Өсімдіктер клеткасының физиологиясы

Барлық тірі организмдердің денесі майда тор тәріздес клеткалардан тұратындығы белгілі. Клетка – өсімдіктер мен хайуанаттардың өте майда негізгі құрылыстық және қызметтік бөлігі.

Мәселен , тіршілік әрекеттерін өз алдына дербесжүзеге асыра алатын бактериялар, балдырлар, сағырауқұлақтар бір клеткалы организмдерге жатады. Бұлардың басым көпшіліктері өте майда, көзге ілінер-ілінбес организмдер.Дегенмен олардың ішінде біршама ірі, жәй көзбен қарағанда бөліктері оңай байқалатындары да аз емес. Мысалы,ацетабулярия(Acetabularia) деп аталатын теңіз балдырының ұзындығы 7см –ге дейін жетеді.

Өмірімізде күнделікті көзге түсетін жоғары сатыдағы өсімдіктердің барлығы көп клеткалы орнганизмдерге жатады.

Өсімдіктің жалпы денесін құрастыратын жеке мүшелері – жапырақ,сабақ, тамыр және гүл шоғырлары өз алдына белгілі қызмет атқарады. Олардың әрқайсысы түрліше қызмет атқаратын бірнеше ұлпалардан құралған. Жеке ұлпалар бір-біріне пішіндері және атқаратын қызметтері жағынан ұқсас клеткалардың жиынтығынан тұрады. Бір ұлпадағы клеткалардың пішіндері және атқаратын қызметтері басқа ұлпалардан өзгеше болады.

Алайда көп клеткалы өсімдіктерддің жеке клеткалары атқаратын қызметін бір клеткалы организмдердің қызметімен салыстыруға болмайды. Себебі, көп клеткалы организмдердегі жеке клеткалар тіршілік әрекеттері, атқаратын қызметтері жағынан бір клеткалы организмдерге тән дербестігін жоғалта бастайды.

Сондықтан жеке клеткаларды бір жағынан дербес организмдер, екінші жағынан көп клеткалы организмдердің ең майда және қарапайым бөлігі деп қарастырған жөн. Мысалы, кейбір бактериялық клеткалардың диаметрі – бір микрометрге жетер- жетпес болса, ұзындығы бірнеше миллиметрмен өлшенетін клеткалар да кездеседі.

Ең майда деген бактерия клеткасының біреуінің құрамында 1011 молекула болады екен.Міне, осының өзі тірі организмнің майда бірлігі – клетканың қаншалықты күрделі екендігін дәлелдейді.

Клеткалар сыртқы пішіндер жағынан да түрліше болуы мүмкін. Мысалы, сабақтың немесе тамырдың созылып өсу аймағындағы клетка – ұзындығы 50 мкм, ені 20, биіктігі 10 мкм шамасындағы қорапша сияқты болып өседі.

Өсімдік клеткасын микроскоппен қарағанда ең алдымен көзге түсетін үш бөлігі – қабығы, протопластары және вакуоль байқалады.

Протоплазманың құрамында құрылыстық бөліктер, цитоплазма және рибосомалар орналасқан. Құрылыстық бөліктерге –ядро, митохондриялар,пластидтер жатады. Цитоплазманың өзі мембраналардан (плазмалемма, тонопласт, эндоплазмалық тор),майда денешіктерден (диктиосомалар, лизосомалар,сферосомалар) және цитоплазмалық негізден (матрикс)құралған.

Атқаратын қызметтеріне байланысты клетканың құрылыстық бөліктерін үш топқа бөлуге болады:1) өзгертуші машиналар – митохондриялар, хлорпласттар; 2) белок және басқа полимерлердің синтезделуін жүзеге асыратын машиналар- рибосомалар, ядро; 3) май қышқылдары мен холестеринді синтездеуге қатысатын метаболиттік жүйе (гранулалар).

Клетка сыртынан целлюлозадан және басқа полисахаридтерден құралған қабықпен қоршалған. Оның толып жатқан ірі саңылаулары болады. Сондықтан ол еріген заттардың клетка ішіне енуіне, немесе сыртына шығуына кедергі бола алмайды. Клетка қабығының ішкі жағында цитоплазманы қоршаған плазмалық мембрана – плазмалемма орналасқан. Ол өзі арқылы заттарды қабыққа қарағанда, таңдап өткізеді. Соған байланысты заттардың клеткаға енуін және одан шығуын реттейді.Цитоплазмада митохондрия, хлоропластар, ядро және т.б. оргоноидтар жайғасқан. Өсімдіктердің өсіп жетілген клеткаларында тонопласт деп аталатын мембранамен қоршалған үлкен орталық вакуолі бар. Ол құрамында менералдық иондар, оргоникалық қышқылдар, кейде қанттар және амин қышқылдары бар ерітіндіге толы болады. Өсімдік клеткасының ішкі бөліктері бір-бірімен мембраналар арқылы оқшауланып жатады.

Голдьжи аппараты – Цитоплазмада түтікшелердің тағы бір жүйесі кездеседі, бұл жүйе оны ашқан ғалымның есімімен гольджи аппараты деп атаған.Гольджи аппараты бірнеше жалпақ цистерна сияқты түтікшелерден және олардың шеттеріне орналасқан әр түрлі өлшемді көпіршіктерден тұрады. Түрі жөнінен түтікшелер табақша тәрізді иілген пластиналар жиынтығын еске салады, мұндай табақшалардың шетінен көпіршіктер бөлініп шығады. Бүкіл жүйенің полюсті сипаты болады, оның проксимальды немесе түзуші деп аталатын бір полюсінде жаңа түтікшелер түзіледі, ал дистальды немесе секрет түзуші деп аталатын екінші полюсінде – көпіршіктер бөлініп шығады. Гольджи аппаратынан бөліне келе, көпіршіктер жол жөнекей бірігіп және көлемі арта отырып, жасушаның бетіне қарай қозғалады.Олар плазмалеммаға жеткен соң онымен қосылады да, ішіндегі заттарын экзоцитоз жолымен сыртқа бөліп шығарады. Төменгі сатыдағы өсімдіктерде Гольджи аппаратының эндоплазмалық тор мембранасымен немесе ядро қабықшасынан түзілетіні байқалады. Соған қарамастан, тор мембранасы Гольджи аппаратымен бірікпейді.Себебі Гольджи аппаратының қабықшалары тор мембраналарына қарағанда зор өзгеріске ұшырайды.Гольджи аппараты жасушадағы судың мөлшерін реттейді. Ішіне су толған оның түтікшелері ісінеді де, бұдан соң плазмалемма мен қосылып, суды сыртқа бөліп шығарады.Плазмалеммаға Гольджи көпіршіктерінің қосылуы есебінен плазмалемманың беті өте тез ұлғаяды. Қабықша көмірсуларының синтезделуі де Гольджи аппаратының атқаратын қызметіне жатады. Гольджи көпіршіктерінен гемицеллюлоза мен пектинді заттардан тұратын матрикс заттары, сондай –ақ целлюза фибрилдері табылған.Құрамында осы компонентер бар Гольджи көпіршіктері плазмалемаға жақындап, онымен қосылады да, ішіндегі заттарды сыртқа ығыстырып шығарады.Олар жасуша қабықшасын құруға қажетті материалды осылай жеткізеді. Гольджи аппаратының қызметі плазмалемманың реттеуші қызметімен бірдей. Плазмелемма бұл қызметін жасушаның бетінде атқарса, Гольджи аппараты- жасушаның терең іщкі қабатында тақарады.

Эндоплазматикалық тор – Портер 1945 жылы жануарлар жасушасынан, ал кейінірек өсімдіктер жасушасынан цитоплазманың ішіне батып тұратын, тармақталған аса жіңішке торды ашты. Ол цитоплазманың бүкіл қабатын торлап жатады, ал ядроның аймағында ерекше жиі тор түзеді. Сондықтан оны эндоплазмалық тор немесе ретикулум деп атайды. Эндоплазмалық тор түтікшелер мен өзекшелер жүйесінен тұрады, бұл жүйенің қабырғасы плазмалемма мембранасына қарағанда айтарлықтай жұқа, қарапайым мембрана болып табылады.

Эндоплазмалық тор түтікшелерінің ішінде түссіз, мөлдір энхилема деп аталатын сұйықтық болады. Бұл сұйықтықтың құрамында тұздар мен еритін ақуыздар бар. Кейбір жерлерінде эндоплазмалық тордың беті тегіс, басқа учаскелерінде оларға рибосомалардың бекінуіне қарай кедір-бұдыр болып келуі мүмкін. Эндоплазмалық тор ядроның сыртқы қабықшасы есебінен түзіледі, сондықтан тор энхилемасы мен ядро қабықшасының арасындағы перинуклеар сұйықтығы бірдей деп санауға болады. Кәрі жасушалардан жас жасушалар түзілгенде эндоплазмалық тор мембраналары жойылып кетпестен, ұрпақтан-ұрпаққа ауысады, ал ядро мембранасы әр жолы қайтадан түзіледі.

Кейбір авторлар плазмалемма мен эндоплазмалық тор мембраналары бірігіп, іс-жүзінде мембраналардың үздіксіз торын құра алады деп санайды. Алайда бұл пікір дұрыс емес. Плазмалемма мен эндоплазмалық тор бір-біріне үлеспейді, бұл плазмодесмадан жақсы көрінеді. Плазмодесманың көлденең кесіндісінен плазмалемма мен эндоплазмалық тордың мембраналары еш жерде бірікпестен, пора арқылы өтетіні көрінеді. Сонымен, көршілес жасушалардың эндоплазмалық торы жалғасып, бірыңғай үздіксіз жүйе құрайды. Соның арқасында жасушалар арасында энхилема алмасады.

Эндоплазмалық тор өзектерінің бойымен заттар тасмалданады. Цитоплазманың барлық қабаттарын аралап, ядро мембраналарымен қосыла келе және плазмодесмадан өте отырып, эндоплазмалық тор ядро мен цитоплазманың, жасушасының әр түрлі учаскелерінің, сондай-ақ көршілес жасушалардың өзара байланысуын қамтамасыз етеді.

Эндоплазмалық тордың рибосом бекінетін кедір-бұдырлы бөлігі ақуыз синтезіне қатысады. Рибосомалар мұнда уақытша бекінеді. Кедір-бұдырлы эндоплазмалық тор учаскелерінде синтезделген ақуыз оның өзекшелеріне, энхилемаға өтеді. Энхилема ақуыздардың, нуклеотидтер мен тұздардың ерітіндісі болып табылады, ол қан сарысуын еске түсіреді және қоректендіру қызметін атқаратын болса керек. Тор энхилемасы арқылы жасушаның өсуіне, жаңа органоидтар құруына, зат алмасу реакцияларына қажетті заттар жеткізіледі.

Рибосомалар – рибосомаларды 1955 жылда Паллада ашқан олар рибонуклеопротеидті бөлшектер болып мембраналары болмайды. РНК және ақуыздан құралған әр бір жасушада бірнеше он мыңдық рибосомадан құралған. Ол ядрошықта синтезделіп, цитоплазмада еркін және эндоплазматикалық торда жайғасқан. Рибосомада ақуыз және өте кем мөлшерде липедтер кездеседі. Рибосома ядрода, пластидаларда, және митохондряда болып, тек қана ақуызды синтездейді.

Рибосомалар – клеткадағы белоктың биологиялық синтезделуін іске асыратын, химиялық құрамы нуклеопротеидтерден тұратын, диаметрі 20-30нм шамасында, үлкен және кіші екі бөлікшеден құралған денелер рибосомалар деп аталады. Өсімдік клеткаларында рибосомалардың үш түрі кездеседі: цитоплазмада –80S рибосомар, хлоропласта –70S рибосомалар, ал митохондрияларда –80S рибосомалар. Рибосоманың құрамында рРНҚ және белоктар бар.

Пероксисомалар – бұл органаид кейінгі жылдарда 1968 жылы Голберт өсімдіктер жасушаларында анықтады. Олар майда мембраналарға оралған түтікшелер. Олардың ішінде жарықта тыныс алу ферменттері көп, және каталоза гликолатоксидаза да кездеседі. Олар жапырақ жасушаларында болып хлоропласттармен үздіксіз байланыста болады.

Полисомалар. Белок синтезделген кезде мРНҚ –ның бір молекуласын бірнеше рибосома синтезделуі мүмкін. Рибосомалардың осындай жиынтығын полисомалар деп атайды. Осындай топтар полисомада бос күйінде немесе эндоплазмалық тордың, ядро қабықшасының сыртқы мембраналарымен байланысқан күйде болады. Клеткадағы полирибосомалардың жалпы саны белок биосинтезінің қарқындылығына байланысты өзгереді.

Лизосомалар – мембраналармен шектелген органоид болып эндоплазматикалық тор немесе Гольджи аппаратынан пайда болады. Оның ішкі бөлегі энхиммамен тола болып, олар құрамында гидролитикалық ферменттер жайласқан. Олар қыщқылды ферменттер болып олардың негізін рибонуклеза, дезооксирибонукеаза кетепсин т.б. құрайды. Бұл ферменттер жасушалардағы заттарды су жәрдемінде ыдырату қасиеті болғаны үшін Лизосома атағы берілген. Лизосома барлық тірі организдердің барлығына тиісті органоид.

Вакуольдер – олар өсімдіктер жасушасында су көп мөлшерде болғаны үшін жақсы өркендегенэндоплазма торында майлы түтікше пайда болып, ісініп, бөлшектеніпшыққан вакуолалардықұрайды. Оныңмембранасы тонопластделінеді. Оның ішінде 96-98 су қалғаны органикалық қышқылдар ақуыз, көмірсу, амин қышқылы, түрлі минералдардан құралған шырыны қышқылды. Вақуолалар осматикалық қасиетті белгілейді. Сору күші Тургор қысымы су режимін сақтайды, шығынды заттарда бар.

Митохондриялар – қос мембраналы органоид энергетикалық құбылыстар күзетіледі және АТФ синтезделеді. Өсімдік митохондрялары пішіні домалақ. Гантел тәрізді болып жасушада 50-2000 ға жуық кездеседі. Ішкі мембранасы батып кіріп кристтар (қабырғалар) пайда етеді. Өсімдік жасушасында 5-10 митохондриялар жаңаланып тұрады. Олардың құрамында ДНК рибосомалары РНК болғаны үшін ақуыздар синтезделеді. Митохондриялар хлорапласттар сияқты ядро мембраналарынан үзіліп шыққан түтікшелерден пайда болады.

Глиоксисомалар – жаңа өсуді бастаған тұқымдарда пайда болады. Глиоксисомаларда майларды көмірсуларға айналдырушы ферменттер бар.

Сферасомалар – бұлар бұрын микосмалар деп аталып келеді домалақ болып сәулені сындыру қабілетіне ие. Олар эндоплазматикалық тордан пайда болып, өз құрамына липидтерді көп мөлшерде топталады. Оларды көбінесе липидті тамшылар деп атайды. Реформалар құрамында липаза, эстераза, протаза, РНК аза, ДНКаза ферменттері бар. Бұл органоидта көбінесе майлар синтезделінеді.

Микротүтікшелер – ол цитоплазманың сыртында жайласқан түтікшелі органоид.Ұзындығы 20-30нм, қалыңдығы 5-10нм. Оларглобулярақуыздан құралған. Мембраналары жоқ. Олар арқылы цитоплазма әрекеттенеді.

Майда (микро) денешіктер – Өсімдіктер клеткаларында өте майда (микро) денешіктердің болатындығы 1958 ж. Л.Женебье, А.Ланг және Р.Бюва зерттеулерінде анықталады. Олар-көлденеңі 0,2-1,5мкм шамасындағы, қарапайым мембранамен қоршалған дөңгелек пішіндіі денелер. Клеткалардың әр түрлерінде бұлардың сандары бір келкі болмайды. Шығу тегі жағынан, майда денешіктер эндоплазмалық тордың туындылары деп есептеледі.

Бұлардың ішінде пероксисомалар мен глиоксисомалар көбірек зерттелген. Пероксисомалар жоғары сатыдағы өсімдіктердің жапырақ клеткаларында болады. Глиоксисомалар болса майлы тұқымдардың эндоспермінде немесе жән жарнағында, арпа және бидай дәнінің гүл тостағаншасында болады.

Қазіргі кезде, пероксисомалар тек бір ғана процеске-жарықтағы тыныс алуға қатысатынды дәлелденді.

Гемицеллюлозалар – Күрделі полимерлер , пентоза және гексозалардын туындысы болып есептеледі. Оларды сілтілі еріткіштерде ерітіп, әлсіздеу қышқылдармен ыдыратуға болады. Гемицеллюлоза құрамында гексозалардан D-глюкоза және D-галактоза,пентозалардан L-кислоза және L-арабиноза,сондай-ақ L-рамноза және L-фруктоза да кездеседі.D-глюкозаның көптеген молекулаларының өзара 1,3-байланысуы нәтижесінде қалыптасатын коллоза-полиглюкан да гемицеллюозалар қатарына жатады.Көршілес клеткалар қабықтарын өзара қындастыратын аралық қабыршықтар пектиндер-галактурондар,галактандар және арабинозалардан құралады.Олардың негізі Д-галактуран қышқылы қалдықтарынан құралған полигалактуран қышқылының полимерлік тізбегі екендігі анықталды.Осы тізбектегі карбоксил топтары қос валентті металдарды, әсіресе кальцийді оңай байланыстыра алады.Кальций иондары пектинді заттарды өзара жалғастырып, қабықтың тығыздалуына ықпал жасайды.

Клетка қабығының негіздік бөлігінде көмірсулы қосындыларданбасқа экстенсин деп аталатын құрылыстық белок бар екндігі де анықталды.Оның құрамындағы амин қышқылдардың 20 пайызды оксипролин үлесіне келеді екен. Көмірсулы бөлігі арбинозалық тетрасахаридтерден құралады. Бұндағы арабиноза молекулалары өзары 1,2 және 1,3 байланыстар аркылы жалғасқан.Клетка қабығының астар жағы,негізінен, гетерополимерлі хош иісті қосынды- лигнинмен бедерленеді.Ол клетка қабығында проксилема түтіктерінің қалыптаса бастаған кезінде пайда болып, біртіндеп алғашқы және қайталама қабықтың құрамына енеді.Лигниннің жедел пайда болуы клетканың өсуі тоқтағаннан кейін байқалады.