ПРОТОПЛАСТ ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰРАМДАС БӨЛІКТЕРІ

ПРОТОПЛАСТ ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰРАМДАС БӨЛІКТЕРІ

Протопласт - өсімдік клеткаларының тіршілік процестерін (зат алмасу, қимыл, тітіркену, көбею, өсу, қоректену т. б.) түзетін негізгі бөлім. Ол өзіне тән құрылысы мен атқаратын қызметтері бар органеллалар немесе органоидтар деп аталатын әртүрлі компоненттерден тұрады. Олар: цитоплазма, пластидтер, митохондриялар, ядро, эндоплазмалық ретикулум, Гольджи аппараты, рибосомалар, лизосомалар және т.б.

Органеллалар бір-бірімен байланысын қамтамасыз ететін гиалоплазмаға батырылып орналасады. Гиалоплазма органеллалар мен ядроны қоспағанда цитоплазманы түзеді. Демек, протопласт цитоплазма және ядродан тұрады.

Цитоплазма
Цитоплазма – клетканың күрделі құрылымды кешені. Мұнда клеткаға тәнтіршілік белгілерінің бәрі бар. Цитоплазма өсімдік клеткасының барлық тірі компоненттерінің қажетті тіршілік орны субстраты. Цитоплазмада әртүрлі қызмет атқаратын органеллалар жүйесі орналасқан. Мысалы: рибосомалар- белокты синтездейді; хлоропластарда- фотосинтез процесі жүреді; митохондрияларда- дисситиляция; Гольджи аппаратында- полисахаридтерді синтездеу және бөліп шығару т.б. процестер жүреді. Жоғарыда айтқандай биологияға «протоплазма» деген ұғымды 1839 жылы чех ғалымы Я.Пуркинье енгізсе, 1862 жылы Келликер ядроны қоршап жатқан сұйықтықты «цитоплазма» (грекше «cytos» - клетка, «plasma» - сұйық зат) деп атады.

Цитоплазманы жарық микроскоппен зерттегендеоның бірыңғай қоймалжың, мөлдір зат екені байқалған. Нәтижесінде цитоплазма туралы бұрынғы түсініктің ауқымы кеңейе түсті, оның субмикроскопиялық құрылыстық элементтері ашылып, хлоропласт, митохондрия т.б. органеллалардың зат алмасуына қатынасы, олардың бір-біріне әсері, клетканың даму барысында олардың пайда болуы мен өзгерістерге ұшырауы туралы көптеген мәліметтер жинақталды.

Клетканы зерттеудегі соңғы жетістіктердің бірі – цитоплазманың мембраналық құрылымының анықталуы. Цитоплазманың құрылымдық негізі фосфолипидтер мен белоктардан (липопротеидтерден) тұратын жіңішке, аса тығыз үлпілдекті биологиялық мембрана.

Мембраналардағы липидтердің молекулалары бір-біріне қабаттаса келіп, оның гидрофильді бөлігі сырт жаққа (сулы ортаға) қарай, ал гидрофобты бөлігі, яғни май қышқылдарының қалдықтары ішке қарай бағытталып жатады.

Белоктардың молекулалары тұтас қабат түзбей, липидті бағана беткейінің екі жағын ала бір бөлігі оның арасында, қалғаны мембранада гидрофильді поралар түзіп, бағана қабаттарына ене орналасады.

Мембрана – цитоплазманың тірі бөлігі. Ол протопласты клетканы қоршайтын ортадан бөліп тұрады. Органеллалардың сыртқы шекарасын және олардың ішкі құрылымын түзеді. Барлық мембранаға тән қасиет – олардың тұтастығы, тұйықтығы (шеттерінің еш уақытта ашық болмауы). Цитоплазмадағы мембраналық элементтердің мөлшері клетканың типіне, атқаратын қызметіне қарай сипатталады. Кейбір жағдайда мембрана цитоплазманың құрғақ затының 90%-ін түзеді.

Биомембраналардың негізгі қасиеттерінің бірі – олардың жартылай өткізгіштігі. Кейбір заттар олардан өте баяу, ал кейбіреулері ерітіндінің қоюлығына қарамастан жеңіл өтеді. Сонымен мембраналар суда жақсы еритін заттардың көбісінің клеткаға еркін енуіне кедергі жасайды. Сөйтіп цитоплазманың және оның органеллаларының химиялық құрамын сақтайды. Мембраналар жеке ферменттер мен олардың комплекстерініңцитоплазмада қалыптасып, клетканың тіршілігіне қажетті ең негізгі процесс – химиялық реакциялардың еркімен жүруін қамтамасыз етеді.

Цитоплазма мембраналары: плазмалемма, мезоплазма және тонопласт.

Плазмалемма клеткаға негізінен диффузия жолымен өтетін суды ғана еркін өткізеді. Ірі молекулаларды әдетте өткізбейді. Майда молекулалар және иондар плазмалемма арқылы гиаплазмаға әр түрлі жылдамдықпен өтеді, олардың еркін өтуі ерітіндінің қоюлығына байланысты. Кей жағдайларда плазмалемманың кескіні толқынды болып келеді, кейде онда бірнеше терең қатпарлар пайда болады. Бұл мембраналардың молекулалар мен иондардың цитоплазмаға өтуіндегі немесе олардың клеткадан бөлініп шығуындағы белсенділігінің белгісі іспетті. Мұндай қатпарлар, әсіресе, заттарды қарқынды тасымалдауды іске асыратын клеткаларда жетілген. Заттардың клеткаға өтуін және одан бөлінуін реттеумен қатар, плазмалемма өсімдіктердегі синтездеу қызметін де атқарады. Онда орналасқан ферменттердің қатысуымен клетка қабықшасында целлюлозалы микрофибриллдердің түзілуі жүріп жатады. Сол сияқты ол тітіркенуді, гормондық стимулдарды қабылдайды.

Липидтердің тірі клетканың құрылымы мен физиологиясыүшін маңызы зор. Олар белоупен бірге цитоплазманың шекараралық қабаттарын түзетін мембраналарының және протопласт органеллаларының құрамына енеді. Көмірсулар клеткаға қор заттары ретінде жиналады. Минералды тұздар суда еріген күйінде кездеседі. Цитоплазманың негізін түзетін заттар коллоидты күйде болады, оның дисперсиялық ортасы - су. Қажет болған жағдайда цитоплазма суын беріп, тіршілігін жоймай гель (ұйыған күйге) күйіне көшуге, кебуге қабілетті.

Сондықтан да кейбір өсімдіктердің тұқымы тыныштық күйінде 80-100⁰ С температурада да ешбір зақымданбайды. Ал өсіп келе жатқан кезде 50-60⁰ температурада олардың цитоплазмасы коагуляцияланады.

Цитоплазманың коллоидты күйі өсімдік денесінің әр түрлі клеткаларында бірдей емес. Өйткені олардың коллоидтары әр түрлі дисперсиялық кезеңде болады. Эволюциялық дамудың барысында жер шарының әр түрлі тереңдіктерінде өсетін өсімдіктердің цитоплазма коллоидтарының тұрақтылығы қалыптасқан. Мұндай тұрақтылық тұқым қуалайды. Мысалы: Саханың ормандарында өсетін Сібір қарағайы, балқарағай – 52⁰ суыққа төзе алады. Ал Закавказьенің кейбір жеміс беретін өсімдіктері – анар, інжір, Батумиде өсетін эвкалипт, драцена – 15⁰ С температурада үсіп қалады. Сол сияқты температурасы 60-90⁰ С ыстық бұлақтардатіршілік ететін төменгі сатылы организмдер белгілі. Кейбір төменгі сатыдағы организмдердің спорасы 100-200⁰ С температураға төзімді.

Тасқынды қимыл клетка ішінде бірнеше майда вакуольдер болған жағдайда байқалады. Микроскоппен қарағанда клетка ішіндегі цитоплазма ретсіз, әр бағытта қимылдайды, яғни әр вакуольді айналып қимылдауы бір бағытта болмайды, сондықтан, қимыл ретсіз болып көрінеді. Тасқынды қимылды қалақай (urtica), қарбыз (citrulluus Bulgaris) түгінің клеткаларынан, традесканция гүлінің аталық жіпшесінен және т.б. объективтілерден байқауға болады.

Гиалоплазманың құрылымдық белокты компоенттерінің біразын молекулалары белгілі бір ретпен орналасқан микротүтікшелер және микрофиламенттер (лат. filomentum – жіпше) қалыптастырады.

Микротүтікшелер мөлдір орталық бөліктен және спиральды тығыз орналасқан белокты қабықшадан тұрады. Бұлар өте майда, диаметрі 25 нм, ұзындығы бірнеше микрометр. Әдетте олар бір-бірімен параллель плазмалеммаға таяу орналасады, бірақ онымен жанаспайды.

Микротүтікшелердің қызметі әлі толық ашылмаған. Олар цитоплазма арқалы заттардың жылжуына клетка қабықшасының плазмалеммадан пайда болған целлюлозалы микрофибриллдердің бағыталуына, митоз кезінде хромосомалардың орын ауысуына және протопластың пішінін сақтауға қатынасады деген жорамалдар бар.

Агранулярлы ретикулум нашарлау дамыған және оның клеткада болмауы жиі кездеседі. Ол бұтақталған жіңішке түтікшелердің торынан және сирек көпіршіктер мен цистерналардан тұрады. Агранулярлы ретикулум эфир майларын, шайыр мен каучукты синтездейді. заттарды синтездеуге, клетка ішінде тасымалдауға қатысады. Ол түйіршікті ретикулумнаноның цистерналарының түтікше тәрізді бұтақтары түрінде пайда болады.

Митохондрия саны клетканың жасына, пішініне, атқаратын қызметіне қарай, бірнеше жүзге дейін жетеді. Клеткадағы барлық митохондриялар жиынтығы хондриома деп аталады. Митохондрияның құрылымына келетін болсақ, олар сыртынан арасында ақшыл жолағы бар қос мембранамен қапталған. Сыртқы митохондрия мен гиалоплазманың арасындағы зат алмасуды жүзеге асырады. Ішкі мембрананың құрылымы мен химиялық құрамы жағынан сыртқыдан айырмашылығы бар, одан митохондрияның қуысына бағытталған ұзындығы әр түрлі кристар деп аталатын тарақтың жүзі тәрізді өскіншелер өсіп шығады. Кристар митохондрияның ішкі мембраналық бетін едәуір ұлғайтады, олардың аралығында ғы кеңістік тығыздығы әр түрлі гомогенді немесе жіңішке түйіршікті зат – митохондрия матриксімен толып тұрады. Матриксте гиалоплазманың рибосомаларынан едәуір майда рибосомалар мен митохондриалды ДНҚ фибрилдерінен тұратын мөлдір аймақтар кездеседі.

Соңғы уақытта көптеген ғалымдардың көмегімен клетканың тіршілік әрекетіндегі митохондрияның маңызын анықтауға мүмкіндік туды. Олардың негізгі қызметі – АДФ-тан АТФ-ты синтездеп алу, яғни клетканың энергетикалық қажетін қамтамасыз ету. Бұл энергия АТФ (аденозитрифосфат) митохондриядан бөлініп, клетканың тіршілік әрекеттеріне (бөліну, заттарды бөлу, қабылдау, синтездеуге) жұмсалады. Осының барысында АТФ қайтадан АДФ-қа айналып митохондрияға енеді.

Митохондрия хлоропластармен бірге оған қажетті және пайдалана алатын барлық энергиямен (АТФ түрінде) қамтамасық етеді. Митохондрия тыныс алу процесін атқарады.

Митохондриялар – тұрақты органеллалар. Митохондрия санының артуы, олардың бөлінуінің немесе бүршіктенуінің есебінен жүруі мүмкін.

Гольджи аппараты (диктиосома). Диктиосоманы алғаш рет 1878 жылы жануарлар клеткасынан бөлген итальяндық ғалым Гольджи. Өсімдіктер клеткасында бар диктиосома Гольджи денесінен және Гольджи көпіршіктерінен тұрады. Әрбір диктиосома гранулярлы мембранамен қоршалған, саны 5-7-ке (кейде 20 – ға дейін) жететін, диаметрі 1 мкм және қалындағы 20 – 40 нм шамасындағы бір – біріне параллель орналасқан жазық қапшықтардан – цистерналардың жиынтығынан тұрады. Көлденең кесіндісіндедиктиосома цистерналары түзу немесе доға тәрізді иілген қос мембрана тәрізді болып көрінеді. Диктиосома цистерналары үнемі тұтас болып келмейді, олардың жиектері (шеттері) жіңішке бұтақталған түтікшілер жүйесінен тұрады. Диктиосомалар клеткада белгілі бір ретсіз орналасады. Оның саны клетканың тиліне, даму кезеңіне байланысты ауытқуы мүмкін. Шамамен 10 – 50 – ден бірнеше жүзге жетеді. Гольджи көпіршіктері диктиосома цистерналарының шетінен немесе түтікшелерінің ұшынан бөлініп отырады.Олардың диктиосомалардан алыстау гиалоплазмаға тарап жатқанын тікелей плазмалеммадан көруге болады (элекрондық микроскоппен). Кейде көпіршіктер құрамының клетка қабықшасына қосылу көріністері байқалады.

Диктосомалардың өсімдіктер клеткасындағы қызметі – диктосомалар аморфты полисахаридтерді, ең алдымен, пектин заттарын, клетка қабықшасының матриксі гемицеллюлозаны және шырыштарды синтездеп, жинақтап, оны бөліп шығарады. Гольджи көпіршіктері полисахаридтерді плазмалеммаға тасымалдайды. Бұдан кейін көпіршікті қоршап тұрған мембрана плазмалеммаға қосылады, ал көпіршіктердің құрамы плазмалемманың сыртында қалады.

Полисахаридтерді синтездеуден және бөлуден басқа Гольджи аппараты түйіршікті ретикулум элементтері синтездейтін кейбір белоктарды клетка ішінде орналастыруға, тасымалдауға қатысады.

Лизосомалар (грекше “лизео” – ерітемін, “сома” – дене) – 1954-1955 жылдары Де Дюва (АҚШ) лабораториясында жануарлар клеткасын зерттеу барысында табылған. Көлемі 0,5-2 мкм, цитоплазмадағы ең ұсақ денелер. Оны биохимиялық зерттегенде, оның құрамында 10 ферменттің бары анықталды. Бұл ферменттер қышқыл ортада заттардың сумен қосылысының ыдырауын тездетеді.

Электрондық микроскоппен қарағанда, сыртын бір қабат мембрана қаптап тұратыны байқалған, ішкі құрылымы әр түрлі талшықты түйірлер, кейде мембраналы стромаға толы.

Лизосома ас қорытуға және клеткадағы кейбір ыдыраған заттарды шығарып тастауға қатысады.

Ол клетканың бетіне үнемі ферменттер бөліп отырады.

Пластидтерді зерттеумен А.Шимпер (1882) айналысып оны үш типке бөлді. 1)түссіз (мөлдір) лейкопластар, 2) реңі жасыл хлоропластар және 3) реңі қызыл-сары, сары хромопластар. Полипластидтердің пішіні жағынан митохондрияға өте ұқсас, бірақ көлемі өте ірі. Бір қарағанда полипластидтер сырты қос мембарнамен жабылған, іш жағында тығыз матриксі орналасқан сияқты көрінеді. Матриксте алғашқы кезде ретсіз орналасқан бірнеше көпіршіктері болады. Көпіршіктер санының артуына қарай пропластидтің көлемі де ұлғаяды. Қос мембрананың ішкі қабаты жиырылып, қабаттар түзіп, сыртқысынан біртіндеп алыстай бастайды. Матрикстегі көпіршіктер бір-бірімен қосылып ламеллалар, ал олардың белгілі бір ретпен орналасуынан грандар түзіледі. Сол сияқты пластидтердің бір түрі екінші түріне айналып отырады. Мысалы, хлоропластардың пигменттерінің бұзылуынан хромопластар пайда болады.

Жоғары сатыдағы өсімдіктерде хлоропласт пішіні дөңгелек немесе сопақша, линза тәрізді көбінде дәнег ұқсас болып келеді. Сондықтан олардың клеткаларындағы хлоропластарды хлорофилл дәндері деп, ал балдырлар клеткасындағы хлорпласты хроматофор деп атайды. Сан жағынан алғанда балдырлар хромтофорлары клетка ішінде аз, бірақ көлемі үлкен, пішіні алуан түрлі. Мысалы, клостериумда ол пластинка тәрізді, ал спирогирада иректеліп жатқан тапса сияқты, ал хламидомонда табақша, зигнемада жұлдыз тәрізді. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің бір клеткасында хлоропластың саны 1 – 2 – ден 50 – ге дейін жетеді. Мысалы, алма жапырағының клеткасындаорта есеппен 50 шамасында. Хлорпластын көлемі жоғары сатыдағы өсімдіктерде 2 – 7 мкм. Тірі хлорпласт құрамында белок - 50%, липидтер – 33%, хлорофиллдер – 5 – 10%,каротиноидтар – 1 – 2% процент және аз мөлшерде РНК мен ДНК бар.

Хроматографиялық әдіс бойынша М.Цвет хлорофиллдің 2 түрін тапты. Оның бірі хлорофилл “а” C₅₅H₇₂O₅N₄Mg көкшіл – жасыл пигмент, екіншісі хлофилл “в” С₅₅Н₇₀О₆N₄Mg сарғыш жасыл пигмент. Хлоропласт құрамында тағы да қызғылт сары пигмент каротин - С₄₀Н₅₆ және сары түсті пигмент ксантофилл – С₄₀Н₅₆О₂ бар. Қазіргі кезде хлорофилде “с” және “d” пигменттерінің барлығы белгілі. Хлорофилл - көміртегі, сутегі, оттегі және азот атомдары мен Mg атомдарынан тұратын күрделі органикалық қосылыс. Химиялық құрылымы жағынан қанның қызыл түйіршігі гемоглобинге ұқсас.

Хлоропластың құрғақ затының орта есеппен 35-55 проценті белоктан, 20-30 проценті липидтен, 9-10 процент хлорофилден, 4-5 проценті каротиноидтардан тұрады. Сонымен қатар хлоропласта дезоксирибонуклеин (ДНК), рибонуклеин (РНК) қышқылдарының Е. К витаминдерінің барлығы белгілі болды.

Хлоропласты қос қабатты мембрана қаптап тұрады. Бұл мембрананың шала өткізгіштік, сұрыптаушылық қасиеті бар. Мембрана арқылы хлоропласт цитоплазмадан бөлінеді. Ал ондағы саңылаулар арқылы цитоплазма мен хлоропласт арасындаүнемі зат алмасу процесі жүреді.

Хлоропластың с т р о м а немесе м а т р и к с деп аталатын денесі гидрофильді белокты – липоидты қосылыстан тұрады.

Хлоропластың стромасында оған кесе көлденең орналасқан ламеллалар немесе тилакоидтар деп аталатын қос мембраналы тақталы құрылымдар бар. Ламеллалар бір-бірімен параллель жанасып келіп, топтасып аса ұсақ денелер – грандар түзеді. Грандардағы ламеллалардың ұштары бір-бірімен жалғасып, тұйықталуынан диск пайда болады. Стромадағы грандар гранаралық тилокоидтар арқылы байланысады.

Хлоропластар жәй бөліну арқылы көбейеді. Хлоропластың басты қызметі- фотосинтез, яғни күн сәулесінің жарық қуатын пайдаланып, органикалық емес заттардан органикалық заттар түзуі. Фотосинтез кезінде алғаш түзілетін қарапйым моносахаридтер (қанттар) полимерленіп, крахмалға т.б. полисахаридтерге айналады. Сөйтіп хлоропластарда алғашқы крахмал ұсақ дәндер түрінде, ал қор заттары жиналатын мүшелердің лейкопластарында (амилопластарда) соңғы крахмал түрінде жиналады. Фотосинтез нәтижесінде органикалық заттардың қоры түзіледі. Атмосфера үнемі оттегімен толықтырылып, көмірқышқыл газынан тазартылады. Демек, хлорофилл жер бетіндегі тіршіліктің қайнар көзі.

Хромопластардың пішіні дөңгелек, таяқша, ұршық, үшбұрыш тәріздес. Мұндай сан түрлі пішінді болуы каротин және ксантофилл пигментерінің кристалданып, пластид стромасында жинақталуына байланысты. Хромопластардың стромасында мембраналы жүйе болмайды немесе нашар жетіледі.

Хромопластардың қызметі әлі де толық анықтала қойған жоқ. Олардың пигменттік құрамында хлорофилл болмайтындықтан, фотосинтезге қатыспайды. Оның зат алмасуға қатынасы да толық анықталмаған. Кейде хромопластарда май тамшылары , белок кристалдары және крахмал дәндері кездеседі. Осыған қарап осы заттардың синтезделуіне олардың аз болса әсерінің болуы, сондай-ақ хромопластар мен витаминдер синтезделуінің арасында байланыстың болуы мүмкін деген пікрлер бар.