinných buněk. Podobné strukturní prvky vědci pozorovali na mikroskopických řezech mnohobuněčných hub. Bylo zjištěno, že strukturní jednotky živých organismů mají schopnost dělení. Na základě výzkumu formulovali zástupci biologických věd Německa M. Schleiden a T. Schwann hypotézu, která se později stala buněčnou teorií.
Porovnání rostlinných a živočišných buněk s bakteriemi, řasami a houbami umožnilo německým výzkumníkům dospět k následujícímu závěru: „komory“objevené R. Hookem jsou elementární strukturální jednotky a procesy v nich probíhající jsou základem života většiny organismů na Zemi. Důležitý dodatek provedl R. Virkhov v roce 1855, když poznamenal, že dělení buněk je jedinou cestou k jejich reprodukci. Schleiden-Schwannova teorie s upřesněními se stala v biologii obecně přijatou.
Buňka je nejmenší prvek ve struktuře a životě rostlin
Podle teoretických stanovisek Schleidena a Schwannaorganický svět je jeden, což dokazuje podobnou mikroskopickou stavbu zvířat a rostlin. Kromě těchto dvou království je buněčná existence charakteristická pro houby, bakterie a viry. Růst a vývoj živých organismů je zajištěn vznikem nových buněk v procesu dělení těch stávajících.
Mnohobuněčný organismus není jen nahromaděním strukturních prvků. Malé jednotky struktury na sebe vzájemně působí a tvoří tkáně a orgány. Jednobuněčné organismy žijí izolovaně, což jim nebrání ve vytváření kolonií. Hlavní rysy buňky:
- schopnost nezávislé existence;
- vlastní metabolismus;
- samoreprodukce;
- vývoj.
Ve vývoji života bylo jednou z nejdůležitějších fází oddělení jádra od cytoplazmy pomocí ochranné membrány. Spojení zůstalo zachováno, protože tyto struktury nemohou existovat samostatně. V současnosti existují dvě superříše – nejaderné a jaderné organismy. Druhou skupinu tvoří rostliny, houby a živočichové, kterým se věnují příslušná vědní odvětví a biologie obecně. Rostlinná buňka má jádro, cytoplazmu a organely, o kterých bude pojednáno níže.
Rozmanitost rostlinných buněk
Na zlomu zralého melounu, jablka nebo bramboru můžete pouhým okem vidět strukturální „buňky“naplněné tekutinou. Jedná se o buňky fetálního parenchymu o průměru do 1 mm. Lýková vlákna jsou podlouhlé struktury, jejichž délka výrazně přesahuje šířku. Například,buňka rostliny zvané bavlník dosahuje délky 65 mm. Lýková vlákna lnu a konopí mají lineární rozměry 40–60 mm. Typické buňky jsou mnohem menší -20–50 µm. Takové drobné konstrukční prvky lze vidět pouze pod mikroskopem. Vlastnosti nejmenších strukturních jednotek rostlinného organismu se projevují nejen v rozdílech ve tvaru a velikosti, ale také ve funkcích vykonávaných ve složení tkání.
Rostlinná buňka: základní konstrukční prvky
Jádro a cytoplazma jsou úzce propojeny a vzájemně se ovlivňují, což potvrzují výzkumy vědců. To jsou hlavní části eukaryotické buňky, závisí na nich všechny ostatní strukturní prvky. Jádro slouží k ukládání a přenosu genetické informace nezbytné pro syntézu bílkovin.
Britský vědec R. Brown si v roce 1831 poprvé všiml zvláštního tělesa (jádra) v buňce rostliny z čeledi orchidejí. Bylo to jádro obklopené polotekutou cytoplazmou. Název této látky znamená v doslovném překladu z řečtiny „primární hmota buňky“. Může být tekutější nebo viskóznější, ale je nutně pokrytý membránou. Vnější plášť buňky se skládá hlavně z celulózy, ligninu a vosku. Jedním rysem, který odlišuje rostlinné a živočišné buňky, je přítomnost této silné celulózové stěny.
Struktura cytoplazmy
Vnitřní část rostlinné buňky je vyplněna hyaloplazmou s drobnými granulemi suspendovanými v ní. Blíže ke skořápce přechází tzv. endoplazma ve viskóznější exoplazmu. Přesně taktyto látky, kterými je rostlinná buňka naplněna, slouží jako místo pro tok biochemických reakcí a transport sloučenin, umístění organel a inkluzí.
Přibližně 70–85 % cytoplazmy tvoří voda, 10–20 % bílkoviny, další chemické složky – sacharidy, lipidy, minerální sloučeniny. Rostlinné buňky mají cytoplazmu, ve které jsou mezi konečnými produkty syntézy bioregulátory funkcí a rezervní látky (vitamíny, enzymy, oleje, škrob).
Jádro
Porovnání rostlinných a živočišných buněk ukazuje, že mají podobnou strukturu jádra, které se nachází v cytoplazmě a zabírá až 20 % jejího objemu. Angličan R. Brown, který tuto nejdůležitější a konstantní složku všech eukaryot poprvé zkoumal pod mikroskopem, jí dal jméno z latinského slova nucleus. Vzhled jader obvykle koreluje s tvarem a velikostí buněk, ale někdy se od nich liší. Povinnými prvky struktury jsou membrána, karyolymfa, jadérko a chromatin.
V membráně jsou póry, které oddělují jádro od cytoplazmy. Transportují látky z jádra do cytoplazmy a naopak. Karyolymfa je kapalný nebo viskózní jaderný obsah s oblastmi chromatinu. Nukleolus obsahuje ribonukleovou kyselinu (RNA), která vstupuje do ribozomů cytoplazmy, aby se účastnila syntézy proteinů. Další nukleová kyselina, deoxyribonukleová kyselina (DNA), je také přítomna ve velkém množství. DNA a RNA byly poprvé objeveny v živočišných buňkách v roce 1869 a následně nalezeny v rostlinách. Jádro je středmanagement“intracelulárních procesů, místo pro ukládání informací o dědičných vlastnostech celého organismu.
Endoplazmatické retikulum (ER)
Struktura živočišných a rostlinných buněk má významnou podobnost. V cytoplazmě jsou nezbytně přítomny vnitřní tubuly naplněné látkami různého původu a složení. Granulovaný typ EPS se od agranulárního typu liší přítomností ribozomů na povrchu membrány. První se podílí na syntéze bílkovin, druhý hraje roli při tvorbě sacharidů a lipidů. Jak vědci zjistili, kanály nejen pronikají do cytoplazmy, ale jsou spojeny s každou organelou živé buňky. Proto je hodnota EPS vysoce ceněna jako účastník metabolismu, systému komunikace s okolím.
Ribosome
Struktura rostlinné nebo živočišné buňky je bez těchto malých částic těžko představitelná. Ribozomy jsou velmi malé a lze je vidět pouze elektronovým mikroskopem. Ve složení těl převažují bílkoviny a molekuly ribonukleových kyselin, v malém množství je iontů vápníku a hořčíku. Téměř veškerá RNA buňky je soustředěna v ribozomech, které zajišťují syntézu proteinů „skládáním“proteinů z aminokyselin. Poté proteiny vstupují do ER kanálů a jsou přenášeny sítí po celé buňce, pronikají do jádra.
Mitochondrie
Tyto organely buňky jsou považovány za její energetické stanice, jsou viditelné při zvětšení v běžném světelném mikroskopu. Počet mitochondrií se pohybuje ve velmi širokém rozmezí, mohou to být jednotky nebo tisíce. Struktura organoidu není příliš složitá, jsou dvěmembrány a matrice uvnitř. Mitochondrie jsou složeny z proteinových lipidů, DNA a RNA, jsou zodpovědné za biosyntézu ATP – kyseliny adenosintrifosforečné. Tato látka rostlinné nebo živočišné buňky se vyznačuje přítomností tří fosfátů. Rozštěpení každého z nich poskytuje energii potřebnou pro všechny životní procesy v buňce samotné i v celém těle. Naopak přidání zbytků kyseliny fosforečné umožňuje ukládat energii a přenášet ji v této formě do celé buňky.
Zvažte buněčné organely na obrázku níže a pojmenujte ty, které již znáte. Všimněte si velké vezikuly (vakuola) a zelených plastidů (chloroplastů). Promluvíme si o nich později.
Golgiho komplex
Komplexní buněčný organoid se skládá z granulí, membrán a vakuol. Komplex byl otevřen v roce 1898 a byl pojmenován po italském biologovi. Rysy rostlinných buněk jsou rovnoměrná distribuce Golgiho částic v cytoplazmě. Vědci se domnívají, že komplex je nezbytný k regulaci obsahu vody a odpadních látek, odstranění přebytečných látek.
Plastids
Zelené organely obsahují pouze buňky rostlinné tkáně. Kromě toho existují bezbarvé, žluté a oranžové plastidy. Jejich struktura a funkce odrážejí typ výživy rostlin a díky chemickým reakcím dokážou měnit barvu. Hlavní typy plastidů:
- oranžové a žluté chromoplasty tvořené karotenem a xantofylem;
- chloroplasty obsahující zrna chlorofylu -zelený pigment;
- leukoplasty jsou bezbarvé plastidy.
Struktura rostlinné buňky je spojena s chemickými reakcemi syntézy organické hmoty z oxidu uhličitého a vody pomocí světelné energie. Název tohoto úžasného a velmi složitého procesu je fotosyntéza. Reakce probíhají díky chlorofylu, právě tato látka je schopna zachytit energii paprsku světla. Přítomnost zeleného pigmentu vysvětluje charakteristickou barvu listů, bylinných stonků, nezralého ovoce. Chlorofyl má podobnou strukturu jako hemoglobin v krvi zvířat a lidí.
Červená, žlutá a oranžová barva různých rostlinných orgánů je způsobena přítomností chromoplastů v buňkách. Jsou založeny na velké skupině karotenoidů, které hrají důležitou roli v metabolismu. Leukoplasty jsou zodpovědné za syntézu a akumulaci škrobu. Plastidy rostou a množí se v cytoplazmě a pohybují se spolu s ní podél vnitřní membrány rostlinné buňky. Jsou bohaté na enzymy, ionty a další biologicky aktivní sloučeniny.
Rozdíly v mikroskopické stavbě hlavních skupin živých organismů
Většina buněk připomíná malý váček naplněný hlenem, tělísky, granulemi a váčky. Často se vyskytují různé inkluze ve formě pevných krystalů minerálů, kapek olejů, škrobových zrn. Buňky jsou ve složení rostlinných pletiv v těsném kontaktu, život jako celek závisí na aktivitě těchto nejmenších strukturních jednotek, které tvoří celek.
S mnohobuněčnou strukturou existujespecializace, která se projevuje v různých fyziologických úlohách a funkcích mikroskopických strukturních prvků. Jsou určeny především umístěním pletiv v listech, kořenu, stonku nebo generativních orgánech rostliny.
Vyzdvihněme hlavní prvky srovnání rostlinné buňky s elementárními strukturními jednotkami jiných živých organismů:
- Hustý obal, charakteristický pouze pro rostliny, je tvořen vláknem (celulózou). U hub se membrána skládá z odolného chitinu (speciálního proteinu).
- Buňky rostlin a hub se liší barvou kvůli přítomnosti nebo nepřítomnosti plastidů. Tělesa jako chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty jsou přítomny pouze v rostlinné cytoplazmě.
- Existuje organoid, který odlišuje zvířata – to je centriole (střed buňky).
- Pouze v rostlinné buňce je velká centrální vakuola naplněná tekutým obsahem. Obvykle je tato buněčná míza zbarvena pigmenty v různých barvách.
- Hlavní rezervní sloučeninou rostlinného organismu je škrob. Houby a zvířata akumulují glykogen ve svých buňkách.
Mezi řasami je známo mnoho samostatných, volně žijících buněk. Takovým nezávislým organismem je například chlamydomonas. Rostliny se sice od zvířat liší přítomností celulózové buněčné stěny, ale zárodečným buňkám chybí tak hustý obal – to je další důkaz jednoty organického světa.
