В какой клетки содержится клеточный сок

Вакуоли содержатся практически во всех растительных клетках. Вакуоль – это полость в клетке, заполненная водянистым содержимым – клеточным соком и ограниченная от цитоплазмы избирательно проницаемой мембраной – тонопластом. Клеточный сок выделяется протопластом в процессе его жизнедеятельности и накапливается в вакуолях.

Есть 2 пути образования вакуолей в клетке. В образовании вакуолей принимают участие эндоплазматическая сеть и, вероятно, пузырьки и диктиосомные цистерны комплекса Гольджи.

1 путь. Расширения гранулярной ЭПС теряют рибосомы, изолируются, округляются и превращаются в мелкие вакуоли, а мембрана ЭПС становится тонопластом. Мелкие вакуоли сливаются, образуя одну центральную вакуоль.

2 путь. Цистерны комплекса Гольджи образуют пузырьки с водянистым содержимым, которые сливаются, образуя мелкие вакуоли, а те в свою очередь – крупную вакуоль.

Содержимое вакуоли – клеточный сок – это, чаще всего, водный раствор веществ, продуктов жизнедеятельности протопласта. В основном, это эргастические вещества (запасные и шлаки).

Основа клеточного сока – вода(70% и более). В ней растворены органические и минеральные вещества, образуя коллоидный раствор, могут быть и твёрдые включения.

Т.о., внутри вакуолей сосредоточен большой запас органических веществ. Именно они определяют кислотность среды клеточного сока. Чаще всего клеточный сок имеет слабо-кислую реакцию, реже – нейтральную, очень редко – щелочную.

По химическому составу и концентрации веществ клеточный сок очень сильно отличается от цитоплазмы. Это обусловлено активной работой тонопласта, который обладает избирательной проницаемостью и тем самым контролирует состав клеточного сока.

Состав клеточного сока разнообразен у разных растений. На первом месте по количеству стоят углеводы, представленные низкомолекулярными растворимыми сахаридами (моносахариды – глюкоза, фруктоза; дисахариды – сахароза) и полисахаридами.

Часто встречаются производные углеводов, образующих сложные органические соединения со спиртами, альдегидами, фенолами – гликозиды.

К группе гликозидов относятся пигменты клеточного сока – флавоноиды. Самые важные из них – антоцианы. Антоцианы дают синюю, красную, розовую, фиолетовую, а в большой концентрации – чёрную окраску. Причем, цвет антоцианов зависит от среды клеточного сока. (Это пигменты – хамелеоны).

Если среда кислая – красные и розовые цвета.

Если щелочная – синие цвета.

Если нейтральная – фиолетовые цвета, вплоть до черного.

Антоцианы окрашивают лепестки многих цветов (например, медуница, незабудка, колокольчик), плоды (черника, голубика), осенние листья.

Функции антоцианов: 1) приспособительная (сигнальная); 2) защитная (чем ниже температура, тем больше антоцианов накапливается в растении – защита от замерзания).

Другие пигменты-гликозиды – флавоны, окрашивают лепестки цветов в жёлтый цвет. Например, пигмент-флавон антохлорокрашивает цветки сложноцветных (одуванчик), бобовых (чина), льнянки, коровяка, примулы.

Реже встречается бурый пигмент – антофеин, который обуславливает окраску бурых пятен на лепестках орхидных и некоторых других растений.

Гликозиды хорошо растворимы в воде и растворены в клеточном соке. Многие гликозиды ядовиты. Ряд гликозидов используется в медицине (например, сердечные гликозиды наперстянки и ландыша). Гликозиды – сапонины в воде образуют пену, их используют как заменитель мыла (мыльнянка).

Другая важная группа веществ – танины. Это высокомолекулярные фенольные соединения. Содержатся в клеточном соке клеток коры, древесины, листьев и плодов многих растений (дуб, ива, тополь, эвкалипт, чай и др.). Особенно много танинов в галлах (до 75%) на листьях дуба. Функции танинов: 1) физиологическая (до конца не выяснена); 2) защитная -танины обладают дезинфицирующими свойствами (антисептики) и предохраняют клетки растений от гниения и инфекции.

Некоторые танины используются как лекарства и при дублении кож (сворачивают белки). Галлы («чернильные орешки») раньше использовались для получения чернил.

Алкалоиды – большая группа природных азотсодержащих соединений основного характера (т.е., обладающих щелочными свойствами), часто горькие на вкус. Аккалоиды содержатся в клеточном соке многих высших растений, чаще двудольных. Известно более 2000 алкалоидов. Определённые алкалоиды характерны для растений одного рода.

Например, кофеин(в семенах кофе, листьях чая), хинин (в коре хинного дерева), атропин(в корнях, клубнях и плодах белладонны) и др. Большинство алкалоидов – сильные яды, многие обладают наркотическими свойствами (морфин). Многие алкалоиды используются в медицине.

В клеточном соке могут содержаться также органические кислоты: винная, яблочная, щавелевая, янтарная, лимонная и др.. Их соли, вместе с катионами калия и натрия, играют большую роль в осмотических процессах клетки.

Много в клеточном соке минеральных солей, находящихся в растворённом состоянии в виде ионов.

Также в качестве включений в клеточном соке могут содержаться белки (в аморфном и кристаллическом состоянии), кристаллы солей (в основном оксалат Са).

Значение веществ клеточного сока для растений.

1) Вещества клеточного сока время от времени используются растениями, вовлекаясь в обмен веществ.

2) Вещества клеточного сока имеют большое значение для передвижения воды в растении и обуславливают осмотические свойства клетки.

Следовательно, клеточный сок определяет осмотические свойства клетки.

Осмотические свойства клетки

Рис. 1. Схема растительной клетки как осмотической системы:

π*-осмотическое давле­ние, Р – тургорное давление, -Р – противодавле­ние клеточной стенки.

По химическому составу и концентрации веществ клеточный сок сильно отличается от протопласта клетки, так как вакуолярная мембрана – тонопласт обладает избирательной проницаемостью для разных веществ и в основном выполняет транспортную и барьерную функции (пропускает одни вещества и не пропускает или с трудом пропускает другие).

Именно поэтому концентрация ионов и органических веществ в клеточном соке вакуоли обычно выше, чем в оболочке клетки, и поэтому вода будет поступать в вакуоль путём диффузии, стремясь уравнять концентрацию окружающей среды и клеточного сока.

Такое одностороннее, однонаправленное, пассивное проникновение воды через полупроницаемую для растворённых веществ мембрану называется осмосом.

По мере того, как вакуоль клетки насыщается водой создается давление вакуоли на протопласт – осмотическое давление (π*). Чем концентрированнее клеточный сок, тем активнее идёт диффузия воды в клетку, следовательно тем выше π* в клетке.

По мере насыщения клетки водой протопласт становится упругим и развивается гидростатическое (тургорное) давление протопласта на клеточную оболочку (Р).

Упругое состояние клетки при максимальном её насыщением водой называется тургорным состоянием, или тургором. При потере воды растение теряет тургор и завядает.

То есть тургорное давление – это давление, развивающееся в растительной в результате осмоса.

Тургорному давлению противостоит равное ему по величине и противоположное по знаку механическое давление, вызванное эластичным растяжением клеточной оболочки, направленное внутрь клетки. Оно называется противодавлением клеточной оболочки (-Р).

Необходимое клетке количество воды, её поступление зависит от разности осмотического (π*) и тургорного (Р) давления.

π* – Р = S – сосущая сила, – сила с которой вода входит в клетку.

Величина её определяется осмотическим давлением клеточного сока (π*) и тургорным давлением в клетке (Р) (которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающему при её эластичном растяжении).

Когда клетка полностью насыщена водой её S = 0,а Р = π* (тургорное давление равно осмотическому давлению).

Полный тургор наступает при достаточной влажности воздуха и почвы.

При длительном недостатке воды Р = 0(растение вянет), а S = π*.

В зависимости от сосущей силы происходит поступление воды в корневые волоски, так как клеточный сок клеток корня концентрированнее, чем окружающие его растворы минеральных солей почвы.

Если клетку поместить в более концентрированный раствор, наблюдается состояние плазмолиза – отставание протопласта от стенок клетки (за счёт ухода из него воды). Этот процесс обратим и при помещении клетки в раствор одинаковой концентрации с клеточным соком идёт деплазмолиз – восстановление тургорного состояния клетки.

Значение клеточного сока и вакуолей

1. Обеспечивается поступление воды в клетку и её перемещение по растению.

2. Тургорное (упругое) состояние обеспечивает нормальную форму и жизнедеятельность клетки и растения в целом.

3. В клеточном соке вакуолей могут запасаться важные для клетки вещества (запасающая функция).

Значение клеточного сока в процессах жизнедеятельности растений,

использование человеком

Ответ:

Вакуоли – полости в протопласте эукариотических клеток. У растений вакуоли – производные эндоплазматической сети, ограниченные мембраной – тонопластом и заполненные водянистым содержимым – клеточным соком. По- видимому, существенную роль в образовании вакуолей имеет деятельность аппарата Гольджи.

В молодых делящихся растительных клетках вакуоли представляют систему канальцев и пузырьков (провакуоли), по мере роста клеток они увеличиваются, а затем сливаются в одну большую центральную вакуоль. Она занимает от 70 до 90% объема клетки, в то время как протопласт располагается в виде тонкого постенного слоя. В основном увеличение размеров клетки происходит за счет роста вакуоли. В результате этого возникает тургорное давление и поддерживается упругость клеток и тканей.

Содержимое вакуоли – клеточный сок – представляет собой слабокислый (рН 2-5) водный раствор различных органических и неорганических веществ (в незрелых плодах или в зрелых плодах лимона клеточный сок имеет сильнокислую реакцию). По химическому составу и консистенции клеточный сок существенно отличается от протопласта. Эти различия связаны с избирательной проницаемостью тонопласта, выполняющего барьерную функцию. Большинство органических веществ, содержащихся в клеточном соке, относится к группе эргастических продуктов метаболизма протопласта. В зависимости от потребностей клетки они могут накапливаться в вакуоли в значительных количествах либо полностью исчезать. Наиболее обычны различные углеводы, играющие роль запасных энергетических веществ, а также органические кислоты. Вакуоли семян нередко содержат и белки-протеины. Растительные вакуоли часто служат местом концентрации разнообразных вторичных метаболитов – полифенольных соединений: флавоноидов, антоцианов, таннидов и азотсодержащих веществ – алкалоидов. В клеточном соке растворены также многие неорганические соединения.

Функции вакуолей многообразны. Они формируют внутреннюю водную среду клетки, и с их помощью осуществляется регуляция водно-солевого обмена. В этом плане очень важна роль тонопласта, участвующего в активном транспорте и накоплении в вакуолях некоторых ионов.

Другая важнейшая роль вакуолей состоит в поддержании тургорного гидростатического давления внутриклеточной жидкости в клетке.

Наконец, третья их функция – накопление запасных веществ и “захоронение” отбросов, т.е. конечных продуктов метаболизма клетки. Иногда вакуоли разрушают токсичные или ненужные клетке вещества. Обычно это выполняется специальными небольшими вакуолями, содержащими соответствующие ферменты. Такие вакуоли получили название лизосомных.

Тургорное давление в растительных клетках способствует поддержанию формы неодревесневших частей растений. Оно служит также одним из факторов роста, обеспечивая рост клеток растяжением. Потеря тургора вызывает увядание растений. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта для воды и явлением осмоса. Осмос – это односторонняя диффузия воды через полупроницаемую перегородку в сторону водного раствора солей большей концентрации. Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на цитоплазму , а через нее – на стенку клетки, вызывая упругое ее состояние, т.е. обеспечивая тургор. Недостаток воды в растении и тем самым в отдельной клетке ведет к плазмолизу , т.е. к сокращению объема вакуоли и отделению протопластов от оболочки. Плазмолиз может быть вызван искусственно при погружении клетки в гипертонический раствор какой-либо соли или сахара. Плазмолиз обычно обратим и может служить показателем живого состояния протопласта.

Клеточный сок.

Он скапливается в вакуолях и представляет собой жидкое включение. В молодой клетке вакуолей много, но они очень мелкие. По мере роста клеток вакуоли сливаются и часто образуют одну крупную центральную, вокруг которой располагаются цитоплазма, ядро, пластиды и др: Химический состав клеточного сока сильно варьирует в зависимости от вида, сорта и возраста растения. У большинства растений он имеет кислую реакцию; исключение составляют огурец, дыня и некоторые другие растения, у которых реакция клеточного сока щелочная. Клеточный сок содержит различные сахара (сахарозу, или тростниковый сахар, глюкозу, фруктозу, инулин), органические кислоты (яблочную, лимонную, щавелевую и др.), алкалоиды, дубильные вещества, гликозиды, пигменты, минеральные соли др.

Сахара часто скапливаются в клеточном соке различных органов растений в качестве запасных веществ. Особенно много сахара в стеблях сахарного тростника и в корнях сахарной свеклы.

Органические кислоты в клеточном соке находятся в свободном состоянии в виде солей. Они придают клеточному соку кислый вкус. Физиологическая роль кислот в жизни клетки до сих пор еще мало изучена.

Алкалоиды представляют собой сложные органические соединения, содержащие азот. Они бесцветные, на вкус горькие, многие из них являются сильнейшими ядами, имеющими большое значение в медицине, и используются в качестве лечебных препаратов.

Клеточный сок — водный раствор различных веществ. В основном это продукты жизнедеятельности протопласта, появляющиеся и исчезающие на разных этапах жизни клетки. Химический состав и концентрация клеточного сока зависят от вида растения и типа ткани, к которой относится клетка. Обычно клеточный сок имеет кислую реакцию. В его состав входят водорастворимые органические и неорганические вещества. В клеточном соке широко представлены запасные питательные вещества: простые белки и водорастворимые углеводы; вещества, обеспечивающие защиту клетки и ее кантакты с другими организмами: алкалоиды, гликозиды, пигменты; осмотически активные соединения: соли неорганических и органических кислот. Здесь же изолируются ненужные протопласту конечные продукты обмена веществ.

Вещества клеточного сока

Таблица 6.1

Окончание

Среди веществ, входящих в состав клеточного сока, больше всего водорастворимых углеводов. Особое значение имеют сахара: глюкоза, фруктоза, сахароза. Они служат основными источниками энергии в клетке и представляют собой типичные запасные вещества. В вакуолях клеток запасающих тканей клубней топинамбура (подсолнечника клубненосного) и стахиса Зибольда накапливается много водорастворимого полисахарида инулина, что, значительно повышая концентрацию клеточного сока, предотвращает его замерзание в зимний период и позволяет клубням зимовать в почве.

Роль содержащихся в клеточном соке гликозидов (эфироподобных соединений моносахаридов со спиртами и другими веществами) не совсем ясна. Некоторые из них, безусловно, могут защищать растения от поедания животными своей токсичностью (амигдалин, диги- талин), горьким вкусом (синигрин) или неприятным резким запахом (кумарин). Относящиеся к гликозидам пигменты клеточного сока обеспечивают окраску цветков и плодов, способствуя соответственно их опылению и распространению. Наибольший интерес представляют пигменты антоцианы, способные изменять окраску в зависимости от реакции клеточного сока. В кислой среде она красная, в нейтральной — фиолетовая, в щелочной — синяя. Именно этими пигментами обычно обусловлена столь разнообразная окраска цветков (василек, герань, дельфиниум, мак, пион, шиповник) и плодов (виноград, вишня, слива, смородина). Красно-фиолетовый пигмент бетаин окрашивает листья и корнеплоды столовой свеклы.

Накапливающиеся в клеточном соке дубильные вещества, обладая антисептическими свойствами, защищают растения от патогенных бактерий и грибов. Очень много дубильных веществ содержится в корке дуба и в листьях чая (до 20%). Благодаря противовоспалительному и вяжущему действию их применяют при лечении ожогов, кожных болезней, воспалительных процессов в ротовой полости, горле, пищеварительной системе. Издавна дубильные вещества используются для дубления кож.

Ажалоиды (органические основания, содержащие азот) находятся в клеточном соке в виде солей органических кислот. Сильноядовитые и жгучие на вкус, они, очевидно, как и гликозиды, защищают растения от травоядных животных. Обладая высокой физиологической активностью, оказывают сильное воздействие на организм человека. Широко применяются в медицине как лекарства разного действия: болеутоляющего (кокаин, морфин), антималярийного (хинин), сосудорасширяющего (атропин) и др. Инсектицидными свойствами обладают анабазин и никотин.

Вакуоли. Клеточный сок накапливается в вакуолях — полостях, образуемых цистернами ЭР. В образовании вакуолей принимает участие и аппарат Гольджи, в диктиосомах которого изолируются продукты вторичного обмена. С помощью пузырьков Гольджи они доставляются к вакуоли, где содержимое пузырька пополняет состав клеточного сока, а мембрана пузырька обеспечивает поверхностный рост мембраны вакуоли — тонопласта. В процессе жизнедеятельности клетки многочисленные мелкие вакуоли сливаются между собой, образуя одну большую центральную вакуоль. В зрелой клетке она занимает до 70—90% ее объема (протопласт располагается в такой клетке постенно).

Вакуоль — не только место хранения разнообразных веществ. Она играет важную роль в поддержании клетки в состоянии тургора и регуляции водно-солевого обмена. При достаточной оводненности клетки вода поступает в вакуоль путем диффузии — движением молекул из области их высокой в область их низкой концентрации, т.е. по градиенту концентрации. При выравнивании концентрации движение молекул останавливается. Диффузию воды через мембрану по градиенту концентрации называют осмосом. В результате осмоса молекулы воды перемещаются из раствора с низкой концентрацией растворенных веществ (гипотонического) в раствор с более высокой их концентрацией (гипертонический) до тех пор, пока концентрации растворов не сравняются (они станут изотоническими).

Ведущую роль в осуществлении осмоса в растительной клетке играет вакуоль. Если концентрация клеточного сока выше, чем у гиалоплазмы, то вода из нее будет поступать в вакуоль. Увеличиваясь при этом в размерах, вакуоль начинает давить на протопласт, прижимая его к клеточной стенке и тем самым создавая так называемое тургорное давление. Достаточно упругая клеточная стенка оказывает в этом случае обратное давление на протопласт — тургорное натяжение. Оно увеличивается по мере поступления воды в клетку. Поступление воды в клетку лимитируется растяжимостью эластичной клеточной стенки — при достижении ее предела вода перестает поступать в клетку. Напряженное состояние клеточной стенки, создаваемое внутриклеточной жидкостью, называется тургором. Клетка в состоянии тургора имеет наибольший объем, наименьшую концентрацию клеточного сока и максимальное тургорное натяжение.

Состояние тургора — нормальное физиологическое состояние клетки. Оно играет огромную роль в жизни растения. Благодаря тургору органы растения поддерживают свою форму и сохраняют нужное положение в пространстве, противостоя различным механическим воздействиям. При помещении клетки, находящейся в состоянии тургора, в раствор с более высокой концентрацией, чем концентрация ее клеточного сока (с более высоким осмотическим давлением), вода начнет быстро покидать клетку. Уменьшение объема вакуоли приводит к понижению ее давления на протопласт, а последнего — на клеточную стенку. Сокращение поверхности клеточной стенки приводит к уменьшению размера клетки. Когда размер клетки достигает минимума, а уменьшение объема протопласта из-за потери воды продолжается, то, сжимаясь, он может сначала локально — местами, а потом и полностью отделиться от клеточной стенки. Такое противоположное тургору состояние клетки называют плазмолизом. Если клетку в состоянии плазмолиза поместить в чистую воду, то она может вернуться в состояние тургора, т.е. произойдет деплазмолиз. В этом случае имеет место обратимый плазмолиз. Когда протопласт из-за потери воды полностью отделяется от клеточной стенки, клетку в состояние тургора вернуть уже невозможно — наступает необратимый плазмолиз, в результате которого протопласт погибает.

Последствия плазмолиза можно наблюдать при недостаточном поливе растений — листья их поникают и увядают. Об осмотических особенностях клеток следует помнить и при внесении удобрений. Высокая концентрация вносимых удобрений может так сильно повысить концентрацию почвенного раствора возле корневых волосков, что вода начнет покидать клетки корня, а не поступать в них.