La structure et les fonctions de la membrane cytoplasmique des cellules. Membrane cytoplasmique et ses dérivés

membrane cytoplasmique, plasmalemme - basique, universel pour toutes les cellules composant appareil de surface. Son épaisseur est d'environ 10 nm. Il limite le cytoplasme et le protège des influences extérieures, participe aux processus métaboliques avec environnement.

Les composants chimiques de la membrane sont les lipides et les protéines. Les lipides représentent en moyenne 40 % de la masse des membranes. Les phospholipides prédominent parmi eux. .

Les molécules lipidiques sont disposées en une double couche (couche bilipidique). Chaque molécule lipidique est formée d'une tête hydrophile polaire et de queues hydrophobes non polaires. Dans la membrane cytoplasmique, leurs têtes hydrophiles font face aux surfaces externe et interne de la membrane, et les queues hydrophobes font face à l'intérieur de la membrane (Fig.).

En plus de la couche bilipidique principale, les membranes contiennent deux types de protéines : périphériques et intégrales. Périphérique les protéines sont associées aux têtes polaires des molécules lipidiques par des interactions électrostatiques. Ils ne forment pas une couche continue. Les protéines périphériques lient le plasmalemme aux structures supra- ou sous-membranaires de l'appareil de surface.

Intégral les protéines sont plus ou moins profondément immergées dans la membrane, ou la traversent (voir Fig.).

Avec certaines molécules de lipides et de protéines du plasmalemme des cellules animales, des molécules de polysaccharides sont liées par des liaisons covalentes. Leurs molécules courtes et fortement ramifiées forment des glycolipides et des glycoprotéines. La couche de polysaccharides recouvre toute la surface de la cellule. On l'appelle glycocalyx (de lat. glycine- Doux et callum- peau épaisse), et est un complexe épimembranaire cellule animale.

Fonctions du plasmalemme. Le plasmalemme remplit des fonctions de barrière, de récepteur et de transport.

fonction barrière. Entourant la cellule de tous côtés, la membrane cytoplasmique joue le rôle d'une barrière mécanique - une barrière entre le contenu intracellulaire organisé de manière complexe et l'environnement extérieur. La fonction barrière est assurée par la couche bilipidique, empêchant le contenu de la cellule de se répandre et empêchant la pénétration de substances étrangères dans la cellule.

fonction de récepteur. Certaines protéines membranaires sont capables de reconnaître certaines substances et de s'y lier. Ainsi, les protéines réceptrices sont impliquées dans la sélection des molécules entrant dans les cellules. Les protéines réceptrices comprennent, par exemple, les récepteurs reconnaissant l'antigène des lymphocytes B, les récepteurs hormonaux, etc. Les protéines intégrales qui remplissent des fonctions enzymatiques spécifiques qui effectuent les processus de digestion pariétale dans l'intestin peuvent également être attribuées à ce type.

Des protéines de signalisation sont également intégrées à la membrane plasmique, capables de modifier leur structure spatiale en réponse à l'action de divers facteurs environnementaux et ainsi de transmettre des signaux dans la cellule. Par conséquent, la membrane plasmique fournit irritabilité organismes (capacité à percevoir des stimuli et à y répondre d'une certaine manière), échangeant des informations entre la cellule et l'environnement.

Dans la mise en œuvre de la fonction réceptrice, outre les protéines membranaires, les éléments du glycocalyx jouent un rôle important.

La diversité et la spécificité des ensembles de récepteurs à la surface des cellules conduisent à la création d'un système très complexe de marqueurs qui permettent de distinguer les cellules "auto" (du même individu ou de la même espèce) des cellules "étrangères". Des cellules similaires entrent en interaction les unes avec les autres, conduisant à l'adhésion des surfaces (conjugaison chez les bactéries, formation de tissus chez les animaux).

La localisation de récepteurs spécifiques qui répondent à des facteurs physiques est associée à la membrane cytoplasmique. Ainsi, chez les bactéries photosynthétiques et les cyanobactéries, les récepteurs (chlorophylles) interagissant avec les quanta de lumière sont localisés sur les membranes. Dans le plasmalemme des cellules animales photosensibles, il existe un système spécial de photorécepteurs (rhodopsine). À l'aide de photorécepteurs, le signal lumineux est converti en un signal chimique, qui à son tour conduit à l'apparition d'un influx nerveux.

fonction transport. L'une des principales fonctions de la membrane est le transport de substances. Il existe plusieurs voies principales de transport de substances à travers la membrane cytoplasmique : la diffusion, la diffusion facilitée, le transport actif et le transport dans un emballage membranaire.

La diffusion- le mouvement des substances à travers la membrane le long du gradient de concentration (de la zone où leur concentration est la plus élevée vers la zone où leur concentration est la plus faible). Ce processus se produit sans dépense d'énergie due au mouvement chaotique des molécules. Le transport diffus de substances s'effectue soit à travers la couche bilipidique (substances liposolubles), soit avec la participation de protéines de transport membranaire (Fig.). Dans ce cas, les protéines de transport forment des complexes moléculaires - des canaux par lesquels passent les molécules dissoutes et les ions.

Diffusion facilitée- se produit lorsque des protéines porteuses membranaires spéciales se lient sélectivement à un ion ou à une molécule particulière et les transportent à travers la membrane. Dans ce cas, les particules transportées se déplacent le long du gradient de concentration, mais plus rapidement qu'avec la diffusion classique. La diffusion et la diffusion facilitée sont passif les modes de transport.

Enfin, le mode de transport le plus important est transport membranaire actif. Sa différence fondamentale avec le transport passif est la possibilité de transférer une substance contre un gradient de concentration. Pour ce faire, la membrane dispose de pompes spéciales qui fonctionnent grâce à l'énergie (le plus souvent de l'ATP).

L'une des pompes à membrane les plus courantes est la soi-disant ATPase potassium-sodium (K\Na-ATPase). Grâce à son travail, les ions Na + sont continuellement éliminés de la cellule et les ions K + sont pompés. Ainsi, la différence entre les concentrations de ces ions est maintenue à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, ce qui sous-tend de nombreux processus bioélectriques et de transport.

Grâce au transport actif à l'aide d'une pompe à membrane, la concentration de Mg 2+ et de Ca 2+ dans la cellule est également régulée.

Avec les ions, les monosaccharides, les acides aminés et d'autres substances pénètrent dans la cellule par transport actif à travers la membrane cytoplasmique.

Un type particulier et relativement bien étudié de transport membranaire est transport en emballage membranaire. Il est particulièrement important pour les cellules protistes, les cellules digestives et sécrétoires, les phagocytes, etc. Distinguer endocytose et exocytose - en fonction du sens dans lequel les substances sont transférées (dans ou hors de la cellule).

E ndocytose (du grec. endon- à l'intérieur et kitos- cellule) - absorption des particules alimentaires par la cellule. Au cours de l'endocytose, une certaine section du plasmalemme capture, enveloppe le matériel extracellulaire, l'enfermant dans un emballage membranaire issu de l'invagination de la membrane (Fig.).

L'endocytose est divisée en phagocytose(capture et absorption de gros solides) et pinocytose(absorption liquide). Par endocytose, la nutrition des protistes hétérotrophes, les réactions de défense de l'organisme (absorption de particules étrangères par les leucocytes), etc.. sont réalisées.Ce n'est pas typique des plantes et des champignons (pensez pourquoi).

Exocytose - le transport de substances enfermées dans un emballage membranaire de la cellule vers le milieu extérieur. La vésicule vacuolaire se déplace vers la membrane cytoplasmique, fusionne avec elle et son contenu est libéré dans l'environnement. Les enzymes digestives, les granules de sécrétion, les hormones, l'hémicellulose, etc. sont ainsi sécrétés.

 1. Qu'est-ce qu'un plasmalemme ? Peut-on le voir au microscope optique ? 2. Quelle est la composition chimique et la structure du plasmalemme ? 3. Quelles sont les fonctions du plasmalemme ? 4. Quelles substances et comment assurent la fonction de signalisation du plasmalemme ? 5. Comment les substances se déplacent-elles à travers une membrane ? 6. Quelle est la différence fondamentale entre les transports passifs et actifs ? 7. Quelles sont les similitudes et les différences entre les processus de phagocytose et de pinocytose ? Les cellules de quels organismes peuvent effectuer ces processus ? Justifiez votre réponse.

La structure d'une cellule procaryote. fonctions organites.

La cellule procaryote possède un certain nombre de caractéristiques fondamentales liées à la fois à sa structure ultrastructurale et organisation chimique(Fig. 1). Les structures situées à l'extérieur du CPM (paroi cellulaire, capsule, membrane muqueuse, flagelles, villosités) sont généralement appelées structures de surface. Le terme "membrane cellulaire" fait souvent référence à toutes les couches situées à l'extérieur du CPM (paroi cellulaire, capsule, muqueuse). Le CPM avec le cytoplasme est appelé le protoplaste. Considérons d'abord la structure, la composition chimique et les fonctions des structures cellulaires de surface.

Riz. 1. Image combinée d'une cellule procaryote. MAIS - structures cellulaires de surface et formations extracellulaires : 1 - paroi cellulaire; 2 - capsule; 3 - sécrétions muqueuses; 4 - Cas; 5 - flagelles; 6 - villosités ; B- structures cellulaires cytoplasmiques : 7 - CPM ; 8 - nucléoïde; 9 - les ribosomes ; 10 - cytoplasme ; 11 - chromatophores ; 12 - les chlorosomes ; 13 - thylakoïdes lamellaires; 14 - les phycobilisomes; 15 - thylakoïdes tubulaires ; 16 - mésosome ; 17 - aérosomes (vacuoles gazeuses); 18 - structures lamellaires; B - substances de réserve : 19 - granulés de polysaccharides ; 20 - les granulés d'acide poly-b-hydroxybutyrique ; 21 - granules de polyphosphates; 22 - granules de cyanophycine; 23 - carboxysomes (corps polyédriques); 24 - inclusions de soufre; 25 - gouttes de graisse; 26 - granulés d'hydrocarbures (d'après Schlegel, 1972)

Obligatoire (organites majeurs)

membrane cytoplasmique

Le contenu de la cellule est séparé de la paroi cellulaire par la membrane cytoplasmique (CPM) - un élément structurel essentiel de toute cellule, dont la violation de l'intégrité entraîne la perte de la viabilité cellulaire. Le CPM représente 8 à 15 % de la matière sèche des cellules.

Le CPM est un complexe protéine-lipide, dans lequel les protéines représentent 50 à 75%, les lipides - de 15 à 45%. De plus, une petite quantité de glucides a été trouvée dans les membranes. En règle générale, les lipides et les protéines constituent 95 % ou plus de la substance des membranes. Les principaux composants lipidiques des membranes bactériennes sont les phospholipides - dérivés du 3-phosphoglycérol. Bien que de nombreux phospholipides différents aient été trouvés chez les procaryotes, leur ensemble est largement spécifique au genre et même à l'espèce. Divers glycolipides sont largement représentés dans les membranes bactériennes. Les stérols sont absents chez la grande majorité des procaryotes, à l'exception des représentants du groupe des mycoplasmes et de certaines bactéries. Oui, au CPM Acholéplasme contient 10 à 30% de cholestérol absorbé par le milieu extérieur, de la teneur totale en lipides membranaires. D'autres groupes de lipides, caroténoïdes, quinones et hydrocarbures ont été trouvés dans les membranes des procaryotes.

Structure membranaire. Les lipides membranaires de toutes les eubactéries et parties d'archaebactéries forment des bicouches dans lesquelles les "têtes" hydrophiles des molécules sont tournées vers l'extérieur et les "queues" hydrophobes sont immergées dans l'épaisseur de la membrane (Fig. 2). Les chaînes hydrocarbonées adjacentes aux "têtes" hydrophiles sont fixées de manière assez rigide, tandis que les parties les plus éloignées des "queues" ont une flexibilité suffisante.

Fig. 2 Modèle de structure d'une membrane biologique élémentaire : 1 - molécules lipidiques : mais -"tête" hydrophile; b-"queue" hydrophobe; 2 - molécules protéiques : dans - intégral; G - périphérique; ré - superficiel.

1. protecteur

2. transports

3. participation à l'échange d'énergie

4. participation à la photosynthèse

5. participation à la diffusion du matériel génétique

Les fonctions 3 à 5 ne sont caractéristiques que des procaryotes

Fonctions CPM procaryotes. Le CPM des procaryotes remplit diverses fonctions, principalement assurées par les protéines enzymatiques correspondantes qui y sont localisées. Initialement, la fonction de barrière de la membrane cellulaire a été postulée, ce qui a ensuite reçu une confirmation expérimentale. À l'aide de transporteurs spéciaux appelés translocases, un transfert sélectif de diverses molécules et ions organiques et inorganiques à travers la membrane est effectué. Il contient des enzymes qui catalysent les étapes finales de la synthèse des lipides membranaires, des composants de la paroi cellulaire et de certaines autres substances.

Le rôle du CPM des procaryotes dans la transformation de l'énergie cellulaire est généralement reconnu. Chez les bactéries dont la source d'énergie est les processus de respiration ou de photosynthèse, les porteurs de la chaîne de transport d'électrons sont localisés dans le CPM d'une certaine manière, dont le fonctionnement conduit à la génération d'énergie électrochimique (Dm H +), qui est ensuite utilisé dans la cellule par divers canaux, notamment pour la formation de l'énergie chimique (ATP). Le CPM est l'un des composants de l'appareil de génération de Dm H + . La membrane contient également des complexes enzymatiques qui assurent les transformations : Dm H + ® ATP. Le CPM participe à la réplication et à la division ultérieure du chromosome de la cellule procaryote.

Récemment, une autre facette fonctionnelle des membranes cellulaires a été révélée - leur rôle d'intégration dans le corps, qui est entièrement combiné avec la fonction de séparation (barrière) établie de longue date. La cellule est un tout. La membrane joue un rôle important pour assurer ce principe d'organisation cellulaire. Le transfert d'énergie électrochimique et d'électrons le long des membranes est montré. Ces derniers sont également considérés comme des voies possibles pour le transport des substrats liposolubles et de l'oxygène moléculaire.

Le CPM est la principale barrière qui assure l'entrée et la sortie sélectives de la cellule de diverses substances et ions (Dans les formes gram-positives, le CPM est la seule barrière de ce type, dans les eubactéries gram-négatives, la fonction d'une barrière supplémentaire (moléculaire "tamis") est réalisée par la membrane externe de la paroi cellulaire, à travers laquelle les molécules ne sont transportées que par le mécanisme de diffusion passive.) Cela se fait en utilisant différents mécanismes de transport membranaire. Il existe 4 sortes systèmes de transports, avec la participation desquels se produit la pénétration de molécules dans la cellule bactérienne: diffusion passive, diffusion facilitée, transport actif et transfert de molécules chimiquement modifiées.

Les molécules d'eau, certains gaz (par exemple, O 2 , H 2 , N 2 ) et les hydrocarbures, dont la concentration dans le milieu extérieur est plus élevée que dans la cellule, traversent le CPM dans la cellule par diffusion passive. La force motrice de ce processus est le gradient de concentration de la substance des deux côtés de la membrane. Le composé principal entrant et sortant de la cellule de cette manière est l'eau. Le mouvement de l'eau à travers la membrane, obéissant aux lois de la diffusion passive, a conduit à la conclusion qu'il y a des pores dans la membrane. Ces pores n'ont pas encore été vus au microscope électronique, mais certaines données à leur sujet ont été obtenues. méthodes indirectes. Il a été calculé par calcul que les pores doivent être très petits et occuper une petite partie de la surface du CPM. Il est suggéré qu'il ne s'agit pas de formations structurelles stables, mais qu'elles résultent de réarrangements temporaires de l'organisation moléculaire de la membrane.

La plupart (sinon la totalité) des substances hydrophiles pénètrent dans la cellule par le fonctionnement de systèmes comprenant des transporteurs spéciaux (translocases ou perméases), car le taux de diffusion physique de ces substances à travers la couche hydrophobe de la membrane est très faible. Les porteurs sont des substances de nature protéique, localisées dans la membrane et caractérisées par une spécificité de substrat élevée, se liant au substrat, subissent des changements de conformation et, par conséquent, acquièrent la capacité de déplacer le substrat d'un côté du CPM à l'autre.

Un mécanisme de transport est connu, appelé diffusion facilitée, qui nécessite la participation de translocases pour le transfert de substances à travers la membrane. Le transfert de substances dans ce cas se produit le long du gradient de leur concentration et ne nécessite pas de coûts énergétiques. Ce mécanisme de transport n'est pas largement utilisé chez les procaryotes. Le principal mécanisme de transport sélectif de substances à travers le CPM des procaryotes est le transport actif, qui permet de "pomper" des molécules et des ions dans la cellule contre leur concentration et leurs gradients électriques. Ce processus, comme la diffusion facilitée, se déroule avec la participation de transporteurs protéiques localisés dans le CPM avec une spécificité de substrat élevée, mais, contrairement à la diffusion facilitée, il nécessite de l'énergie métabolique pour se déplacer contre le gradient électrochimique. Un tel transport doit donc impliquer des réactions qui produisent de l'énergie sous forme chimique ou électrochimique.

Dans toutes les voies décrites ci-dessus pour le transfert de substances à travers le CPM, elles pénètrent dans la cellule sous une forme chimiquement inchangée. Chez les procaryotes, on connaît des systèmes de transport à l'aide desquels un certain nombre de sucres pénètrent dans la cellule, tandis que le processus de leur transfert à travers la membrane s'accompagne d'une modification chimique des molécules. C'est ainsi, par exemple, l'entrée de nombreuses molécules de glucose dans les cellules des procaryotes, au cours de laquelle elles sont phosphorylées.

paroi cellulaire

La paroi cellulaire est un élément structurel important et obligatoire de la grande majorité des cellules procaryotes, situées sous la capsule ou la membrane muqueuse ou directement en contact avec l'environnement (dans les cellules qui ne contiennent pas ces couches de la membrane cellulaire). La paroi cellulaire représente 5 à 50 % de la matière sèche de la cellule. La paroi cellulaire sert de barrière mécanique entre le protoplaste et l'environnement extérieur et donne aux cellules une certaine forme inhérente. La concentration de sels dans la cellule est généralement beaucoup plus élevée que dans l'environnement, et il existe donc une grande différence de pression osmotique entre eux. La paroi cellulaire protège purement mécaniquement la cellule de la pénétration d'un excès d'eau dans celle-ci.En termes de structure et de composition chimique, la paroi cellulaire des procaryotes diffère fortement de celle des organismes eucaryotes. Il se compose de complexes polymères spécifiques qui ne se trouvent pas dans d'autres structures cellulaires. La composition chimique et la structure de la paroi cellulaire sont constantes pour une certaine espèce et constituent une caractéristique diagnostique importante. Selon la structure de la paroi cellulaire, les procaryotes apparentés aux eubactéries sont divisés en deux grands groupes. Il a été constaté que si des cellules d'eubactéries fixées sont traitées d'abord avec du cristal violet puis avec de l'iode, un complexe coloré se forme. Lors d'un traitement ultérieur à l'alcool, selon la structure de la paroi cellulaire, le devenir du complexe est différent : chez les espèces dites gram-positives, ce complexe est retenu par la cellule, et ces dernières restent colorées, en gram- espèces négatives, au contraire, le complexe coloré est lavé des cellules et elles se décolorent. Chez certaines eubactéries, une réaction positive lorsqu'elle est colorée par la méthode décrite ci-dessus n'est caractéristique que des cellules qui sont au stade de croissance active. Il a été constaté que le complexe coloré se forme sur le protoplaste, mais que sa rétention par la cellule ou sa lixiviation lors d'un traitement ultérieur à l'alcool est déterminée par les caractéristiques structurelles de la paroi cellulaire.

Les parois cellulaires des eubactéries gram-positives et gram-négatives diffèrent fortement à la fois en composition chimique et en ultrastructure (Fig. 3).

La paroi cellulaire des eubactéries contient sept groupes différents substances chimiques, tandis que le peptidoglycane n'est présent que dans la paroi cellulaire. Dans les eubactéries gram-positives, il constitue l'essentiel de la substance de la paroi cellulaire (de 40 à 90%), dans les eubactéries gram-négatives, la teneur en peptidoglycane est bien moindre (1-10%). La paroi cellulaire des cyanobactéries, similaire à celle des eubactéries à Gram négatif, contient de 20 à 50 % de cet hétéropolymère.

Au microscope électronique, la paroi cellulaire des eubactéries gram-positives ressemble à une couche homogène dense aux électrons, dont l'épaisseur varie pour différents types de 20 à 80 nm. Les eubactéries à Gram négatif ont une paroi cellulaire multicouche. La couche interne dense aux électrons d'une épaisseur d'environ 2-3 nm est constituée de peptidoglycane. À l'extérieur, en règle générale, une couche ondulée (8-10 nm) la jouxte, qui a une structure caractéristique: deux bandes denses aux électrons séparées par un espace transparent aux électrons. Ce type est typique des membranes élémentaires. Par conséquent, le composant externe à trois circuits de la paroi cellulaire des eubactéries gram-négatives est appelé la membrane externe.

les bactéries adhèrent étroitement au CPM, contrairement à la paroi cellulaire des espèces à Gram négatif, dont les composants (la couche de peptidoglycane et la membrane externe) sont séparés par un espace transparent aux électrons et sont clairement séparés de la même manière de la CPM. L'espace entre les membranes cytoplasmique et externe est appelé périplasmique. Comme le montre la structure des parois cellulaires des deux groupes d'eubactéries, elle n'est caractéristique que des formes Gram-négatives.

1. protecteur

2. façonner la cellule

3. antigénique

Cytoplasme

Le contenu de la cellule entourée par le CPM s'appelle le cytoplasme. La fraction du cytoplasme, qui a une consistance homogène et contient un ensemble d'ARN solubles, de protéines enzymatiques, de produits et de substrats de réactions métaboliques, est appelée le cytosol. L'autre partie du cytoplasme est représentée par divers éléments structurels: membranes intracytoplasmiques (le cas échéant), appareil génétique, ribosomes et inclusions de diverses natures chimiques et fonctions.

Ribosomes - le site de la synthèse des protéines - particules de ribonucléoprotéines d'une taille de 15 à 20 nm. Leur nombre dans une cellule dépend de l'intensité des processus de synthèse des protéines et varie de 5 000 à 90 000. La masse totale des ribosomes peut représenter environ 1/4 de la masse cellulaire et la quantité d'ARN ribosomal (ARNr) est de 80 à 85 %. de tous les ARN bactériens. Rapport ARNr/protéine dans les ribosomes E. coli est de 2:1, chez d'autres procaryotes, il peut être légèrement décalé vers la prédominance de la protéine. Les ribosomes procaryotes ont une constante de sédimentation de 705, c'est pourquoi ils sont appelés particules 70S. Ils sont construits à partir de deux sous-unités différentes : les sous-unités 305 et 50S

La synthèse des protéines est réalisée par des agrégats constitués de ribosomes, de molécules d'ARN messager et de transport et appelés polyribosomes, ou polysomes. Ces derniers peuvent être dans le cytoplasme ou être associés à des structures membranaires.

Appareil génétique et réplication des chromosomes

Chez les procaryotes, l'ADN est une formation plus ou moins compacte qui occupe une certaine surface du cytoplasme et n'en est pas séparé par une membrane comme c'est le cas chez les eucaryotes. Pour souligner les différences structurelles dans l'appareil génétique des cellules procaryotes et eucaryotes, il a été proposé de l'appeler un nucléoïde dans le premier, contrairement au noyau dans le second.

L'observation au microscope électronique montre que le nucléoïde procaryote, malgré l'absence de membrane nucléaire, est assez clairement délimité du cytoplasme, y occupe généralement une région centrale et est rempli de brins d'ADN d'environ 2 nm de diamètre.

Toute l'information génétique des procaryotes est contenue dans une molécule d'ADN, qui a la forme d'un anneau fermé de manière covalente et s'appelle le chromosome bactérien (dans une cellule procaryote, l'ADN peut également être situé à l'extérieur du chromosome bactérien - dans les plasmides, mais ce dernier ne sont pas des composants cellulaires obligatoires.) La longueur de la molécule sous forme expansée peut être supérieure à 1 mm, soit près de 1000 fois la longueur d'une cellule bactérienne. Pendant longtemps, on a cru qu'aucune régularité ne pouvait être décelée dans la distribution des brins d'ADN du chromosome bactérien. Cependant, si nous partons du fait que la molécule d'ADN forme une bobine aléatoire, il est difficile d'expliquer le processus de réplication et la distribution ultérieure des chromosomes formés parmi les cellules filles. Des études spéciales ont montré que les chromosomes procaryotes sont une structure hautement ordonnée avec une constante de sédimentation de 1300-2000S pour la forme libre et de 3200-7000S pour la forme liée à la membrane. Dans les deux cas, une partie de l'ADN de cette structure est représentée par un système de 20 à 100 boucles superenroulées indépendamment. Les molécules d'ARN sont impliquées pour assurer l'organisation superenroulée des chromosomes.

Les chromosomes de la plupart des procaryotes ont un poids moléculaire compris entre 1 et 3 x 10 9 Da. Dans le groupe des mycoplasmes, le matériel génétique est représenté par les molécules qui ont la plus petite quantité d'ADN pour les organismes cellulaires (0,4–0,8x10 9), et la teneur en ADN la plus élevée a été trouvée dans les cyanobactéries filamenteuses (8,5x10 9). Bien que chaque cellule procaryote contienne 1 chromosome, souvent dans une culture à croissance exponentielle, la quantité d'ADN par cellule peut atteindre une masse de 3, 4, 8 chromosomes ou plus. Souvent dans les cellules sous l'influence de certains facteurs (température, pH, rayonnement ionisant, sels de métaux lourds, certains antibiotiques, etc.) la formation de nombreuses copies du chromosome se produit. Lorsque l'influence de ces facteurs est éliminée, ainsi qu'après le passage à la phase stationnaire, en règle générale, une copie du chromosome se trouve dans les cellules.

L'ADN des procaryotes est construit de la même manière que celui des eucaryotes. La molécule d'ADN porte de nombreuses charges négatives car chaque résidu de phosphate contient un groupe hydroxyle ionisé. Chez les eucaryotes, les charges négatives sont neutralisées par la formation d'un complexe d'ADN avec les principales protéines - les histones. Les histones ne se trouvent pas dans les cellules de la grande majorité des procaryotes, par conséquent, la neutralisation de la charge est réalisée par l'interaction de l'ADN avec les polyamines (spermine et spermidine), ainsi qu'avec les ions Mg 2+. Récemment, des histones et des protéines de type histone associées à l'ADN ont été trouvées dans certaines archéobactéries et cyanobactéries. La teneur en paires de bases A + T et G + C dans une molécule d'ADN est constante pour un type d'organisme donné et sert de caractéristique diagnostique importante. Chez les procaryotes, la fraction molaire de GC dans l'ADN varie dans une très large gamme : de 23 à 75 %.

Riz. 5 Mécanisme de distribution des chromosomes bactériens : MAIS - la cellule bactérienne contient un chromosome partiellement répliqué attaché à la membrane au point (ou aux points) de réplication ; B- la réplication chromosomique est complète. Une cellule bactérienne a deux chromosomes filles, dont chacun est attaché au CMP. La synthèse de la paroi cellulaire et du CPM est montrée ; DANS - la synthèse en cours de la membrane et de la paroi cellulaire conduit à la séparation des chromosomes filles. Le début de la division cellulaire par la formation d'un septum transverse est représenté : 1 - ADN ; 2 - attachement d'un chromosome au CPM : 3 - CPM ; 4 - paroi cellulaire: 5 - tracé synthétisé du CPM ; 6 - nouveau matériel paroi cellulaire

La division de la molécule d'ADN (réplication) se produit selon un mécanisme semi-conservateur et précède normalement toujours la division cellulaire. À l'aide d'un microscope électronique, il a été constaté que la réplication de l'ADN commence au point d'attache du chromosome circulaire au CPM, où l'appareil enzymatique responsable de la réplication est localisé. On constate souvent que le contact de l'ADN avec le CPM s'effectue par l'intermédiaire des mésosomes. La réplication, qui a commencé au point d'attache, va ensuite dans deux directions opposées, formant caractéristique du chromosome en anneau structures intermédiaires(Fig. 4). Les chromosomes filles résultants restent attachés à la membrane. La réplication des molécules d'ADN se produit parallèlement à la synthèse membranaire dans la zone de contact de l'ADN avec le CMP. Cela conduit à la séparation (ségrégation) des molécules d'ADN filles et à la formation de chromosomes isolés (Fig. 5)

Le modèle de la structure du chromosome bactérien devrait également expliquer les processus de transcription et de traduction dans la cellule. Selon les concepts existants, les boucles superenroulées correspondent à des régions d'ADN actuellement inactives et sont situées au centre du nucléoïde. Sur sa périphérie, il existe des zones déspiralisées où l'ARN messager (ARNm) est synthétisé, tandis que, puisque les processus de transcription et de traduction chez les bactéries se déroulent simultanément, la même molécule d'ARNm peut être simultanément associée à l'ADN et aux ribosomes (Fig. 6).

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Date de création de la page : 2016-08-20

Informations générales sur la cellule eucaryote

Chaque cellule eucaryote a un noyau séparé, qui contient du matériel génétique séparé de la matrice par une membrane nucléaire (c'est la principale différence avec les cellules procaryotes). Le matériel génétique est concentré principalement sous la forme de chromosomes, qui ont une structure complexe et sont constitués de brins d'ADN et de molécules de protéines. La division cellulaire se produit par la mitose (et pour les cellules germinales - la méiose). Les eucaryotes comprennent à la fois des organismes unicellulaires et multicellulaires.

Il existe plusieurs théories sur l'origine des cellules eucaryotes, dont l'une est endosymbiontique. Une cellule aérobie de type bactérie a pénétré dans la cellule anaérobie hétérotrophe, qui a servi de base à l'apparition des mitochondries. Des cellules de type spirochète ont commencé à pénétrer dans ces cellules, ce qui a donné lieu à la formation de centrioles. Le matériel héréditaire a été isolé du cytoplasme, un noyau est apparu, une mitose est apparue. Certaines cellules eucaryotes ont été envahies par des cellules telles que les algues bleu-vert, qui ont donné naissance à des chloroplastes. C'est ainsi que le règne végétal est né.

La taille des cellules du corps humain varie de 2 à 7 microns (pour les plaquettes) à des tailles gigantesques (jusqu'à 140 microns pour un œuf).

La forme des cellules est déterminée par la fonction qu'elles remplissent : les cellules nerveuses sont étoilées en raison de un grand nombre processus (axone et dendrites), les cellules musculaires sont allongées, car elles doivent se contracter, les érythrocytes peuvent changer de forme lorsqu'ils se déplacent dans de petits capillaires.

La structure des cellules eucaryotes des organismes animaux et végétaux est similaire à bien des égards. Chaque cellule est délimitée extérieurement par une paroi cellulaire, ou plasmalemme. Il est constitué d'une membrane cytoplasmique et d'une couche glycocalyx(épaisseur 10-20 nm), qui le recouvre de l'extérieur. Les composants du glycocalyx sont des complexes de polysaccharides avec des protéines (glycoprotéines) et des graisses (glycolipides).

La membrane cytoplasmique est un complexe d'une bicouche de phospholipides avec des protéines et des polysaccharides.

Secrété dans la cellule noyau et cytoplasme. Le noyau cellulaire est constitué d'une membrane, d'une sève nucléaire, d'un nucléole et d'une chromatine. L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes séparées par un espace périnucléaire et est imprégnée de pores.

La base du jus nucléaire (matrice) est constituée de protéines: ARN filamenteux, min fibrillaire (fonction de support), globulaire, hétéronucléaire et ARNm (résultat du traitement).

nucléole- c'est la structure où se produisent la formation et la maturation de l'ARN ribosomique (ARNr).

Chromatine dispersés sous la forme de touffes dans le nucléoplasme et est une forme nitérphase de l'existence des chromosomes.

Dans le cytoplasme, la substance principale (matrice, hyaloplasme), les organites et les inclusions sont isolés.

Les organelles peuvent être sens général et spéciales (dans des cellules qui remplissent des fonctions spécifiques : microvillosités de l'épithélium de succion de l'intestin, myofibrilles des cellules musculaires, etc.).

Organites d'importance générale - le réticulum endoplasmique (lisse et rugueux), le complexe de Golgi, les mitochondries, les ribosomes et les polysomes, les lysosomes, les peroxysomes, les microfibrilles et les microtubules, les centrioles du centre cellulaire.

Les cellules végétales contiennent également des chloroplastes, où la photosynthèse a lieu.

La membrane élémentaire est constituée d'une bicouche de lipides en complexe avec des protéines (glycoprotéines : protéines + glucides, lipoprotéines : lipides + protéines). Parmi les lipides, les phospholipides, le cholestérol, les glycolipides (glucides + graisses), on distingue les lipoprotéines. Chaque molécule de graisse a une tête hydrophile polaire et une queue hydrophobe non polaire. Dans ce cas, les molécules sont orientées de manière à ce que les têtes soient tournées vers l'extérieur et à l'intérieur de la cellule, et les queues non polaires soient tournées à l'intérieur de la membrane elle-même. Cela permet d'obtenir une perméabilité sélective pour les substances entrant dans la cellule.

Les protéines périphériques sont isolées (elles ne sont situées que sur la surface interne ou externe de la membrane), intégrales (elles sont fermement ancrées dans la membrane, immergées dans celle-ci, capables de changer de position en fonction de l'état de la cellule). Fonctions des protéines membranaires : réceptrices, structurelles (soutenir la forme de la cellule), enzymatiques, adhésives, antigéniques, transport.

Le schéma structurel de la membrane élémentaire est en mosaïque liquide: les graisses constituent un cadre cristallin liquide et les protéines y sont intégrées en mosaïque et peuvent changer de position.

La fonction la plus importante: favorise la compartimentation - la division du contenu de la cellule en cellules séparées, différant par les détails de la composition chimique ou enzymatique. Cela permet d'obtenir un ordre élevé du contenu interne de toute cellule eucaryote. La compartimentation contribue à la séparation spatiale des processus se produisant dans la cellule. Un compartiment séparé (cellule) est représenté par un organite membranaire (par exemple, un lysosome) ou sa partie (crêtes délimitées par la membrane interne des mitochondries).

Autres caractéristiques:

1) barrière (délimitation du contenu interne de la cellule) ;

2) structurel (donnant une certaine forme aux cellules en fonction des fonctions exercées) ;

3) protecteur (en raison de la perméabilité sélective, de la réception et de l'antigénicité de la membrane);

4) réglementaire (régulation de la perméabilité sélective pour diverses substances (transport passif sans dépense énergétique selon les lois de la diffusion ou de l'osmose et transport actif avec dépense énergétique par pinocytose, endo- et exocytose, fonctionnement de la pompe sodium-potassium, phagocytose) );

5) fonction adhésive (toutes les cellules sont interconnectées par des contacts spécifiques (serrés et lâches)) ;

6) récepteur (dû au travail des protéines membranaires périphériques). Il existe des récepteurs non spécifiques qui perçoivent plusieurs stimuli (par exemple, les thermorécepteurs froids et chauds), et des récepteurs spécifiques qui ne perçoivent qu'un seul stimulus (récepteurs du système de perception de la lumière de l'œil);

7) électrogène (changer Potentiel électrique surface cellulaire due à la redistribution des ions potassium et sodium (le potentiel membranaire des cellules nerveuses est de 90 mV));

8) antigénique : associé aux glycoprotéines et aux polysaccharides membranaires. À la surface de chaque cellule se trouvent des molécules de protéines qui ne sont spécifiques qu'à ce type de cellule. Avec leur aide, le système immunitaire est capable de faire la distinction entre les cellules du soi et les cellules étrangères.

base Le plasmalemme, comme les autres membranes des cellules (par exemple, les mitochondries, les plastes, etc.), est une couche de lipides qui comporte deux rangées de molécules (Fig. 1). Comme les molécules lipidiques sont polaires (un pôle est hydrophile, c'est-à-dire attiré par l'eau, et l'autre est hydrophobe, c'est-à-dire repoussé par l'eau), elles sont disposées dans un certain ordre. Les extrémités hydrophiles des molécules d'une couche sont dirigées vers le côté Environnement aquatique- dans le cytoplasme de la cellule, et l'autre couche - hors de la cellule - vers la substance intercellulaire (en multicellulaire) ou le milieu aquatique (en unicellulaire).

Riz. une. La structure de la membrane cellulaire en fonction du liquidemodèle en mosaïque. Protéines et glycoprotéines baignent dans un doubleune couche de molécules lipidiques face à leur hydrophiliese termine (cercles) vers l'extérieur, et hydrophobe (lignes ondulées) -profondément dans la membrane

Ils sécrètent des protéines périphériques (ils ne sont situés que sur la surface intérieure ou extérieure de la membrane), l'intégrale nye (ils sont fermement ancrés dans la membrane, immergés dans celle-ci, capables de changer de position en fonction de l'état cellules). Fonctions des protéines membranaires : réceptrices, structurelles(soutenir la forme de la cellule), enzymatique, adhésive, antigénique, transport.

Les molécules de protéines sont intégrées en mosaïque dans la couche bimoléculaire de lipides. De l'extérieur de la cellule animale, les molécules de polysaccharides se fixent aux lipides et aux molécules de protéines de la membrane plasmique, formant des glycolipides et des glycoprotéines.

Cet agrégat forme la couche de glycocalyx. La fonction réceptrice du plasmalemme lui est associée (voir ci-dessous) ; il peut également accumuler diverses substances utilisées par la cellule. De plus, le glycocalyx améliore la stabilité mécanique du plasmalemme.

Dans les cellules des plantes et des champignons, il existe également une paroi cellulaire qui joue un rôle de soutien et rôle protecteur. Chez les plantes, il est composé de cellulose, tandis que chez les champignons, il est composé de chitine.

Le schéma structurel de la membrane élémentaire est en mosaïque liquide: les graisses constituent un cadre cristallin liquide et les protéines y sont intégrées en mosaïque et peuvent changer de position.

La fonction la plus importante de la membrane : favorise la compartimentation - sousdivision du contenu de la cellule en cellules séparées, différant par les détails de la composition chimique ou enzymatique. Cela permet d'obtenir un ordre élevé du contenu interne de toute cellule eucaryote. Le compartimentage contribue séparation spatiale des processus se produisant dans la cellule ke. Un compartiment séparé (cellule) est représenté par un organite membranaire (par exemple, un lysosome) ou une partie de celui-ci (crêtes délimitées par la membrane interne des mitochondries).

Autres caractéristiques:

1) barrière (délimitation du contenu interne de la cellule) ;

2) structurel (donnant une certaine forme aux cellulesresponsabilité des fonctions exercées);

3) protecteur (en raison de la perméabilité sélective, de la réceptionet antigénicité de la membrane) ;

4) réglementaire (régulation de la perméabilité sélective pour diverses substances (transport passif sans dépense énergétique selon les lois de la diffusion ou de l'osmose et transport actif avec dépense énergétique par pinocytose, endo- et exocytose, fonctionnement de la pompe sodium-potassium, phagocytose)). Des cellules entières ou de grosses particules sont englouties par phagocytose (par exemple, rappelez-vous de vous nourrir d'amibes ou de phagocytose par des cellules sanguines protectrices de bactéries). Dans la pinocytose, de petites particules ou gouttelettes d'une substance liquide sont absorbées. Le point commun aux deux processus est que les substances absorbées sont entourées d'une membrane externe invaginante avec la formation d'une vacuole, qui se déplace ensuite dans les profondeurs du cytoplasme cellulaire. L'exocytose est un processus (étant également un transport actif) de sens opposé à la phagocytose et à la pinocytose (Fig. 13). Avec son aide, les résidus alimentaires non digérés dans les protozoaires ou les substances biologiquement actives formées dans la cellule sécrétoire peuvent être éliminés.

5) fonction adhésive (toutes les cellules sont interconnectées par des contacts spécifiques (serrés et lâches)) ;

6) récepteur (dû au travail des protéines membranaires périphériques). Il existe des récepteurs non spécifiques qui perçoivent plusieurs stimuli (par exemple, les thermorécepteurs froids et chauds), et des récepteurs spécifiques qui ne perçoivent qu'un seul stimulus (récepteurs du système de perception de la lumière de l'œil);

7) électrogène (modification du potentiel électrique de la surface cellulaire due à la redistribution des ions potassium et sodium (le potentiel membranaire des cellules nerveuses est de 90 mV));

8) antigénique : associé aux glycoprotéines et aux polysaccharides membranaires. À la surface de chaque cellule se trouvent des molécules de protéines qui ne sont spécifiques qu'à ce type de cellule. Avec leur aide, le système immunitaire est capable de faire la distinction entre les cellules du soi et les cellules étrangères. L'échange de substances entre la cellule et l'environnement s'effectue différentes façons- passif et actif.

La membrane cytoplasmique séparant le cytoplasme de la paroi cellulaire s'appelle le plasmalemme (membrane plasmique), et celle qui le sépare de la vacuole s'appelle le tonoplaste (membrane élémentaire).

Actuellement, le modèle de mosaïque fluide de la membrane est utilisé (Fig. 1.9), selon lequel la membrane est constituée d'une bicouche de molécules lipidiques (phospholipides) avec des têtes hydrophiles et 2 queues hydrophobes tournées vers l'intérieur de la couche. En plus des lipides, les membranes contiennent également des protéines.

Il existe 3 types de protéines membranaires « flottantes » dans la bicouche : les protéines intégrales pénétrant dans toute l'épaisseur de la bicouche ; semi-intégrale, pénétrant incomplètement la bicouche; périphérique, attaché du côté externe ou interne de la membrane à d'autres protéines membranaires. Les protéines membranaires remplissent diverses fonctions : certaines d'entre elles sont des enzymes, d'autres agissent comme transporteurs de molécules spécifiques à travers la membrane ou forment des pores hydrophiles à travers lesquels les molécules polaires peuvent passer.

L'une des principales propriétés des membranes cellulaires est leur semi-perméabilité : elles laissent passer l'eau, mais ne laissent pas passer les substances qui y sont dissoutes, c'est-à-dire qu'elles ont une perméabilité sélective.

Riz. 1.9. Schéma de la structure d'une membrane biologique :

A - espace extracellulaire; B - cytoplasme; 1 - couche bimoléculaire de lipides; 2 - protéine périphérique; 3 - région hydrophile de la protéine intégrale ; 4 - région hydrophobe de la protéine intégrale ; 5 - chaîne glucidique

Transport à travers les membranes

En fonction de la consommation d'énergie, le transport de substances et d'ions à travers la membrane est divisé en passif, qui ne nécessite pas de consommation d'énergie, et actif, associé à une consommation d'énergie. Le transport passif comprend des processus tels que la diffusion, la diffusion facilitée, l'osmose.

La diffusion- c'est le processus de pénétration des molécules à travers la bicouche lipidique le long d'un gradient de concentration (d'une zone de concentration plus élevée à une plus faible). Plus la molécule est petite et apolaire, plus elle diffuse rapidement à travers la membrane.

En diffusion facilitée, le passage d'une substance à travers la membrane est assisté par une protéine de transport. Ainsi, diverses molécules polaires pénètrent dans la cellule, comme les sucres, les acides aminés, les nucléotides, etc.

Osmose est la diffusion de l'eau à travers des membranes semi-perméables. L'osmose fait passer l'eau d'une solution à haut potentiel hydrique à une solution à faible potentiel hydrique.

transport actif- c'est le transfert de molécules et d'ions à travers la membrane, accompagné de dépenses énergétiques. Le transport actif va à l'encontre du gradient de concentration et du gradient électrochimique et utilise l'énergie de l'ATP. Le mécanisme de transport actif des substances est basé sur le travail de la pompe à protons (H + et K +) chez les plantes et les champignons, qui maintiennent une forte concentration de K + à l'intérieur de la cellule et une faible concentration de H + (Na + et K + - chez les animaux). L'énergie nécessaire au fonctionnement de cette pompe se présente sous la forme d'ATP, qui est synthétisé lors de la respiration cellulaire.

Un autre type de transport actif est connu - l'endo- et l'exocytose. Ce sont 2 processus actifs par lesquels diverses molécules sont transportées à travers la membrane dans la cellule ( endocytose) ou de celui-ci ( exocytose).

Au cours de l'endocytose, des substances pénètrent dans la cellule à la suite de l'invagination (invagination) de la membrane plasmique. Les vésicules résultantes, ou vacuoles, sont transférées dans le cytoplasme avec les substances qu'elles contiennent. L'ingestion de grosses particules, telles que des micro-organismes ou des débris cellulaires, est appelée phagocytose. Dans ce cas, de grosses bulles se forment, appelées vacuoles. L'absorption de liquides (suspensions, solutions colloïdales) ou de solutés à l'aide de petites bulles est appelée pinocytose.

Le processus inverse de l'endocytose est appelé exocytose. De nombreuses substances sont extraites de la cellule dans des vésicules ou des vacuoles spéciales. Un exemple est le retrait des cellules sécrétoires de leurs secrets liquides ; un autre exemple est la participation des vésicules de dictyosome à la formation de la paroi cellulaire.

DÉRIVÉS DE PROTOPLASTES

Vacuole

Vacuole est un réservoir délimité par une seule membrane - le tonoplaste. La vacuole contient du jus cellulaire - une solution concentrée de diverses substances, telles que des sels minéraux, des sucres, des pigments, des acides organiques, des enzymes. Dans les cellules matures, les vacuoles fusionnent en une vacuole centrale.

Diverses substances sont stockées dans les vacuoles, y compris les produits finaux du métabolisme. Les propriétés osmotiques de la cellule dépendent en grande partie du contenu de la vacuole.

En raison du fait que les vacuoles contiennent des solutions fortes de sels et d'autres substances, les cellules végétales absorbent constamment de l'eau par osmose et créent une pression hydrostatique sur la paroi cellulaire, appelée pression de turgescence. La pression de turgescence s'oppose à une pression égale de la paroi cellulaire, dirigée à l'intérieur de la cellule. La plupart des cellules végétales existent dans un environnement hypotonique. Mais si une telle cellule est placée dans une solution hypertonique, l'eau, selon les lois de l'osmose, commencera à quitter la cellule (pour égaliser le potentiel hydrique des deux côtés de la membrane). Dans le même temps, la vacuole diminuera de volume, sa pression sur le protoplaste diminuera et la membrane commencera à s'éloigner de la paroi cellulaire. Le phénomène de détachement des protoplastes de la paroi cellulaire est appelé plasmolyse. DANS conditions naturelles une telle perte de turgescence dans les cellules entraînera le flétrissement de la plante, l'abaissement des feuilles et des tiges. Cependant, ce processus est réversible: si la cellule est placée dans l'eau (par exemple, lors de l'arrosage d'une plante), il se produit un phénomène inverse de la plasmolyse - déplasmolyse (voir Fig. 1.10).

Riz. 1.10. Schéma de plasmolyse :

A - cellule en état de turgescence (en solution isotonique); B - début de la plasmolyse (cellule placée dans une solution à 6 % de KNO3) ; C - plasmolyse complète (cellule placée dans une solution de KNO3 à 10 %) ; 1 - chloroplaste; 2 - noyau ; 3 - paroi cellulaire; 4 - protoplaste; 5 - vacuole centrale

Inclusions

Les inclusions cellulaires sont des substances de réserve et d'excrétion.

Les substances de réserve (temporairement exclues du métabolisme) et, avec elles, les déchets (substances excrétoires) sont souvent appelées substances ergastiques de la cellule. Les substances de stockage comprennent les protéines de stockage, les graisses et les glucides. Ces substances s'accumulent pendant la saison de croissance dans les graines, les fruits, les organes souterrains de la plante et au cœur de la tige.

Substances de rechange

Les protéines de réserve, apparentées aux protéines simples - les protéines, sont plus souvent déposées dans les graines. Les protéines de sédimentation dans les vacuoles forment des grains ronds ou elliptiques appelés aleurone. Si les grains d'aleurone n'ont pas de structure interne perceptible et sont constitués d'une protéine amorphe, ils sont dits simples. Si dans les grains d'aleurone parmi la protéine amorphe il y a une structure cristalline (cristalloïde) et des corps incolores brillants de forme arrondie (globoïdes), ces grains d'aleurone sont appelés complexes (voir Fig. 1.11). La protéine amorphe du grain d'aleurone est représentée par une protéine jaunâtre homogène et opaque qui gonfle dans l'eau. Les cristalloïdes ont une forme rhomboédrique caractéristique des cristaux, mais contrairement aux vrais cristaux, la protéine qui les fabrique gonfle dans l'eau. Les globoïdes sont constitués d'un sel de calcium et de magnésium, contiennent du phosphore, sont insolubles dans l'eau et ne réagissent pas aux protéines.

Riz. 1.11. Grains complexes d'aleurone :

1 - pores de la coque; 2 - globoïdes; 3 - masse protéique amorphe; 4 - cristalloïdes immergés dans une masse protéique d'amphore

Lipides de rechange sont généralement situés dans l'hyaloplasme sous forme de gouttelettes et se retrouvent dans presque toutes les cellules végétales. C'est le principal type de pièce de rechange nutriments la plupart des plantes : les graines et les fruits en sont les plus riches. Les graisses (lipides) sont la substance de réserve la plus calorique. Le réactif pour les substances grasses est le Soudan III, qui les rend oranges.

Les glucides font partie de chaque cellule sous forme de sucres hydrosolubles (glucose, fructose, saccharose) et de polysaccharides insolubles dans l'eau (cellulose, amidon). Dans la cellule, les glucides jouent le rôle de source d'énergie pour les réactions métaboliques. Les sucres, se liant avec d'autres substances biologiques de la cellule, forment des glycosides et les polysaccharides avec des protéines forment des glycoprotéines. La composition des glucides des cellules végétales est beaucoup plus diversifiée que celle des cellules animales, en raison de la composition diversifiée des polysaccharides de la membrane cellulaire et des sucres de la sève des cellules vacuoles.

Le glucide de stockage principal et le plus courant est l'amidon polysaccharidique. L'amidon d'assimilation primaire se forme dans les chloroplastes. La nuit, lorsque la photosynthèse s'arrête, l'amidon est hydrolysé en sucres et transporté vers les tissus de stockage - tubercules, bulbes, rhizomes. Là, dans des types particuliers de leucoplastes - amyloplastes - une partie des sucres se dépose sous forme de grains d'amidon secondaire. Pour les grains d'amidon, la stratification est caractéristique, ce qui s'explique par la teneur en eau différente due à l'apport inégal d'amidon au cours de la journée. Il y a plus d'eau dans les couches sombres que dans les couches claires. Un grain avec un centre de formation d'amidon au centre de l'amyloplaste est appelé concentrique simple, si le centre est déplacé - excentrique simple. Le grain avec plusieurs centres de formation d'amidon est complexe. Dans les grains semi-complexes, de nouvelles couches se déposent autour de plusieurs centres d'amidon, puis des couches communes se forment et recouvrent les centres d'amidon (voir Fig. 1.12). Le réactif de l'amidon est une solution d'iode qui donne une couleur bleue.

Riz. 1.12. Grains d'amidon de pommes de terre (A) :

1 - grain simple; 2 - semi-complexe; 3 - complexe; blé (B), avoine (C)

Substances excrétrices (produits métaboliques secondaires)

Les inclusions cellulaires comprennent également des substances excrétrices, telles que des cristaux d'oxalate de calcium ( monocristaux, rafide - cristaux en forme d'aiguille, druses - intercroissances de cristaux, sable cristallin - une accumulation de nombreux petits cristaux) (voir Fig. 1.13). Plus rarement, les cristaux sont composés de carbonate de calcium ou de silice ( cystolithes; voir fig. 1.14). Les cystolithes sont déposés sur la paroi cellulaire, faisant saillie dans la cellule sous la forme de grappes de raisin, et sont typiques, par exemple, pour les représentants de la famille des orties, les feuilles de ficus.

Contrairement aux animaux qui excrètent l'excès de sels avec l'urine, les plantes n'ont pas d'organes excréteurs développés. Par conséquent, on pense que les cristaux d'oxalate de calcium sont le produit final du métabolisme des protoplastes, qui est formé comme un dispositif pour éliminer l'excès de calcium du métabolisme. En règle générale, ces cristaux s'accumulent dans les organes que la plante perd périodiquement (feuilles, écorce).

Riz. 1.13. Formes de cristaux d'oxalate de calcium dans les cellules :

1, 2 - rafida (touchant; 1 - vue de côté, 2 - en coupe transversale); 3 - druse (opuntia); 4 - sable cristallin (pommes de terre); 5 - monocristal (vanille)

Riz. 1.14. Cystolith (sur une coupe transversale d'une feuille de ficus):

1 - peau de feuille; 2 - cystolite

Huiles essentielles s'accumulent dans les feuilles (menthe, lavande, sauge), les fleurs (églantier), les fruits (agrumes) et les graines de plantes (aneth, anis). Les huiles essentielles ne participent pas au métabolisme, mais elles sont largement utilisées en parfumerie (huiles de rose, de jasmin), industrie alimentaire (huiles d'anis, d'aneth), médecine (huiles de menthe, d'eucalyptus). Les glandes (menthe), les réceptacles lysigènes (agrumes), les poils glandulaires (géranium) peuvent être des réservoirs d'accumulation d'huiles essentielles.

résines- Ce sont des composés complexes formés au cours de l'activité normale de la vie ou à la suite de la destruction des tissus. Ils sont formés par les cellules épithéliales tapissant les canaux résinifères en tant que sous-produit du métabolisme, souvent avec huiles essentielles. Ils peuvent s'accumuler dans le suc cellulaire, le cytoplasme sous forme de gouttes ou dans des réceptacles. Ils sont insolubles dans l'eau, imperméables aux micro-organismes et, grâce à leurs propriétés antiseptiques, augmentent la résistance des plantes aux maladies. Les résines sont utilisées en médecine, ainsi que dans la fabrication de peintures, de vernis et d'huiles lubrifiantes. Dans l'industrie moderne, ils sont remplacés par des matériaux synthétiques.

paroi cellulaire

La paroi cellulaire rigide entourant la cellule est constituée de microfibrilles de cellulose immergées dans une matrice, qui comprend des hémicelluloses et des substances pectines. La paroi cellulaire fournit un support mécanique à la cellule, la protection du protoplaste et la préservation de la forme de la cellule. Dans ce cas, la paroi cellulaire est capable de s'étirer. Produit de l'activité vitale du protoplaste, la paroi ne peut croître qu'à son contact. L'eau et les sels minéraux traversent la paroi cellulaire, mais pour les substances macromoléculaires, elle est totalement ou partiellement imperméable. Lorsque le protoplaste meurt, la paroi peut continuer à assurer la fonction de conduction de l'eau. La présence d'une paroi cellulaire, plus que toute autre caractéristique, distingue les cellules végétales des animaux. La cellulose détermine en grande partie l'architecture de la paroi cellulaire. Le monomère de la cellulose est le glucose. Les faisceaux de molécules de cellulose forment des micelles, qui se combinent en faisceaux plus grands - les microfibrilles. Le réactif de la cellulose est le chlore-zinc-iode (Cl-Zn-I), qui donne une couleur bleu-violet.

L'échafaudage de cellulose de la paroi cellulaire est rempli de molécules de matrice non cellulosiques. La matrice contient des polysaccharides appelés hémicelluloses ; les substances pectiniques (pectine), très proches des hémicelluloses, et les glycoprotéines. Les substances pectiques, fusionnant entre les cellules voisines, forment une plaque médiane située entre les membranes primaires des cellules voisines. Lorsque la plaque médiane est dissoute ou détruite (ce qui se produit dans la pulpe des fruits mûrs), une macération se produit (du latin maceratio - ramollissement). Une macération naturelle peut être observée dans de nombreux fruits trop mûrs (pastèque, melon, pêche). La macération artificielle (lors du traitement des tissus avec un alcali ou un acide) est utilisée pour préparer diverses préparations anatomiques et histologiques.

La paroi cellulaire en cours de vie peut subir diverses modifications - lignification, bouchage, amincissement, cutinisation, minéralisation (voir tableau l.4).

Tableau 1.4.

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