Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Химия arrow Биохимия растительного сырья

Строение клеток основных и покровных тканей масличных плодов и семян

Ткани состоят из основных функциональных единиц всех живых организмов - клеток. Типичная растительная клетка - это клетка основной (запасающей) ткани семян, которая способна осуществлять все метаболические процессы. Клетки покровных тканей полностью или частично лишены метаболической активности. Клетки различаются по форме, величине и химическому составу в зависимости от физиологических функций ткани, вида растения и возраста, но сохраняют единый для растительной клетки план строения.

Структурные элементы клеток.

В клетках тканей семян различают два основных элемента - клеточную стенку и протопласт (рис. 3).

Схема строения растительной клетки

Рис. 3. Схема строения растительной клетки: 1 - аппарат Гольджи; 2 - свободно расположенные рибосомы; 3 - хлоропласты; 4 - межклеточные пространства; 5 - полирибосомы (несколько связанных между собой рибосом); 6 - митохондрии; 7 - лизосомы; 8 - гранулярная эндоплазматическая сеть; 9 - гладкая эндоплазматическая сеть; 10 - микротрубочки; 11- пластиды; 12 - плазмодесмы; 13 - клеточная стенка; 14 - ядрышко; 15, 18 - ядерная оболочка; 16 - поры в ядерной оболочке; 17 - плазмалемма; 19 - гиалоплазма (матрикс цитоплазмы); 20 - тонопласт; 21 - вакуоли; 22 - ядро

В отличие от животной клетки, растительная клетка имеет жесткую полисахаридную клеточную стенку. Она со всех сторон окружает протопласт и служит для него механической опорой.

Самый наружный слой клеточной стенки, примыкающий к оболочке, - поверхностная клеточная мембрана - плазмалемма. Она обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку и из клетки.

Соседние клетки контактируют друг с другом не по всей поверхности, и по углам клеток образуется свободное межклеточное пространство. На поверхности растительной ткани оно открыто в окружающую атмосферу, и каждая клетка может получать необходимое количество кислорода.

Клеточные стенки имеют поры, через которые с помощью выростов цитоплазмы (плазмодесм) соседние клетки связаны друг с другом в единую систему.

Клеточная стенка в растущей клетке является метаболически активной системой. Процесс развития плодов и семян - это процесс деления клеток с образованием вокруг каждой прочной полисахаридной оболочки. В клеточках, закончивших рост, биохимическая активность клеточной оболочки резко падает.

Клеточные стенки маслосодержащих тканей достаточно тонкие, их толщина изменяется от 0,3 (у хлопчатника) до 1,3 мкм (у сои).

Клеточные стенки тканей плодов и внешних семенных оболочек отличаются от клеточных стенок основных маслосодержащих тканей. С возрастом в процессе формирования защитных свойств клеточная оболочка пропитывается веществами, повышающими ее механическую прочность. Накопление в оболочке клетки лигнина ведет к одревеснению оболочки. Клетки с одревесневшими стенками не только механически прочнее, но и менее проницаемы для воды, кислорода и других газов. Через одревесневшую клеточную оболочку возможен некоторый обмен веществ, но в большинстве случаев эти клетки отмирают.

Кроме одревеснения в оболочке клеток покровных тканей протекают процессы опробкования клеточных стенок, при которых в оболочках клеток появляется гидрофобное вещество липидной природы - суберин.

Поверхность клеточных стенок плодовой оболочки, обращенная к атмосфере, содержит кутин. Такие клетки образуют защитную ткань - кутикулу, предохраняющую семена от неблагоприятных внешних воздействий и проникновения в них микроорганизмов и состоящую из трех слоев: воскового, кутини- зированного и внутреннего, состоящего из кутана, воска и полисахаридов.

При обезжиривании маслосодержащего материала современные технологии основаны на необходимости максимального разрушения клеток и соответственно клеточной оболочки.

Протопласт состоит из цитоплазмы и одной крупной или нескольких мелких вакуолей.

Вакуоль - часть объема протопласта, отделенная от цитоплазмы однослойной мембраной (тонопластом). Центральная вакуоль зрелой клетки занимает 70-95 % ее объема. Клеточный сок вакуоли - водянистая жидкость с рН=2-5 содержит растворенные органические и неорганические соли (фосфаты, оксалаты и др.), сахара, аминокислоты, белки, продукты обмена веществ (таннины, гли- козиды, алкалоиды), некоторые пигменты. Функции вакуоли - регуляция водно-солевого обмена, обеспечение жесткости клетки, накопление запасных веществ и выведение из обмена токсичных веществ.

В цитоплазму погружены ядро клетки и многочисленные специализированные структуры - органоиды (митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, клеточная мембрана, микротельца).

Ядро - самый большой органоид клетки, в молодых клетках достигает % от их объема. Внутри ядра - ядрышко, состоящее из рибонуклеопротеидов (РНП), предшественников рибосом, осуществляющих биосинтез белка. В ядре находятся хромосомы, с помощью которых осуществляется хранение наследственной информации в виде ДНК и ее удвоение при делении клетки.

Митохондрии - органоиды, обеспечивающие клетку энергией. Источником энергии служат процессы биологического окисления, которые начинаются с окисления пировиноградной кислоты (образующейся в цитоплазме) и заканчиваются образованием С02 и воды. Митохондрии сами синтезируют свои белки, информация о строении которых записана в собственной кольцевой ДНК.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС; эндоплазматический ретикулум, ЭПР) представляет собой трехмерный лабиринт мембранных каналов. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. Функции гладкой ЭПС - синтез триглицеридов, накопление и выведение из клетки ядовитых веществ. Основная функция гранулярной ЭПС - синтез белков на комплексах рибосом - полирибосомах.

В растительных клетках присутствуют специфичные органоиды - пластиды. Важнейшие из пластид - хлоропласты - содержат зеленый пигмент хлорофилл, с помощью которого энергия света преобразуются в энергию химических связей (фотосинтез). В растительных клетках присутствуют и другие пластиды - хромопласты, содержащие каротиноиды, пигменты желто-оранжевого цвета, и бесцветные лейкопласты. Все пластиды способны превращаться друг в друга. В результате этих взаимных превращений у созревающих семян исчезает зеленая окраска. При прорастании семян в темноте проростки белые, а на свету зеленые, т.к. в них под действием солнечного света из лейкопластов образуется хлорофилл.

Аппарат Гольджи - это скопление сплющенных пузырьков, образованных биомембранами. Их основная роль - транспорт клеточных продуктов синтеза к внешней биомембране клетки.

Микротельца - производные эндоплазматической сети, окружены одинарной мембраной. Известно несколько типов микротелец - пероксисомы, глиок- сисомы, сферосомы, лизосомы. Пероксисомы находятся в фотосинтезирующих клетках листьев, участвуют в фотодыхании растений. В них происходит ферментативное разложение токсичного пероксида водорода до Н20 и 02. Глиокси- сомы - участвуют в превращении липидов в углеводы; присутствуют в маслосодержащих тканях до тех пор, пока рост проростков поддерживается за счет расходования запасных липидов. Сферосомы имеют форму сфер, заполненных запасными липидами (триацилглицеринами); в зрелой клетке они занимают все свободное пространство. Сферосомы содержат также ферменты, осуществляющие синтез фосфолипидов. Размеры сферосом различны (0,4-3 мкм), что связано с размерами семян. Так, в случае рапса, имеющего мелкие семена, сферосомы очень маленькие. Это затрудняет их разрушение при промышленной переработке семян и объясняет сравнительно большие потери масла со шротом. Лизосомы - представляют собой пузырьки, окруженные одним мембранным слоем. Они содержат гидролитические ферменты и осуществляют внутриклеточное пищеварение.

Растительные клетки содержат также алейроновые зерна, в которых хранятся запасные белки. Они встречаются в виде аморфных или кристаллических отложений разнообразной формы и строения. Крахмальные зерна содержат запасные углеводы. Жидкостно-мозаичная модель плазматической биомембраны

Рис. 4. Жидкостно-мозаичная модель плазматической биомембраны

Все химические реакции в живой клетке идут в строго локализованных малых объемах, определяемых размерами органоидов клетки и отделенных от окружающей среды биологическими мембранами (рис. 4). Биомембрана содержит в своем составе липиды, белки, гетерогенные макромолекулы (гликопротеиды, гликолипиды) и в зависимости от выполняемой функции многочисленные минорные соединения (коферменты, нуклеиновые кислоты, антиоксиданты, каротиноиды, неорганические ионы и т.п.). Основу биомембраны составляет двойной фосфолипидный слой (бислой), гидрофобные фрагменты молекул которого погружены в толщу мембраны, а полярные группы ориентированы наружу в окружающую водную среду. Главная функция мембранных липидов состоит в том, что они поддерживают механическую стабильность биомембран и придают им гидрофобные свойства. Мембранные белки локализованы на поверхности бислоя, или внедрены на различную глубину в гидрофобную зону, или пронизывают мембрану насквозь. Мембранные белки в основном служат катализаторами протекающих в клетке химических реакций (многие белки мембран - ферменты).

Биомембрана не является статичной структурой. Молекулы липидов и белков могут перемещаться и находятся в непрерывном движении. Подвижность молекул в бислое, или величина вязкости бислоя, определяется соотношением между остатками насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. При понижении температуры бислой из относительно текучего переходит в твердую гелеподобную структуру, что нарушает жизнедеятельность мембраны. Для липидного бислоя, содержащего остатки ненасыщенных жирных кислот, переход к твердому состоянию происходит при более низких температурах, чем для бислоя, содержащего остатки насыщенных жирных кислот. В связи с этим при созревании семян растения синтезируют только такие жирные кислоты, которые соответствуют благоприятным для них температурным условиям внешней среды.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы