• Определить ключевые органеллы, присутствующие только в растительных клетках, включая хлоропласты и вакуоли
• Определить ключевые органеллы, присутствующие только в клетках животных, включая центросомы и лизосомы

На этом этапе должно быть ясно, что эукариотические клетки имеют более сложную структуру, чем прокариотические клетки.Органеллы позволяют одновременно выполнять в клетке различные функции. Несмотря на их фундаментальное сходство, между животными и растительными клетками есть поразительные различия (см. Рисунок 1).

В клетках животных есть центросомы (или пара центриолей) и лизосомы, тогда как в клетках растений их нет. У растительных клеток есть клеточная стенка, хлоропласты, плазмодесматы и пластиды, используемые для хранения, а также большая центральная вакуоль, тогда как у животных клеток нет.

Практический вопрос

Какие структуры есть у растительной клетки, чего нет у животной клетки? Какие структуры есть у животной клетки, а у растительной нет?

[ряды-практики = ”4 ″] [/ практические-области]
[раскрыть-ответ q =” 88732 ″] Показать ответ [/ раскрыть-ответ]
[скрытый-ответ а = ”88732 ″] Клетки растений имеют плазмодесмы, клеточная стенка, большая центральная вакуоль, хлоропласты и пластиды. Клетки животных имеют лизосомы и центросомы.[/ hidden-answer]

Растительные клетки

Стена клетки

На Рисунке 1b, схеме растительной клетки, вы видите структуру, внешнюю по отношению к плазматической мембране, которая называется клеточной стенкой. Стенка клетки представляет собой жесткое покрытие, которое защищает клетку, обеспечивает структурную поддержку и придает форму клетке. Грибковые клетки и некоторые клетки простейших также имеют клеточные стенки.

В то время как основным компонентом стенок прокариотических клеток является пептидогликан, основной органической молекулой в стенке растительной клетки является целлюлоза (рис. 2), полисахарид, состоящий из длинных прямых цепей единиц глюкозы.Когда информация о питании относится к пищевым волокнам, это относится к содержанию целлюлозы в пище.

Хлоропласты

Подобно митохондриям, хлоропласты также имеют собственную ДНК и рибосомы. Хлоропласты участвуют в фотосинтезе и могут быть обнаружены в фотоавтотрофных эукариотических клетках, таких как растения и водоросли. В фотосинтезе углекислый газ, вода и световая энергия используются для производства глюкозы и кислорода. В этом основное различие между растениями и животными: растения (автотрофы) способны производить себе пищу, например глюкозу, тогда как животные (гетеротрофы) должны полагаться на другие организмы в качестве органических соединений или источника пищи.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембраны, но внутри пространства, ограниченного внутренней мембраной хлоропласта, находится набор взаимосвязанных и уложенных друг на друга, заполненных жидкостью мембранных мешочков, называемых тилакоидами (рис. 3). Каждая стопка тилакоидов называется гранумом (множественное число = грана ). Жидкость, заключенная во внутренней мембране и окружающая грану, называется стромой.

Хлоропласты содержат зеленый пигмент под названием хлорофилл, который улавливает энергию солнечного света для фотосинтеза.Как и в растительных клетках, у фотосинтезирующих протистов также есть хлоропласты. Некоторые бактерии также осуществляют фотосинтез, но у них нет хлоропластов. Их фотосинтетические пигменты расположены в тилакоидной мембране внутри самой клетки.

Попробуйте

Мы упоминали, что и митохондрии, и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы. Вы не задумывались, почему? Убедительные доказательства указывают на эндосимбиоз как на объяснение.

Симбиоз — это взаимоотношения, при которых организмы двух разных видов живут в тесной ассоциации и обычно проявляют особую адаптацию друг к другу.Эндосимбиоз ( эндо — = внутри) — это отношения, в которых один организм живет внутри другого. Эндосимбиотические отношения изобилуют природой. Микробы, производящие витамин К, живут в кишечнике человека. Эти отношения полезны для нас, потому что мы не можем синтезировать витамин К. Это также полезно для микробов, потому что они защищены от других организмов и обеспечивают стабильную среду обитания и обильную пищу, живя в толстой кишке.

Ученые давно заметили, что бактерии, митохондрии и хлоропласты похожи по размеру.Мы также знаем, что митохондрии и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы, как и бактерии. Ученые считают, что клетки-хозяева и бактерии сформировали взаимовыгодные эндосимбиотические отношения, когда клетки-хозяева поглощали аэробные бактерии и цианобактерии, но не уничтожали их. В процессе эволюции эти проглоченные бактерии стали более специализированными в своих функциях: аэробные бактерии превратились в митохондрии, а фотосинтезирующие бактерии — в хлоропласты.

Центральная вакуоль

Ранее мы упоминали вакуоли как важные компоненты растительных клеток.Если вы посмотрите на рисунок 1b, вы увидите, что каждая клетка растения имеет большую центральную вакуоль, которая занимает большую часть клетки. Центральная вакуоль играет ключевую роль в регулировании концентрации воды в клетках при изменении условий окружающей среды. В клетках растений жидкость внутри центральной вакуоли обеспечивает тургорное давление, которое представляет собой внешнее давление, создаваемое жидкостью внутри клетки. Вы когда-нибудь замечали, что если вы забудете полить растение на несколько дней, оно увянет? Это потому, что когда концентрация воды в почве становится ниже, чем концентрация воды в растении, вода перемещается из центральных вакуолей и цитоплазмы в почву.По мере того как центральная вакуоль сжимается, клеточная стенка остается без поддержки. Эта потеря поддержки клеточных стенок растения приводит к его увяданию. Когда центральная вакуоль заполнена водой, она обеспечивает растительную клетку низкоэнергетическим средством для расширения (в отличие от затрат энергии на фактическое увеличение размера). Кроме того, эта жидкость может сдерживать травоядность, поскольку горький вкус содержащихся в ней отходов препятствует употреблению насекомыми и животными. Центральная вакуоль также служит для хранения белков в развивающихся семенных клетках.

Клетки животных

Лизосомы

В клетках животных лизосомы представляют собой «мусоропровод» клетки. Пищеварительные ферменты в лизосомах способствуют расщеплению белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и даже изношенных органелл.У одноклеточных эукариот лизосомы важны для переваривания пищи, которую они глотают, и повторного использования органелл. Эти ферменты активны при гораздо более низком pH (более кислом), чем ферменты, расположенные в цитоплазме. Многие реакции, происходящие в цитоплазме, не могут происходить при низком pH, поэтому преимущество разделения эукариотической клетки на органеллы очевидно.

Лизосомы также используют свои гидролитические ферменты для уничтожения болезнетворных организмов, которые могут проникнуть в клетку.Хороший пример этого — группа белых кровяных телец, называемых макрофагами, которые являются частью иммунной системы вашего тела. В процессе, известном как фагоцитоз, часть плазматической мембраны макрофага инвагинирует (складывается) и поглощает патоген. Инвагинированный участок с патогеном внутри затем отщепляется от плазматической мембраны и становится пузырьком. Везикула сливается с лизосомой. Затем гидролитические ферменты лизосомы уничтожают патоген (рис. 4).

Внеклеточный матрикс животных клеток

Большинство клеток животных выделяют материалы во внеклеточное пространство. Основными компонентами этих материалов являются гликопротеины и белковый коллаген. В совокупности эти материалы называются внеклеточным матриксом (рис. 5). Мало того, что внеклеточный матрикс удерживает клетки вместе, образуя ткань, он также позволяет клеткам внутри ткани связываться друг с другом.

Свертывание крови представляет собой пример роли внеклеточного матрикса в клеточной коммуникации.Когда клетки, выстилающие кровеносный сосуд, повреждены, они обнаруживают белковый рецептор, называемый тканевым фактором. Когда тканевой фактор связывается с другим фактором внеклеточного матрикса, он заставляет тромбоциты прилипать к стенке поврежденного кровеносного сосуда, стимулирует соседние гладкомышечные клетки кровеносного сосуда к сокращению (тем самым сужая кровеносный сосуд) и инициирует серию шаги, которые стимулируют тромбоциты производить факторы свертывания крови.

Межклеточные соединения

Клетки также могут общаться друг с другом посредством прямого контакта, называемого межклеточными соединениями.Есть некоторые различия в том, как это делают клетки растений и животных. Плазмодесмы (единичное число = плазмодесма) представляют собой соединения между растительными клетками, тогда как контакты животных клеток включают плотные и щелевые соединения и десмосомы.

В общем, длинные участки плазматических мембран соседних растительных клеток не могут касаться друг друга, потому что они разделены клеточными стенками, окружающими каждую клетку. Плазмодесмы — это многочисленные каналы, которые проходят между клеточными стенками соседних растительных клеток, соединяя их цитоплазму и позволяя транспортировать сигнальные молекулы и питательные вещества от клетки к клетке (рис. 6а).

Плотное соединение — это водонепроницаемое уплотнение между двумя соседними клетками животных (рис. 6b). Белки плотно прижимают клетки друг к другу. Эта плотная адгезия предотвращает утечку материалов между ячейками. Плотные соединения обычно находятся в эпителиальной ткани, которая выстилает внутренние органы и полости и составляет большую часть кожи. Например, плотные соединения эпителиальных клеток, выстилающих мочевой пузырь, предотвращают утечку мочи во внеклеточное пространство.

Также только в клетках животных обнаруживаются десмосомы, которые действуют как точечные сварные швы между соседними эпителиальными клетками (рис. 6c).Они удерживают клетки вместе в виде листов в растягивающихся органах и тканях, таких как кожа, сердце и мышцы.

Щелевые соединения в клетках животных похожи на плазмодесмы в клетках растений в том смысле, что они представляют собой каналы между соседними клетками, которые позволяют транспортировать ионы, питательные вещества и другие вещества, которые позволяют клеткам общаться (рис. 6d). Однако структурно щелевые контакты и плазмодесмы различаются.

Авторы и авторство

CC лицензионного контента, ранее публиковались

Цитокинез в клетках растений и животных: эндосомы «закрывают дверь»

Abstract

В течение многих лет цитокинез в эукариотических клетках считался процессом, который принимает различные формы.Это довольно удивительно перед лицом явно консервативного митоза. Цитокинез животных был описан как процесс, основанный на сократительном кольце на основе актомиозина, сборке и действии на периферии клетки. Напротив, цитокинез растительных клеток рассматривался как центробежное создание новой клеточной стенки путем слияния везикул, происходящих из аппарата Гольджи. Однако недавние достижения в биологии клеток животных и растений показали, что многие особенности, ранее считавшиеся специфическими для растений, на самом деле действительны также для цитокинетических клеток животных.Например, везикулярный транспорт оказался важным не только для цитокинеза растений, но и для животных. Более того, терминальная фаза цитокинеза животных, основанная на активности микротрубочек среднего тела, напоминает цитокинез растений в том смысле, что пересекающиеся микротрубочки играют решающую роль в привлечении цитокинетических пузырьков и направлении их в цитокинетические пространства, которые необходимо закупорить путем слияния эндосом.

В настоящее время мы приближаемся к другому поворотному моменту, который еще больше приближает цитокинез в клетках растений и животных.В качестве неожиданного поворота новые исследования показывают, что цитокинез растений и животных управляется не столько пузырьками, происходящими из Гольджи, сколько гомотипическим и гетеротипическим слиянием эндосом. Они генерируются из цитокинетических участков коры, определяемых препрофазными микротрубочками и сократительным актомиозиновым кольцом, которые вызывают локальный эндоцитоз как плазматической мембраны, так и материала клеточной стенки. Наконец, цитокинез растений и животных встречается вместе при физическом разделении дочерних клеток, несмотря на очевидные различия в их подготовительных событиях.

Ключевые слова

Клеточная пластина

Цитокинез

Цитоскелет

Эндосомы

Митоз

Плазменная мембрана

Транспортировка везикул

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Copyright © 2006 Elsevier Inc. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Ядро клетки (растение и животное) — определение и функция

Определение ядра клетки

Ядро клетки — это большая органелла в эукариотических организмах, которая защищает большую часть ДНК в каждой клетке.Ядро также производит необходимые предшественники для синтеза белка. ДНК, размещенная в ядре клетки, содержит информацию, необходимую для создания большинства белков, необходимых для поддержания функциональности клетки. Хотя часть ДНК хранится в других органеллах, таких как митохондрии и , большая часть ДНК организма находится в ядре клетки. ДНК, размещенная в ядре клетки, чрезвычайно ценна, и поэтому ядро ​​клетки имеет множество важных структур, помогающих поддерживать, обрабатывать и защищать ДНК.

Структура ядра клетки

Ядро клетки окружено двойной мембраной, известной как ядерная оболочка . Эта мембрана покрывает и защищает ДНК от физических и химических повреждений. При этом мембрана создает отдельную среду для обработки ДНК. Наружная мембрана контактирует с цитоплазмой и в некоторых местах соединяется с эндоплазматическим ретикулумом . Внутренняя мембрана соединяется с ядерной пластиной . Этот ядерный каркас внутри ядра клетки помогает ему сохранять свою форму.Есть также свидетельства того, что этот каркас из белков помогает формировать матрицу для транспортировки и распределения продуктов внутри и вне ядра. Ядерные поры создают проходы через ядерную мембрану и позволяют продуктам ядра клетки проникать в цитоплазму или эндоплазматический ретикулум. Поры также позволяют некоторым специфическим макромолекулам и химическим веществам из цитоплазмы проходить обратно в ядро ​​клетки. Эти макромолекулы необходимы для синтеза ДНК и РНК, а также для создания новых белков и макромолекул в ядре клетки.В окрашенном ядре можно увидеть темное пятно. Это пятно — ядрышко . Внутри ядрышка производятся и экспортируются несколько различных частей рибосом . Эти структуры можно увидеть на следующем изображении.

Хотя ядра клеток растений и животных тонко различаются, их основное назначение и общая деятельность остаются неизменными. Ядро клетки отвечает за производство двух основных продуктов, поддерживающих усилия каждой клетки.Первая, матричная РНК , или мРНК, является продуктом транспозиции гена, кодирующего определенный белок, из структуры ДНК в структуру РНК. Эта более короткая цепь мРНК может выходить из ядра и попадать в цитоплазму. Когда рибосома улавливает эту мРНК, она переводит эту мРНК на язык белков и создает длинную цепочку аминокислот. Затем эта цепь будет свернута в функциональный белок, который может выполнять одну из тысячи различных ролей. Примеры различий между ядрами клеток растений и животных можно увидеть ниже.

Функция клеточного ядра

Ядро животной клетки

Эта типовая животная клетка имеет все компоненты, которые есть в каждой животной клетке. Ядро клетки можно увидеть на левой стороне клетки. Это большой фиолетовый круг. Помните, что это поперечное сечение, и на самом деле ядро ​​было бы больше сферой. В клетках животных он обычно принимает сферическую форму, если внутри клетки достаточно места. Ядро окружено эндоплазматической сетью, которая местами покрыта рибосомами.Когда животная клетка делится, ядро ​​распадается, и ядерная оболочка распадается. Ядерная оболочка затем собирается вокруг каждого нового ядра после того, как хромосомы были разделены.

Ядро растительной клетки

Выше представлена ​​обычная растительная клетка. Обратите внимание, как он имеет жесткую форму из-за наличия клеточной стенки. Кроме того, большая центральная вакуоль занимает большую часть ячейки, выталкивая все остальные составляющие в стороны ячейки.Ядро здесь оранжевого цвета, на нем вырезан кусок, чтобы обнажить внутреннюю часть. Как и ядра клеток животных, ядро ​​этой клетки сохранит сферическую форму, если будет достаточно места. Часто в растительных клетках центральная вакуоль расширяется водой, оказывая давление на клеточные стенки. Это давление заставляет ядро ​​принимать более плоскую, продолговатую форму. Как и ядра клеток животных, это ядро ​​клетки разрушается во время деления клетки. В отличие от клеток животных, клетки растений должны строить новые клеточные стенки между делящимися клетками.Два новых ядра должны быть удалены от метафазной пластинки , иначе ядра могут быть повреждены в результате образования клеточной стенки.

Другие примеры клеточных ядер

Помимо этих двух простых примеров клеточных ядер, в природе существует бесчисленное множество вариаций этих двух общих схем. Некоторые клетки сливаются вместе, образуя большие клетки с несколькими клеточными ядрами в каждой клетке. У многих организмов есть клетки с более чем одним ядром, включая человека. Мышечные клетки человека многоядерные.Другие организмы, такие как некоторые грибы, существуют, причем большинство или все их клетки являются многоядерными. У некоторых организмов процесс деления клеток не включает разрушение ядерной оболочки. Вместо этого микротрубочки проходят через ядро ​​клетки и напрямую манипулируют хромосомами и работают над делением ядра. С эволюционной точки зрения предполагается, что ранние организмы, у которых развились ядра, имели явные преимущества перед теми, у которых их не было. На протяжении тысячелетий развивались различные стратегии управления и поддержания ядра клетки.Хотя ядро ​​может показаться более развитой формой жизни, не забывайте, что прокариот , как и бактерии и другие одноклеточные формы жизни, по-прежнему являются одними из самых распространенных на планете. При этом клеточное ядро ​​превратилось в очень успешную стратегию в многоклеточных формах жизни.

Викторина

1. Почему клетке полезно защищать свою ДНК внутри ядра клетки?
A. Для защиты от химических изменений
B. Для защиты от физических повреждений
C. Оба из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 1

C правильный. Длинные цепи ДНК очень хрупкие. В цитоплазме они будут повреждены, поскольку мимо проходят различные органеллы и везикулы. Внутри ядра они защищены от этих взаимодействий. Кроме того, цитоплазма содержит множество веществ, которые могут химически взаимодействовать с ДНК. Специализированные белки на ядерной оболочке помогают защитить ядро ​​от нежелательных химических веществ.

2. Как уже упоминалось в начале этой статьи, митохондрии также содержат ДНК. Митохондрии — это другая форма ядра клетки?
A. Да, любая органелла с ДНК — это ядро.
B. Нет, их ДНК ничего не производит
C. Нет, потому что митохондриальная ДНК не защищена таким же образом

Ответ на вопрос № 2

3. Глядя на окрашенные ядра под микроскопом, вы замечаете, что некоторые кажутся однородно окрашенными, в то время как другие кажутся почти пустыми, при этом большая часть цвета слипается в середине. Что происходит?
А. Клетки делятся
B. Ваше пятно не работает должным образом
C. Клетки разных видов

Ответ на вопрос № 3

A правильный. Краситель, используемый для того, чтобы увидеть, как ядро ​​прикрепляется к молекулам ДНК. Клетки, которые кажутся однородными, не делятся. ДНК в неделящихся клетках транскрибируется в мРНК и реплицируется при подготовке к делению. Сгруппированные клетки представляют собой плотно упакованную ДНК в процессе деления.

Ссылки

• Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2008). Основы биохимии . Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания.

Шесть королевств

Ap био-клеточные органеллы quizlet

Прокариотические клетки, эукариотические клетки и органеллы Энергия клеточного транспорта: энергия клеточного дыхания: фотосинтез, клеточный цикл и митоз Генетика мейоза и гаметогенеза ДНК: структура и функция, эволюция синтеза белков / естественная классификация / систематика Экология Экология: воздействие человека

Клеточные мембраны Согласно теории клеток, клетки являются основной единицей организации в биологии.Независимо от того, являетесь ли вы отдельной клеткой или синим китом с триллионами клеток, вы все равно состоите из клеток. Все клетки заключены в клеточную мембрану, которая удерживает части внутри. Когда вы думаете о мембране, представьте, что она похожа на большой пластиковый пакет с …

Campell AP Biology Глава 12. AP Biology Глава 12 Задание по чтению. Имя Ники Сепандж. 1. Сравните и сопоставьте роль клеточного деления в одноклеточных и многоклеточных организмах. клетка копирует органеллы и завершает свой рост.

AP Биологические практики. 1 — Модели и представление 2 — Использование математики 3 — Научный опрос 042 — Биологические молекулы 043 — Клеточные органеллы 044 — Клеточная специализация 045 — Биолаборатории AP для органов — Часть 1 Биолаборатории AP — Часть 2 Тест хи-квадрат, сравнивающий диффузию последовательностей ДНК. Демонстрация. ..

AP Bio Study Tips. Kahoot. Quizlet. 5.) Клеточные органеллы. Заметки для занятий. Типы активности клеток. Раздаточные материалы для занятий. Копия ACT-карточек для количества типов клеток? .Docx …

Вопрос 8 был написан для следующих целей обучения в рамках учебной программы AP по биологии: 3.22 … клеточная мембрана, вызывающая ответ. Название: ap13_biology …

Изучите биологию визуально за 24 часа — доктор Уэйн Хуанг и его команда. В серию входят биология средней школы, биология AP, биология SAT, биология колледжа, микробиология, анатомия и физиология человека и генетика. Освойте биологию простым и быстрым способом с помощью основных концептуальных руководств, упражнений по решению проблем и шпаргалок с суперобзором.

E. coli содержит ядро ​​и мембранно-связанные клеточные органеллы, общие для всех живых организмов.E. coli является прокариотом и размножается посредством бинарного деления, которое является общим для большинства живых организмов.

Уникальные особенности клеток животных и растений

Результаты обучения

• Определить ключевые органеллы, присутствующие только в клетках животных, включая центросомы и лизосомы
• Определение ключевых органелл, присутствующих только в клетках растений, включая хлоропласты и большие центральные вакуоли

На данный момент вы знаете, что каждая эукариотическая клетка имеет плазматическую мембрану, цитоплазму, ядро, рибосомы, митохондрии, пероксисомы и, в некоторых случаях, вакуоли, но есть некоторые поразительные различия между клетками животных и растений.В то время как и животные, и растительные клетки имеют центры организации микротрубочек (MTOC), животные клетки также имеют центриоли, связанные с MTOC: комплекс, называемый центросомой. Каждая клетка животных имеет центросому и лизосомы, а клетки растений — нет. У растительных клеток есть клеточная стенка, хлоропласты и другие специализированные пластиды, а также большая центральная вакуоль, тогда как у животных клеток нет.

Свойства клеток животных

Рис. 1. Центросома состоит из двух центриолей, расположенных под прямым углом друг к другу.Каждая центриоль представляет собой цилиндр, состоящий из девяти троек микротрубочек. Белки нонтубулина (обозначенные зелеными линиями) удерживают триплеты микротрубочек вместе.

Центросома

Центросома — это центр организации микротрубочек, расположенный рядом с ядрами клеток животных. Он содержит пару центриолей, две структуры, которые лежат перпендикулярно друг другу (рис. 1). Каждая центриоль представляет собой цилиндр из девяти троек микротрубочек.

Центросома (органелла, из которой берут начало все микротрубочки) реплицируется перед делением клетки, и центриоли, по-видимому, играют определенную роль в притяжении дублированных хромосом к противоположным концам делящейся клетки.Однако точная функция центриолей в делении клеток не ясна, потому что клетки, у которых была удалена центросома, все еще могут делиться, а клетки растений, в которых отсутствуют центросомы, способны к делению клеток.

Лизосомы

Рис. 2. Макрофаг поглотил (фагоцитировал) потенциально патогенную бактерию, а затем сливается с лизосомами внутри клетки, чтобы уничтожить патоген. Другие органеллы присутствуют в клетке, но для простоты не показаны.

В дополнение к их роли в качестве пищеварительного компонента и средства рециркуляции органелл животных клеток, лизосомы считаются частью эндомембранной системы.

Лизосомы также используют свои гидролитические ферменты для уничтожения патогенов (болезнетворных организмов), которые могут проникнуть в клетку. Хороший пример этого — группа белых кровяных телец, называемых макрофагами, которые являются частью иммунной системы вашего тела. В процессе, известном как фагоцитоз или эндоцитоз, часть плазматической мембраны макрофага инвагинирует (складывается) и поглощает патоген. Инвагинированный участок с патогеном внутри затем отщепляется от плазматической мембраны и становится пузырьком.Везикула сливается с лизосомой. Затем гидролитические ферменты лизосомы уничтожают патоген (рис. 2).

Свойства растительных клеток

Хлоропласты

Рис. 3. Хлоропласт имеет внешнюю мембрану, внутреннюю мембрану и мембранные структуры, называемые тилакоидами, которые сложены в грану. Пространство внутри тилакоидных мембран называется тилакоидным пространством. Реакции сбора света происходят в тилакоидных мембранах, а синтез сахара происходит в жидкости внутри внутренней мембраны, которая называется стромой.Хлоропласты также имеют собственный геном, который содержится в одной кольцевой хромосоме.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют собственную ДНК и рибосомы (мы поговорим об этом позже!), Но хлоропласты выполняют совершенно другую функцию. Хлоропласты — это органеллы растительной клетки, осуществляющие фотосинтез. Фотосинтез — это серия реакций, в которых для образования глюкозы и кислорода используются углекислый газ, вода и световая энергия. Это главное различие между растениями и животными; растения (автотрофы) способны производить себе пищу, как сахар, в то время как животные (гетеротрофы) должны принимать их пищу.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембраны, но внутри пространства, ограниченного внутренней мембраной хлоропласта, находится набор взаимосвязанных и уложенных друг на друга заполненных жидкостью мембранных мешочков, называемых тилакоидами (рис. 3). Каждый стек тилакоидов называется гранумом (множественное число = грана). Жидкость, заключенная во внутренней мембране, окружающей грану, называется стромой.

Хлоропласты содержат зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который улавливает световую энергию, которая запускает реакции фотосинтеза.Как и в растительных клетках, у фотосинтезирующих протистов также есть хлоропласты. Некоторые бактерии осуществляют фотосинтез, но их хлорофилл не относится к органеллам.

Попробуйте

Щелкните это упражнение, чтобы узнать больше о хлоропластах и ​​о том, как они работают.

Эндосимбиоз

Мы упоминали, что и митохондрии, и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы. Вы не задумывались, почему? Убедительные доказательства указывают на эндосимбиоз как на объяснение.

Симбиоз — это отношения, в которых организмы двух разных видов зависят друг от друга в своем выживании. Эндосимбиоз ( endo — = «внутри») — это взаимовыгодные отношения, в которых один организм живет внутри другого. Эндосимбиотические отношения изобилуют природой. Мы уже упоминали, что микробы, производящие витамин К, обитают в кишечнике человека. Эти отношения полезны для нас, потому что мы не можем синтезировать витамин К. Это также полезно для микробов, потому что они защищены от других организмов и от высыхания, и они получают обильную пищу из среды толстой кишки.

Ученые давно заметили, что бактерии, митохондрии и хлоропласты похожи по размеру. Мы также знаем, что у бактерий есть ДНК и рибосомы, как и у митохондрий и хлоропластов. Ученые считают, что клетки-хозяева и бактерии сформировали эндосимбиотические отношения, когда клетки-хозяева проглотили как аэробные, так и автотрофные бактерии (цианобактерии), но не уничтожили их. За многие миллионы лет эволюции эти проглоченные бактерии стали более специализированными в своих функциях: аэробные бактерии превратились в митохондрии, а автотрофные бактерии — в хлоропласты.

Рисунок 4. Теория эндосимбиотиков. Первый эукариот, возможно, произошел от предка прокариота, который претерпел мембранную пролиферацию, компартментализацию клеточной функции (на ядро, лизосомы и эндоплазматический ретикулум), а также установление эндосимбиотических отношений с аэробными прокариотами и, в некоторых случаях, фотосинтезирующий прокариот с образованием митохондрий и хлоропластов соответственно.

Вакуоли

Вакуоли — это мембранные мешочки, которые используются при хранении и транспортировке.Мембрана вакуоли не сливается с мембранами других клеточных компонентов. Кроме того, некоторые агенты, такие как ферменты в вакуолях растений, разрушают макромолекулы.

Если вы посмотрите на рисунок 5b, вы увидите, что каждая растительная клетка имеет большую центральную вакуоль, которая занимает большую часть площади клетки. Центральная вакуоль играет ключевую роль в регулировании концентрации воды в клетках при изменении условий окружающей среды. Вы когда-нибудь замечали, что если вы забудете полить растение на несколько дней, оно увянет? Это потому, что когда концентрация воды в почве становится ниже, чем концентрация воды в растении, вода выходит из центральных вакуолей и цитоплазмы.По мере того как центральная вакуоль сжимается, клеточная стенка остается без поддержки. Эта потеря поддержки клеточных стенок растительных клеток приводит к увяданию растения.

Центральная вакуоль также поддерживает расширение клетки. Когда центральная вакуоль содержит больше воды, клетка становится больше, не тратя много энергии на синтез новой цитоплазмы. С помощью этого процесса вы можете спасти увядший сельдерей в холодильнике. Просто отрежьте кончики стеблей и поместите их в чашку с водой.Скоро сельдерей снова станет жестким и хрустящим.

Рисунок 5. На этих рисунках показаны основные органеллы и другие клеточные компоненты (а) типичной животной клетки и (б) типичной эукариотической растительной клетки. Растительная клетка имеет клеточную стенку, хлоропласты, пластиды и центральную вакуоль — структуры, которых нет в клетках животных. Клетки растений не имеют лизосом или центросом.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Прионоподобный белок действует как датчик воды в семенах

Когда семена Arabidopsis — подобные тем, что находятся в этих семенных коробках, снятые с помощью цветной сканирующей электронной микрофотографии — подверглись воздействию воды, белки, называемые FLOE1, быстро конденсировались, образуя капли, которые, по сути, действовали как сенсоры воды.Такие характеристики белка напоминают прионы. Изображение предоставлено: Science Source / Dennis Kunkel

Прорастание семени, несомненно, является решающим этапом в жизни растения. И все же одна часть этого процесса долгое время была покрыта тайной: как семена узнают, что воды достаточно для прорастания?

Исследователи недавно сообщили об открытии нового прионоподобного белка в семенах, который может запустить этот процесс. Белок, названный FLOE1, обычно рассредоточен по всему семени.Но под воздействием воды молекулы FLOE1 быстро конденсируются, образуя капли, которые, по сути, действуют как сенсоры воды; такие характеристики белка напоминают прионы, которые известны своей способностью образовывать множественные конформации. Эти каплевидные структуры являются результатом процесса, называемого разделением фаз, который имеет решающее значение для многих клеточных процессов у растений и животных.

«Прорастание — действительно критический этап в жизненном цикле растения. Но мы не совсем понимаем, почему одни семена прорастают в идеальных условиях, а другие — нет », — говорит биолог растений Люсия Стрейдер из Университета Дьюка, которая не принимала участия в исследовании.«Это может быть частью ответа».

Исследователи, изучающие прорастание семян, ранее сосредотачивались на задействованных метаболических путях, роли различных гормонов растений и других переменных. Но немногие изучали физические свойства белков внутри семян — отчасти потому, что семя, как известно, трудно изучать в сухом состоянии, — говорит научный сотрудник и соавтор исследования Стивен Боэйнэмс из Стэнфордского университета.

Бойнаемс изучает нейродегенеративные заболевания, а не растения.Но его лаборатория объединилась с лабораторией соавтора исследования и биолога растений Яннива Дороне, постдока Научного института Карнеги в Стэнфорде, из-за странных действующих белков: группы гибких молекул, изменяющих форму, известных как внутренне неупорядоченные белки. В последнее десятилетие исследователи обнаружили в геномах млекопитающих и дрожжей множество последовательностей этих молекул. Многие из них участвуют в формировании проблемных нерастворимых структур при нейродегенеративных заболеваниях, особенно если они несут прионоподобные домены, которые вызывают скопления белка.«Эти белки неупорядочены и гибки, но они также очень липкие, что делает их склонными к агрегации», — объясняет Бойнемс.

Пытаясь понять семена, Дороне обнаружил удивительно большое количество последовательностей РНК для внутренне неупорядоченных белков в транскриптоме модельных видов растений Arabidopsis thaliana . Из 449 таких белков, которые он идентифицировал, 14 имели области, которые позволяли им скапливаться, подобно каплям масла, конденсирующимся на поверхности воды. Все, кроме одного, из 14 были связаны с метаболизмом нуклеиновых кислот.Дорон создал мутанты выброса, ген, который они назвали FLOE1 , чтобы проверить его роль в прорастании, и обнаружил, что отключение этого гена позволяет семенам прорастать с меньшим количеством воды. «Это было интригующе, и мы сначала не знали, как в этом разобраться», — говорит он.

Для большинства ферментативных методов, микроскопии или химических реакций, как правило, требуются буферы или реагенты на водной основе, поэтому изучение белка в отсутствие воды было затруднено. В качестве альтернативы Дороне и Бойнемс обратились к глицерину в качестве среды для изучения зародышей в семенах под микроскопом.Они обнаружили, что в глицерине FLOE1 был разбросан по тканям семян. Но в воде белок мгновенно скапливался в капли. «Это был первый намек на то, что этот переход от диффузного к конденсирующемуся при наличии воды может быть способом для семян ощущать воду», — говорит Бойнемс.

Предварительная обработка семян химическим веществом, блокирующим синтез белка, не повлияла на процесс; белок FLOE1, по-видимому, накапливался во время формирования зародыша, и его уровни достигли пика в зрелом, высушенном состоянии семян.То, что белок претерпевает такого рода переход из сухого во влажное состояние и сохраняет свою функцию, «немыслимо для млекопитающих», — говорит Бойнемс, хотя растения делают это регулярно. «Если вы дадите немного подсохнуть на кухонном столе, вы не сможете просто полить его водой и снова получить яичный белок», — добавляет Бойнемс. «Но здесь целые зародыши высыхают, а затем прорастают, когда чувствуют воду».

FLOE1 зависит от конкретных участков белка, которые позволяют ему переключаться между диффузной и конденсированной формами.Когда команда удалила определенные домены, они создали версию белка, которая осталась в конденсированной форме, и «скорость прорастания была зашкаливающей», — говорит Дороне. В другом наборе семян они удалили домены FLOE1, необходимые для конденсации, поэтому белок остался рассредоточенным в семенах. Эти штаммы, а также нокаут-мутанты, в которых полностью отсутствовал белок FLOE1, не отличались от семян дикого типа по массе, размеру или форме.

Но когда команда снизила уровень воды, доступной клеткам, оба типа мутантов показали более высокую скорость прорастания, чем клетки дикого типа, что свидетельствует о том, что белок предотвращает прорастание семян в неблагоприятных условиях.Исследователи подозревают, что таким образом белок, вероятно, обеспечит растениям больше шансов на выживание.

Просматривая геномы растений, команда также обнаружила два варианта белка: длинную доминантную форму и усеченную версию, которая имеет тенденцию образовывать более крупные конденсаты и может привлекать более длинную версию для слипания с ним. «Этот второй вариант точно настраивает свойства первого», — говорит Дороне. «Это взаимодействие между двумя версиями этого белка, образованного одним и тем же геном, могло помочь растениям адаптироваться к различным климатическим условиям.”

«Регулирование этого белка потенциально может найти применение в сельском хозяйстве», — отмечает клеточный биолог Данфенг Кай из Университета Джона Хопкинса, который изучает разделение фаз в клетках млекопитающих и не участвовал в этом исследовании. «Вы можете представить себе создание сельскохозяйственных культур, которые реагируют на различные условия окружающей среды».

Но такие приложения потребуют дальнейших исследований того, как изменение физического состояния FLOE1 запускает прорастание, говорят Дорон и другие.