Les corps des organismes vivants peuvent être une seule cellule, un groupe de cellules ou une énorme accumulation, comptant des milliards de ces structures élémentaires. Ces derniers comprennent la plupart des plantes supérieures. L'étude de la cellule - élément principal de la structure et des fonctions des organismes vivants - relève de la cytologie. Cette branche de la biologie a commencé à se développer rapidement après la découverte du microscope électronique, l'amélioration de la chromatographie et d'autres méthodes de biochimie. Considérez les principales caractéristiques, ainsi que les caractéristiques par lesquelles la cellule végétale diffère des plus petites unités structurelles de la structure des bactéries, des champignons et des animaux.
Ouverture de la cellule par R. Hooke
La théorie des minuscules éléments de la structure de tous les êtres vivants a dépassé le chemin du développement, mesuré en centaines d'années. La structure de la membrane cellulaire végétale a été vue pour la première fois dans son microscope par le scientifique britannique R. Hooke. Les dispositions générales de l'hypothèse cellulaire ont été formulées par Schleiden et Schwann, avant que d'autres chercheurs ne tirent des conclusions similaires.
L'Anglais R. Hooke a examiné une tranche de liège de chêne au microscope et a présenté les résultats lors d'une réunion de la Royal Society à Londres le 13 avril 1663 (selond'autres sources, l'événement s'est produit en 1665). Il s'est avéré que l'écorce d'un arbre est constituée de minuscules cellules, appelées "cellules" par Hooke. Les parois de ces chambres, formant un motif en forme de nid d'abeille, le scientifique considérait comme une substance vivante, et la cavité était reconnue comme une structure auxiliaire sans vie. Plus tard, il a été prouvé qu'à l'intérieur des cellules des plantes et des animaux, elles contiennent une substance, sans laquelle leur existence est impossible, et l'activité de tout l'organisme.
Théorie cellulaire
L'importante découverte de R. Hooke a été développée dans les travaux d'autres scientifiques qui ont étudié la structure des cellules animales et végétales. Des éléments structuraux similaires ont été observés par des scientifiques sur des coupes microscopiques de champignons multicellulaires. Il a été constaté que les unités structurelles des organismes vivants ont la capacité de se diviser. Sur la base de la recherche, les représentants des sciences biologiques d'Allemagne M. Schleiden et T. Schwann ont formulé une hypothèse qui est devenue plus tard la théorie cellulaire.
La comparaison de cellules végétales et animales avec des bactéries, des algues et des champignons a permis aux chercheurs allemands d'arriver à la conclusion suivante: les "chambres" découvertes par R. Hooke sont des unités structurelles élémentaires, et les processus qui s'y déroulent sous-tendent la vie de la plupart des organismes sur Terre. Un ajout important a été fait par R. Virkhov en 1855, notant que la division cellulaire est le seul moyen de leur reproduction. La théorie de Schleiden-Schwann avec des raffinements est devenue généralement acceptée en biologie.
La cellule est le plus petit élément de la structure et de la vie des plantes
Selon les positions théoriques de Schleiden et Schwann,le monde organique en est un, ce qui prouve la structure microscopique similaire des animaux et des plantes. En plus de ces deux règnes, l'existence cellulaire est caractéristique des champignons, les bactéries et les virus sont absents. La croissance et le développement des organismes vivants sont assurés par l'émergence de nouvelles cellules lors du processus de division des cellules existantes.
Un organisme multicellulaire n'est pas seulement une accumulation d'éléments structurels. De petites unités de structure interagissent les unes avec les autres, formant des tissus et des organes. Les organismes unicellulaires vivent isolés, ce qui ne les empêche pas de créer des colonies. Les principales caractéristiques de la cellule:
- capacité d'existence indépendante;
- propre métabolisme;
- auto-reproduction;
- développement.
Dans l'évolution de la vie, l'une des étapes les plus importantes a été la séparation du noyau du cytoplasme à l'aide d'une membrane protectrice. La connexion a été préservée, car ces structures ne peuvent pas exister séparément. Actuellement, il existe deux super-royaumes - les organismes non nucléaires et nucléaires. Le deuxième groupe est formé par les plantes, les champignons et les animaux, qui sont étudiés par les branches concernées de la science et de la biologie en général. Une cellule végétale a un noyau, un cytoplasme et des organites, qui seront discutés ci-dessous.
Diversité des cellules végétales
Sur la pause d'une pastèque mûre, d'une pomme ou d'une pomme de terre, vous pouvez voir des "cellules" structurelles remplies de liquide à l'œil nu. Ce sont des cellules de parenchyme fœtal d'un diamètre allant jusqu'à 1 mm. Les fibres libériennes sont des structures allongées dont la longueur dépasse largement la largeur. Par example,la cellule d'une plante appelée coton atteint une longueur de 65 mm. Les fibres libériennes de lin et de chanvre ont des dimensions linéaires de 40 à 60 mm. Les cellules typiques sont beaucoup plus petites -20–50 µm. Ces minuscules éléments structurels ne peuvent être vus qu'au microscope. Les caractéristiques des plus petites unités structurelles d'un organisme végétal se manifestent non seulement par des différences de forme et de taille, mais aussi par les fonctions exercées dans la composition des tissus.
Cellule végétale: caractéristiques structurelles de base
Le noyau et le cytoplasme sont étroitement interconnectés et interagissent les uns avec les autres, ce qui est confirmé par les recherches des scientifiques. Ce sont les parties principales de la cellule eucaryote, tous les autres éléments structurels en dépendent. Le noyau sert à stocker et à transmettre les informations génétiques nécessaires à la synthèse des protéines.
Le scientifique britannique R. Brown en 1831 a remarqué pour la première fois un corps spécial (noyau) dans la cellule d'une plante de la famille des orchidées. C'était un noyau entouré de cytoplasme semi-liquide. Le nom de cette substance signifie en traduction littérale du grec "la masse primaire de la cellule". Elle peut être plus liquide ou visqueuse, mais elle est nécessairement recouverte d'une membrane. L'enveloppe externe de la cellule est principalement constituée de cellulose, de lignine et de cire. Une caractéristique qui distingue les cellules végétales et animales est la présence de cette solide paroi de cellulose.
La structure du cytoplasme
La partie interne d'une cellule végétale est remplie d'hyaloplasme contenant de minuscules granules en suspension. Plus près de la coquille, le soi-disant endoplasme passe dans un exoplasme plus visqueux. Exactementces substances, dont la cellule végétale est remplie, servent de lieu pour le flux de réactions biochimiques et le transport de composés, le placement d'organites et d'inclusions.
Environ 70 à 85 % du cytoplasme est constitué d'eau, 10 à 20 % de protéines, d'autres composants chimiques - glucides, lipides, composés minéraux. Les cellules végétales possèdent un cytoplasme dans lequel, parmi les produits finaux de la synthèse, se trouvent des biorégulateurs de fonctions et des substances de réserve (vitamines, enzymes, huiles, amidon).
Core
La comparaison des cellules végétales et animales montre qu'elles ont une structure de noyau similaire, située dans le cytoplasme et occupant jusqu'à 20 % de son volume. L'Anglais R. Brown, qui a le premier examiné au microscope ce composant le plus important et le plus constant de tous les eucaryotes, lui a donné un nom du mot latin noyau. L'apparence des noyaux est généralement en corrélation avec la forme et la taille des cellules, mais en diffère parfois. Les éléments obligatoires de la structure sont la membrane, le caryolymphe, le nucléole et la chromatine.
Il y a des pores dans la membrane qui sépare le noyau du cytoplasme. Ils transportent des substances du noyau vers le cytoplasme et vice versa. La caryolymphe est un contenu nucléaire liquide ou visqueux avec des zones de chromatine. Le nucléole contient de l'acide ribonucléique (ARN) qui pénètre dans les ribosomes du cytoplasme pour participer à la synthèse des protéines. Un autre acide nucléique, l'acide désoxyribonucléique (ADN), est également présent en grande quantité. L'ADN et l'ARN ont été découverts pour la première fois dans des cellules animales en 1869, puis retrouvés dans des plantes. Le noyau est le centregestion » des processus intracellulaires, lieu de stockage des informations sur les caractéristiques héréditaires de tout l'organisme.
Réticulum endoplasmique (ER)
La structure des cellules animales et végétales présente une similitude significative. Nécessairement présents dans le cytoplasme sont des tubules internes remplis de substances d'origine et de composition différentes. Le type granulaire d'EPS diffère du type agranulaire par la présence de ribosomes à la surface de la membrane. Le premier intervient dans la synthèse des protéines, le second joue un rôle dans la formation des glucides et des lipides. Comme les chercheurs l'ont établi, non seulement les canaux pénètrent dans le cytoplasme, mais ils sont associés à chaque organite d'une cellule vivante. Par conséquent, la valeur de l'EPS est très appréciée en tant que participant au métabolisme, un système de communication avec l'environnement.
Ribosome
La structure d'une cellule végétale ou animale est difficile à imaginer sans ces petites particules. Les ribosomes sont très petits et ne peuvent être vus qu'au microscope électronique. Les protéines et les molécules d'acides ribonucléiques prédominent dans la composition des corps, il y a une petite quantité d'ions calcium et magnésium. La quasi-totalité de l'ARN de la cellule est concentrée dans les ribosomes, qui assurent la synthèse protéique en « assemblant » des protéines à partir d'acides aminés. Ensuite, les protéines pénètrent dans les canaux du RE et sont transportées par le réseau dans toute la cellule, pénètrent dans le noyau.
Mitochondries
Ces organelles de la cellule sont considérées comme ses stations énergétiques, elles sont visibles lorsqu'elles sont agrandies dans un microscope optique conventionnel. Le nombre de mitochondries varie dans une très large gamme, il peut y avoir des unités ou des milliers. La structure de l'organoïde n'est pas très complexe, il y a deuxmembranes et matrice à l'intérieur. Les mitochondries sont composées de lipides protéiques, d'ADN et d'ARN, sont responsables de la biosynthèse de l'ATP - acide adénosine triphosphorique. Cette substance d'une cellule végétale ou animale se caractérise par la présence de trois phosphates. La division de chacun d'eux fournit l'énergie nécessaire à tous les processus vitaux dans la cellule elle-même et dans tout le corps. Au contraire, l'ajout de résidus d'acide phosphorique permet de stocker de l'énergie et de la transférer sous cette forme dans toute la cellule.
Considérez les organites cellulaires dans la figure ci-dessous et nommez ceux que vous connaissez déjà. Notez la grande vésicule (vacuole) et les plastes verts (chloroplastes). Nous en reparlerons plus tard.
Complexe de Golgi
L'organoïde cellulaire complexe est constitué de granules, de membranes et de vacuoles. Le complexe a été ouvert en 1898 et porte le nom du biologiste italien. Les caractéristiques des cellules végétales sont la distribution uniforme des particules de Golgi dans tout le cytoplasme. Les scientifiques pensent que le complexe est nécessaire pour réguler le contenu de l'eau et des déchets, éliminer les substances en excès.
Plastides
Seules les cellules des tissus végétaux contiennent des organites verts. De plus, il existe des plastes incolores, jaunes et oranges. Leur structure et leurs fonctions reflètent le type de nutrition des plantes et sont capables de changer de couleur en raison de réactions chimiques. Principaux types de plastes:
- chromoplastes orange et jaune formés de carotène et de xanthophylle;
- chloroplastes contenant des grains de chlorophylle -pigment vert;
- les leucoplastes sont des plastes incolores.
La structure d'une cellule végétale est associée aux réactions chimiques de synthèse de la matière organique à partir du dioxyde de carbone et de l'eau en utilisant l'énergie lumineuse. Le nom de ce processus étonnant et très complexe est la photosynthèse. Les réactions s'effectuent grâce à la chlorophylle, c'est cette substance qui est capable de capter l'énergie d'un faisceau lumineux. La présence de pigment vert explique la couleur caractéristique des feuilles, des tiges herbacées, des fruits non mûrs. La chlorophylle a une structure similaire à l'hémoglobine dans le sang des animaux et des humains.
La couleur rouge, jaune et orange de divers organes végétaux est due à la présence de chromoplastes dans les cellules. Ils sont basés sur un grand groupe de caroténoïdes qui jouent un rôle important dans le métabolisme. Les leucoplastes sont responsables de la synthèse et de l'accumulation d'amidon. Les plastides se développent et se multiplient dans le cytoplasme, se déplaçant avec lui le long de la membrane interne de la cellule végétale. Ils sont riches en enzymes, ions et autres composés biologiquement actifs.
Différences dans la structure microscopique des principaux groupes d'organismes vivants
La plupart des cellules ressemblent à un petit sac rempli de mucus, de corps, de granules et de vésicules. Il existe souvent diverses inclusions sous forme de cristaux solides de minéraux, de gouttes d'huiles, de grains d'amidon. Les cellules sont en contact étroit dans la composition des tissus végétaux, la vie dans son ensemble dépend de l'activité de ces plus petites unités structurelles qui forment un tout.
Avec une structure multicellulaire, il y aspécialisation, qui s'exprime dans différentes tâches physiologiques et fonctions d'éléments structurels microscopiques. Ils sont déterminés principalement par l'emplacement des tissus dans les feuilles, les racines, la tige ou les organes génitaux de la plante.
Mettons en évidence les éléments principaux de la comparaison de la cellule végétale avec les unités structurelles élémentaires d'autres organismes vivants:
- La coque dense, caractéristique uniquement des plantes, est formée de fibres (cellulose). Chez les champignons, la membrane est constituée de chitine durable (une protéine spéciale).
- Les cellules des plantes et des champignons diffèrent par leur couleur en raison de la présence ou de l'absence de plastes. Des corps tels que les chloroplastes, les chromoplastes et les leucoplastes ne sont présents que dans le cytoplasme des plantes.
- Il existe un organoïde qui distingue les animaux - c'est le centriole (centre de la cellule).
- Ce n'est que dans la cellule végétale qu'il y a une grande vacuole centrale remplie de contenu liquide. Habituellement, cette sève cellulaire est colorée avec des pigments de différentes couleurs.
- Le principal composé de réserve de l'organisme végétal est l'amidon. Les champignons et les animaux accumulent du glycogène dans leurs cellules.
Parmi les algues, de nombreuses cellules uniques et libres sont connues. Par exemple, un tel organisme indépendant est chlamydomonas. Bien que les plantes diffèrent des animaux par la présence d'une paroi cellulaire cellulosique, les cellules germinales manquent d'une coquille aussi dense - c'est une autre preuve de l'unité du monde organique.
