بدن موجودات زنده می تواند یک سلول واحد، گروهی از آنها یا تجمع عظیمی باشد که تعداد میلیاردها چنین ساختار ابتدایی را شامل می شود. دومی بیشتر گیاهان عالی را شامل می شود. مطالعه سلول - عنصر اصلی ساختار و عملکرد موجودات زنده - به سیتولوژی می پردازد. این شاخه از زیست شناسی پس از کشف میکروسکوپ الکترونی، بهبود کروماتوگرافی و سایر روش های بیوشیمی به سرعت شروع به توسعه کرد. ویژگی‌های اصلی و همچنین ویژگی‌هایی که سلول گیاهی با کوچکترین واحدهای ساختاری ساختار باکتری‌ها، قارچ‌ها و حیوانات متفاوت است را در نظر بگیرید.
باز کردن سلول توسط R. Hooke
نظریه عناصر ریز ساختار همه موجودات زنده مسیر توسعه را طی صدها سال اندازه گیری کرده است. ساختار غشای سلول گیاهی اولین بار توسط دانشمند بریتانیایی آر. هوک در میکروسکوپ وی مشاهده شد. مفاد کلی فرضیه سلول توسط Schleiden و Schwann فرموله شد، قبل از آن که سایر محققین به نتایج مشابهی دست یابند.
انگلیسی آر. هوک تکه ای از چوب پنبه بلوط را زیر میکروسکوپ بررسی کرد و نتایج را در جلسه انجمن سلطنتی در لندن در 13 آوریل 1663 ارائه کرد.منابع دیگر، این رویداد در سال 1665 رخ داده است). معلوم شد که پوست درخت از سلول های کوچکی تشکیل شده است که هوک آن را "سلول" می نامد. دیواره‌های این اتاقک‌ها که الگویی به شکل لانه زنبوری را تشکیل می‌داد، دانشمند به عنوان یک ماده زنده در نظر گرفت و حفره به عنوان ساختاری بی‌جان و کمکی شناخته شد. بعداً ثابت شد که در داخل سلول های گیاهان و جانوران ماده ای وجود دارد که بدون آن وجود آنها غیرممکن است و فعالیت کل ارگانیسم وجود دارد.
نظریه سلولی
کشف مهم R. Hooke در آثار دانشمندان دیگری که ساختار سلول های حیوانی و گیاهی را مطالعه کردند، توسعه یافت. عناصر ساختاری مشابهی توسط دانشمندان بر روی مقاطع میکروسکوپی قارچ های چند سلولی مشاهده شد. مشخص شد که واحدهای ساختاری موجودات زنده توانایی تقسیم شدن را دارند. بر اساس تحقیقات، نمایندگان علوم زیستی آلمان M. Schleiden و T. Schwann فرضیه ای را ارائه کردند که بعداً به نظریه سلول تبدیل شد.
مقایسه سلولهای گیاهی و حیوانی با باکتری‌ها، جلبک‌ها و قارچ‌ها به محققان آلمانی این امکان را داد که به این نتیجه برسند: "حفظه‌های" کشف‌شده توسط R. Hooke واحدهای ساختاری ابتدایی هستند و فرآیندهایی که در آنها اتفاق می‌افتد زیربنای حیات است. بیشتر موجودات روی زمین افزوده مهمی توسط R. Virkhov در سال 1855 انجام شد و اشاره کرد که تقسیم سلولی تنها راه تولید مثل آنهاست. نظریه Schleiden-Schwann با اصلاحات به طور کلی در زیست شناسی پذیرفته شده است.
سلول کوچکترین عنصر در ساختار و زندگی گیاهان است
بر اساس مواضع نظری شلیدن و شوان،دنیای ارگانیک یکی است که ساختار میکروسکوپی مشابه حیوانات و گیاهان را ثابت می کند. علاوه بر این دو پادشاهی، وجود سلولی مشخصه قارچ ها است، باکتری ها و ویروس ها وجود ندارند. رشد و توسعه موجودات زنده با ظهور سلول های جدید در فرآیند تقسیم سلول های موجود تضمین می شود.
ارگانیسم چند سلولی فقط تجمع عناصر ساختاری نیست. واحدهای کوچک ساختار با یکدیگر تعامل دارند و بافت ها و اندام ها را تشکیل می دهند. موجودات تک سلولی در انزوا زندگی می کنند که مانع از ایجاد کلنی نمی شود. ویژگی های اصلی سلول:
- قابلیت وجود مستقل؛
- متابولیسم خود؛
- بازتولید خود؛
- توسعه.
در تکامل حیات یکی از مهمترین مراحل جدا شدن هسته از سیتوپلاسم به کمک غشای محافظ بود. ارتباط حفظ شده است، زیرا این ساختارها نمی توانند به طور جداگانه وجود داشته باشند. در حال حاضر، دو ابر پادشاهی وجود دارد - موجودات غیر هسته ای و هسته ای. گروه دوم را گیاهان، قارچ ها و جانوران تشکیل می دهند که توسط شاخه های مربوطه علوم و به طور کلی زیست شناسی مورد مطالعه قرار می گیرند. یک سلول گیاهی دارای یک هسته، سیتوپلاسم و اندامک است که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
تنوع سلول های گیاهی
در شکستن یک هندوانه رسیده، سیب یا سیب زمینی، می توانید "سلول های" ساختاری پر از مایع را با چشم غیر مسلح ببینید. اینها سلولهای پارانشیم جنینی با قطر تا 1 میلی متر هستند. الیاف Bast ساختارهای کشیده ای هستند که طول آنها به طور قابل توجهی از عرض آنها بیشتر است. مثلا،طول سلول گیاهی به نام پنبه به 65 میلی متر می رسد. الیاف پایه کتان و کنف دارای ابعاد خطی 40 تا 60 میلی متر هستند. سلول های معمولی 20-50 میکرومتر بسیار کوچکتر هستند. چنین عناصر ساختاری کوچکی را فقط می توان زیر میکروسکوپ دید. ویژگی‌های کوچکترین واحدهای ساختاری موجودات گیاهی نه تنها در تفاوت‌های شکل و اندازه، بلکه در عملکردهای انجام شده در ترکیب بافت‌ها نیز آشکار می‌شود.
سلول گیاهی: ویژگی های ساختاری اساسی
هسته و سیتوپلاسم ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند و با یکدیگر تعامل دارند که تحقیقات دانشمندان نیز این موضوع را تایید می کند. اینها قسمتهای اصلی سلول یوکاریوتی هستند، همه عناصر ساختاری دیگر به آنها بستگی دارند. هسته برای ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی لازم برای سنتز پروتئین عمل می کند.
دانشمند بریتانیایی R. Brown در سال 1831 برای اولین بار متوجه جسم خاصی (هسته) در سلول گیاهی از خانواده ارکیده شد. این هسته ای بود که توسط سیتوپلاسم نیمه مایع احاطه شده بود. نام این ماده در ترجمه تحت اللفظی از یونانی به معنای "توده اولیه سلول" است. ممکن است مایع یا چسبناک تر باشد، اما لزوماً با یک غشاء پوشانده شده است. پوسته بیرونی سلول عمدتاً از سلولز، لیگنین و موم تشکیل شده است. یکی از ویژگی هایی که سلول های گیاهی و حیوانی را متمایز می کند وجود این دیواره سلولزی قوی است.
ساختار سیتوپلاسم
قسمت داخلی سلول گیاهی با هیالوپلاسم با دانه های ریز معلق در آن پر شده است. نزدیکتر به پوسته، به اصطلاح آندوپلاسم به یک اگزوپلاسم چسبناک تر منتقل می شود. دقیقااین مواد، که سلول گیاهی با آنها پر می شود، به عنوان مکانی برای جریان واکنش های بیوشیمیایی و انتقال ترکیبات، قرار دادن اندامک ها و آخال ها عمل می کنند.
تقریباً 70-85٪ سیتوپلاسم را آب، 10-20٪ پروتئین ها، سایر اجزای شیمیایی - کربوهیدرات ها، لیپیدها، ترکیبات معدنی تشکیل می دهد. سلول های گیاهی دارای سیتوپلاسمی هستند که در میان محصولات نهایی سنتز، تنظیم کننده های زیستی عملکردها و مواد ذخیره (ویتامین ها، آنزیم ها، روغن ها، نشاسته) در آن وجود دارد.
هسته
مقایسه سلول های گیاهی و حیوانی نشان می دهد که ساختار هسته مشابهی دارند که در سیتوپلاسم قرار دارد و تا 20٪ از حجم آن را اشغال می کند. آر براون انگلیسی که برای اولین بار این مهم ترین و ثابت ترین جزء همه یوکاریوت ها را زیر میکروسکوپ بررسی کرد، نام آن را از کلمه لاتین nucleus گذاشت. ظاهر هسته ها معمولاً با شکل و اندازه سلول ها ارتباط دارد، اما گاهی اوقات با آنها متفاوت است. عناصر اجباری ساختار عبارتند از غشاء، کاریولنف، هسته و کروماتین.
در غشاء منافذی وجود دارد که هسته را از سیتوپلاسم جدا می کند. آنها مواد را از هسته به سیتوپلاسم و بالعکس منتقل می کنند. کاریولیمف یک محتوی هسته ای مایع یا چسبناک با نواحی کروماتین است. هسته حاوی ریبونوکلئیک اسید (RNA) است که برای شرکت در سنتز پروتئین وارد ریبوزوم سیتوپلاسم می شود. یک اسید نوکلئیک دیگر، اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) نیز در مقادیر زیادی وجود دارد. DNA و RNA برای اولین بار در سال 1869 در سلول های حیوانی کشف شد و پس از آن در گیاهان یافت شد. هسته مرکز استمدیریت فرآیندهای درون سلولی، مکانی برای ذخیره اطلاعات در مورد ویژگی های ارثی کل ارگانیسم.
شبکه آندوپلاسمی (ER)
ساختار سلول های جانوری و گیاهی شباهت قابل توجهی دارد. لزوماً در سیتوپلاسم لوله های داخلی پر از مواد با منشاء و ترکیبات مختلف وجود دارد. نوع دانه ای EPS با وجود ریبوزوم در سطح غشاء با نوع دانه ای متفاوت است. اولی در سنتز پروتئین ها نقش دارد، دومی در تشکیل کربوهیدرات ها و لیپیدها نقش دارد. همانطور که محققان ثابت کرده اند، کانال ها نه تنها به سیتوپلاسم نفوذ می کنند، بلکه با هر اندامک سلول زنده مرتبط هستند. بنابراین، ارزش EPS به عنوان یک شرکت کننده در متابولیسم، یک سیستم ارتباط با محیط، بسیار ارزشمند است.
ریبوزوم
ساختار یک سلول گیاهی یا حیوانی بدون این ذرات کوچک به سختی قابل تصور است. ریبوزوم ها بسیار کوچک هستند و فقط با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده هستند. پروتئین ها و مولکول های اسیدهای ریبونوکلئیک در ترکیب بدن غالب هستند، مقدار کمی یون کلسیم و منیزیم وجود دارد. تقریباً تمام RNA سلول در ریبوزوم ها متمرکز شده است؛ آنها سنتز پروتئین را با "مجموعه" پروتئین ها از اسیدهای آمینه فراهم می کنند. سپس پروتئین‌ها وارد کانال‌های ER شده و توسط شبکه در سراسر سلول حمل می‌شوند و به درون هسته نفوذ می‌کنند.
میتوکندری
این اندامک‌های سلول ایستگاه‌های انرژی آن محسوب می‌شوند، وقتی در میکروسکوپ نوری معمولی بزرگ‌نمایی می‌شوند، قابل مشاهده هستند. تعداد میتوکندری ها در محدوده بسیار وسیعی متفاوت است، ممکن است واحد یا هزاران باشد. ساختار ارگانوئید خیلی پیچیده نیست، دو مورد وجود داردغشاها و ماتریس در داخل. میتوکندری از لیپیدهای پروتئین، DNA و RNA تشکیل شده است و مسئول بیوسنتز ATP - آدنوزین تری فسفریک اسید است. این ماده یک سلول گیاهی یا حیوانی با وجود سه فسفات مشخص می شود. تقسیم هر یک از آنها انرژی لازم برای تمام فرآیندهای زندگی در خود سلول و در سراسر بدن را فراهم می کند. برعکس، افزودن بقایای اسید فسفریک باعث ذخیره انرژی و انتقال آن به این شکل در سراسر سلول می شود.
اندامک های سلولی را در شکل زیر در نظر بگیرید و آنهایی را که قبلاً می شناسید نام ببرید. به وزیکول بزرگ (واکوئل) و پلاستیدهای سبز رنگ (کلروپلاست) توجه کنید. بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.
مجتمع گلگی
ارگانوئید سلولی پیچیده از گرانول، غشاء و واکوئل تشکیل شده است. این مجموعه در سال 1898 افتتاح شد و به نام زیست شناس ایتالیایی نامگذاری شد. ویژگی های سلول های گیاهی توزیع یکنواخت ذرات گلژی در سراسر سیتوپلاسم است. دانشمندان معتقدند که این مجموعه برای تنظیم محتوای آب و مواد زائد، حذف مواد اضافی ضروری است.
پلاستید
فقط سلول های بافت گیاهی حاوی اندامک های سبز رنگ هستند. علاوه بر این، پلاستیدهای بی رنگ، زرد و نارنجی نیز وجود دارد. ساختار و عملکرد آنها منعکس کننده نوع تغذیه گیاه است و در اثر واکنش های شیمیایی قادر به تغییر رنگ هستند. انواع اصلی پلاستیدها:
- کروموپلاست نارنجی و زرد تشکیل شده توسط کاروتن و زانتوفیل؛
- کلروپلاست های حاوی دانه های کلروفیل -رنگدانه سبز؛
- لوکوپلاست ها پلاستیدهای بی رنگ هستند.
ساختار یک سلول گیاهی با واکنش های شیمیایی سنتز مواد آلی از دی اکسید کربن و آب با استفاده از انرژی نور مرتبط است. نام این فرآیند شگفت انگیز و بسیار پیچیده فتوسنتز است. واکنش ها به لطف کلروفیل انجام می شود، این ماده است که می تواند انرژی یک پرتو نور را جذب کند. وجود رنگدانه سبز رنگ مشخصه برگ ها، ساقه های علفی، میوه های نارس را توضیح می دهد. کلروفیل از نظر ساختار مشابه هموگلوبین در خون حیوانات و انسان است.
رنگ قرمز، زرد و نارنجی اندام های مختلف گیاهی به دلیل وجود کروموپلاست ها در سلول هاست. آنها بر اساس گروه بزرگی از کاروتنوئیدها هستند که نقش مهمی در متابولیسم دارند. لوکوپلاست ها مسئول سنتز و تجمع نشاسته هستند. پلاستیدها در سیتوپلاسم رشد کرده و تکثیر می شوند و همراه با آن در امتداد غشای داخلی سلول گیاهی حرکت می کنند. آنها سرشار از آنزیم ها، یون ها و سایر ترکیبات فعال بیولوژیکی هستند.
تفاوت در ساختار میکروسکوپی گروه های اصلی موجودات زنده
بیشتر سلول ها شبیه یک کیسه کوچک پر از مخاط، بدن، گرانول و وزیکول هستند. اغلب اجزاء مختلفی به شکل کریستال های جامد مواد معدنی، قطره های روغن، دانه های نشاسته وجود دارد. سلول‌ها در ترکیب بافت‌های گیاهی در تماس نزدیک هستند، زندگی در کل به فعالیت این کوچکترین واحدهای ساختاری بستگی دارد که یک کل را تشکیل می‌دهند.
با ساختار چند سلولی، وجود داردتخصص، که در وظایف فیزیولوژیکی و عملکردهای مختلف عناصر ساختاری میکروسکوپی بیان می شود. آنها عمدتاً با محل بافت ها در برگ ها، ریشه، ساقه یا اندام های مولد گیاه تعیین می شوند.
بیایید عناصر اصلی مقایسه سلول گیاهی با واحدهای ساختاری اولیه سایر موجودات زنده را برجسته کنیم:
- پوسته متراکم، مشخصه فقط برای گیاهان، از فیبر (سلولز) تشکیل می شود. در قارچ ها، غشاء از کیتین بادوام (یک پروتئین خاص) تشکیل شده است.
- سلول های گیاهان و قارچ ها به دلیل وجود یا عدم وجود پلاستیدها از نظر رنگ متفاوت هستند. اجسامی مانند کلروپلاست، کروموپلاست و لکوپلاست فقط در سیتوپلاسم گیاه وجود دارند.
- ارگانوئیدی وجود دارد که حیوانات را متمایز می کند - این مرکز سلولی است.
- فقط در سلول گیاهی یک واکوئل مرکزی بزرگ پر از محتوای مایع وجود دارد. معمولاً این شیره سلولی با رنگدانه هایی در رنگ های مختلف رنگ می شود.
- ترکیب ذخیره اصلی موجودات گیاهی نشاسته است. قارچ ها و حیوانات گلیکوژن را در سلول های خود جمع می کنند.
در میان جلبک ها، سلول های منفرد و آزاد زیادی شناخته شده اند. به عنوان مثال، چنین ارگانیسم مستقلی کلامیدوموناس است. اگرچه گیاهان در حضور دیواره سلولی با حیوانات متفاوت هستند، اما سلولهای زایا فاقد چنین پوسته متراکمی هستند - این دلیل دیگری بر یکپارچگی دنیای ارگانیک است.
