Disegno della struttura cellulare con didascalie. Confronto delle caratteristiche delle cellule vegetali e animali. Formazioni citoplasmatiche - organelli

La parte più piccola Un organismo è una cellula; è capace di esistere in modo indipendente e possiede tutte le caratteristiche di un organismo vivente. In questo articolo scopriremo quale struttura ha una cellula vegetale e parleremo brevemente delle sue funzioni e caratteristiche.

Struttura della cellula vegetale

In natura ci sono piante unicellulari e multicellulare. Ad esempio, nel mondo sottomarino puoi trovare alghe unicellulari, che hanno tutte le funzioni inerenti a un organismo vivente.

Un individuo multicellulare non è solo un insieme di cellule, ma un unico organismo capace di formare vari tessuti e organi che interagiscono tra loro.

La struttura di una cellula vegetale è la stessa in tutte le piante ed è costituita dagli stessi componenti. La sua composizione è la seguente:

• guscio (lamina, spazio intercellulare, plasmodesmi e plasmolemma, tonoplasto);
• vacuoli;
• citoplasma (mitocondri; cloroplasti e altri organelli);
• nucleo (involucro nucleare, nucleolo, cromatina).

Riso. 1. La struttura di una cellula vegetale.

A differenza di una cellula animale, una cellula vegetale ha una speciale membrana di cellulosa, vacuolo e plastidi.

Lo studio della struttura e delle funzioni di una cellula vegetale ha dimostrato che:

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• la parte più significativa del corpo è nucleo , che è responsabile di tutti i processi in corso. Contiene informazioni ereditarie che vengono trasmesse di generazione in generazione. L'involucro nucleare separa il nucleo dagli altri organelli;
• viene chiamata la sostanza viscosa incolore che riempie la cellula citoplasma . È in esso che si trovano tutti gli organelli;
• situato sotto la parete cellulare membrana (tonoplasto) , che è responsabile del metabolismo. Si tratta di una pellicola sottile che separa la membrana dal citoplasma;
• parete cellulare abbastanza durevole, poiché contiene cellulosa. Le funzioni del muro sono quindi quelle di proteggere e dare forma;
• i piccoli componenti lo sono plastidi . Possono essere colorati o incolori. Ad esempio, i cloroplasti sono verdi, è in essi che avviene il processo di fotosintesi;
• viene chiamata la cavità interna piena di succo vacùolo . Le sue dimensioni dipendono dall'età dell'organismo: più è vecchio, più grande è il vacuolo. Il succo contiene soluzione acquosa sali minerali E materia organica. Contiene vari zuccheri, enzimi, acidi minerali e sali, proteine ​​e pigmenti;

Riso. 2. Cambiamenti nella dimensione del vacuolo durante la crescita delle piante.

• mitocondri sono in grado di muoversi insieme al citoplasma, il loro ruolo principale è il metabolismo. È qui che avviene il processo di respirazione e formazione di ATP;
• Apparato del Golgi può avere varie forme (dischi, bastoncini, grani). Il suo ruolo è l'accumulo e la rimozione di sostanze non necessarie;
• ribosomi sintetizzare le proteine. Si trovano nel citoplasma, nel nucleo, nei mitocondri e nei plastidi.

Gli scienziati hanno scoperto la struttura cellulare delle piante nel XVII secolo. Le cellule della polpa arancione sono visibili ad occhio nudo, ma molto spesso l'organismo vegetale può essere esaminato al microscopio.

Riso. 3. Struttura dell'apparato di Golgi.

Caratteristiche dell'organismo vegetale

Uno studio sulla diversità del regno vegetale ha rivelato le seguenti caratteristiche:

• A differenza di altri organismi viventi, le piante hanno un vacuolo che immagazzina tutte le sostanze nutritive e materiale utile, scompone vecchi organelli e proteine ​​obsoleti;
• La parete cellulare differisce nella composizione dalla chitina fungina e dalle pareti batteriche. Contiene cellulosa, pectina e lignina;
• la comunicazione tra le cellule viene effettuata utilizzando i plasmodesmi, i cosiddetti pori nella parete cellulare;
• i plastidi si trovano solo in organismo vegetale. Oltre ai cloroplasti, questi possono essere leucoplasti, che si dividono in due tipi: alcuni immagazzinano i grassi, altri immagazzinano l'amido. Così come i cromoplasti, che sintetizzano e immagazzinano i pigmenti;
• A differenza di un organismo animale, una cellula vegetale non ha centrioli.

1. Definiamo i concetti.

Una cellula è l'unità strutturale di tutti gli esseri viventi.
Un organello è una struttura cellulare specializzata che svolge funzioni specifiche.

2. Confutiamo l'affermazione secondo cui il nucleo è una componente essenziale di tutte le cellule degli organismi.
Il nucleo è il centro di tutte le cellule nucleate. Tuttavia, ci sono organismi che non hanno un nucleo: i batteri. Tali organismi sono chiamati procarioti.

3. Compiliamo la tabella.

4. Integriamo le frasi.
L'ambiente interno della cellula è il citoplasma. Contiene il nucleo e numerosi organelli. Collega gli organelli tra loro, garantisce il movimento varie sostanze ed è l'ambiente in cui vanno vari processi. Il guscio funge da cornice esterna della cellula, le conferisce una certa forma e dimensione, svolge funzioni protettive e funzione di supporto, partecipa al trasporto di sostanze nella cellula.

5. Etichettiamo gli organelli cellulari, indicati da numeri nella figura.

1 – cloroplasto
2 – parete cellulare
3 – membrana citoplasmatica
4 – lisosoma
5 – vacuolo
6 – Apparato del Golgi
7 – EPS
8 – nucleo

6. Compiliamo la tabella.

7. Designiamo gli organelli nello schema cellula animale.

8. Completiamo le attività.
1) Designiamo gli organelli del citoplasma:
un nucleo
c) cloroplasti
d) ribosomi
e) mitocondri
e) vacuoli

2) Indichiamo le strutture situate nel nucleo:
b) nucleolo

9. Scopriamo il ruolo dei cromosomi nella cellula.
Memorizzare le informazioni ereditarie.

10. Inserisci le lettere mancanti.
Reticolo endoplasmatico, citoplasma, mitocondri, ribosoma, cloroplasto, vacuolo, clorofilla, pinocitosi, faocitosi.

Lavoro di laboratorio
"Struttura di una cellula vegetale"

4. Disegniamo un gruppo di cellule vegetali.

5. Disegniamo una cella della foglia di Elodea ed etichettiamo le sue parti.

Lavoro di laboratorio
"Struttura di una cellula animale"

2. Disegniamo un gruppo di cellule di tessuto animale.

3. Disegniamo una cella ed etichettiamo le sue parti.

4. Indichiamo le caratteristiche distintive e comuni di una cellula animale con una cellula di una foglia di elodea.
Le somiglianze sono che esiste una membrana citoplasmatica, un citoplasma e un nucleo.

Differenze: una cellula elodea ha cloroplasti, una parete cellulare e un vacuolo, mentre una cellula animale ha lisosomi e mitocondri.

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“Struttura di una cellula animale” - Struttura di una cellula vegetale. Somiglianze e differenze tra cellule vegetali e animali. Differenze nella struttura delle cellule vegetali e animali. Unità Composizione chimica. Struttura simile membrane L'unità del principio di trasmissione delle informazioni ereditarie durante la divisione cellulare. Caratteristiche comuni caratteristiche delle cellule animali e vegetali.

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Cellula - la forma fondamentale di organizzazione della materia vivente, l'unità elementare di un organismo. È un sistema autoriproduttivo che si isola dall'ambiente esterno e mantiene una certa concentrazione sostanze chimiche, ma allo stesso tempo realizza un costante scambio con l'ambiente.

Una cellula è l'unità strutturale di base degli organismi unicellulari, coloniali e multicellulari. Una singola cellula di un organismo unicellulare è universale; svolge tutte le funzioni necessarie per garantire la vita e la riproduzione. Negli organismi multicellulari, le cellule sono estremamente diverse per dimensioni, forma e struttura interna. Questa diversità è dovuta alla divisione delle funzioni svolte dalle cellule del corpo.

Nonostante l'enorme diversità, le cellule vegetali sono caratterizzate da una struttura comune: queste sono cellule eucariotico, avente un nucleo formato. Si distinguono dalle cellule di altri eucarioti - animali e funghi - per le seguenti caratteristiche: 1) presenza di plastidi; 2) la presenza di una parete cellulare, il cui componente principale è la cellulosa; 3) sistema vacuolo ben sviluppato; 4) assenza di centrioli durante la divisione; 5) crescita per allungamento.

La forma e le dimensioni delle cellule vegetali sono molto diverse e dipendono dalla loro posizione nel corpo vegetale e dalle funzioni che svolgono. Le cellule strettamente chiuse hanno molto spesso la forma di poliedri, che è determinata dalla loro pressione reciproca; nelle sezioni di solito assomigliano a 4-6 agoni. Vengono chiamate cellule il cui diametro è approssimativamente lo stesso in tutte le direzioni parenchimale. Prosenchimale Si tratta di cellule molto allungate in lunghezza, la cui lunghezza supera la larghezza di 5-6 o più volte. A differenza delle cellule animali, le cellule vegetali adulte hanno sempre una forma costante, il che si spiega con la presenza di una parete cellulare rigida.

Le dimensioni delle cellule della maggior parte delle piante vanno da 10 a 100 micron (il più delle volte 15-60 micron), sono visibili solo al microscopio. Le cellule che immagazzinano acqua e sostanze nutritive sono generalmente più grandi. La polpa dei frutti di anguria, limone e arancia è costituita da cellule così grandi (diversi millimetri) che possono essere viste ad occhio nudo. Alcune cellule prosenchimali raggiungono lunghezze molto lunghe. Ad esempio, le fibre liberiane di lino sono lunghe circa 40 mm e le fibre di ortica sono lunghe 80 mm, mentre la loro dimensione sezione trasversale rimane entro limiti microscopici.

Il numero di cellule in una pianta raggiunge valori astronomici. Pertanto, una foglia di un albero ha più di 100 milioni di cellule.

In una cellula vegetale si possono distinguere tre parti principali: 1) carboidrati parete cellulare, che circonda la cellula dall'esterno; 2) protoplasto– il contenuto vivente della cellula, - pressato sotto forma di uno strato piuttosto sottile sulla parete cellulare, e 3) vacùolo– spazio nella parte centrale della cella pieno di contenuto acquoso – citoplasma. La parete cellulare e il vacuolo sono prodotti dell'attività vitale del protoplasto.

2.2. Protoplasto

Protoplasto– contenuto vivente attivo della cellula. Il protoplasto è una formazione estremamente complessa differenziata in vari componenti chiamati organelli (organelli), che si trovano costantemente in esso, hanno una struttura caratteristica e svolgono funzioni specifiche ( riso. 2.1). Gli organelli cellulari includono nucleo, plastidi, mitocondri, ribosomi, endoplasmatico netto, apparato Golgi, lisosomi, microbi. Gli organelli sono immersi ialoplasma, che garantisce la loro interazione. Ialoplasma con organelli, meno il nucleo, ammonta a citoplasma cellule. Il protoplasto è separato dalla parete cellulare da una membrana esterna - plasmalemma, dal vacuolo - dalla membrana interna – tonoplasto. Tutti i processi metabolici di base hanno luogo nel protoplasto.

Riso. 2.1. La struttura di una cellula vegetale secondo la microscopia elettronica: 1 – nucleo; 2 – membrana nucleare; 3 – poro nucleare; 4 – nucleolo; 5 – cromatina; 6 – carioplasma; 7 – parete cellulare; 8 – plasmalemma; 9 – plasmodesmi; 10 – reticolo endoplasmatico agranulare; 11 – reticolo endoplasmatico granulare; 12 – mitocondri; 13 – ribosomi; 14 – lisosoma; 15 – cloroplasto; 16 – dictosoma; 17 – ialoplasma; 18 – tonoplasto; 19 – vacuolo.

La composizione chimica del protoplasto è molto complessa e diversificata. Ogni cellula è caratterizzata dalla sua composizione chimica in funzione delle sue funzioni fisiologiche. Classi principali costituzionale, cioè i composti compresi nel protoplasto sono: acqua (60-90%), proteine ​​(40-50% della massa secca del protoplasto), acidi nucleici (1-2%), lipidi (2-3%) , carboidrati e altri composti organici. La composizione del protoplasto comprende anche sostanze inorganiche sotto forma di ioni di sali minerali (2-6%). Proteine, acidi nucleici, lipidi e carboidrati sono sintetizzati dal protoplasto stesso.

Oltre alle sostanze costituzionali, la cellula contiene ricambio sostanze (temporaneamente spente dal metabolismo) e spazzatura(i suoi prodotti finali). Le sostanze di ricambio e i rifiuti hanno ricevuto un nome generale ergastico sostanze. Le sostanze ergastiche, di regola, si accumulano nella linfa cellulare dei vacuoli in forma o forma disciolta inclusione– particelle sagomate visibili al microscopio ottico. Le sostanze ergastiche comprendono solitamente sostanze di sintesi secondaria, studiate nel corso della farmacognosia: terpenoidi, alcaloidi, composti polifenolici.

In termini di proprietà fisiche, il protoplasto è una soluzione colloidale multifase (densità 1,03-1,1). Questo di solito è un idrolato, cioè sistema colloidale con mezzo di dispersione predominante – acqua. In una cellula vivente, il contenuto del protoplasto è in costante movimento; può essere visto al microscopio dal movimento degli organelli e delle inclusioni. Il movimento può essere rotazionale(in una direzione) o fluido(la direzione delle correnti nei diversi filamenti del citoplasma è diversa). Viene anche chiamato flusso citoplasmatico ciclosi. Fornisce un migliore trasporto delle sostanze e favorisce l'aerazione delle cellule.

Citoplasma- una parte obbligatoria di una cellula vivente, dove si verificano tutti i processi del metabolismo cellulare, eccetto la sintesi acidi nucleici, che avviene nel nucleo. La base del citoplasma è la sua matrice, O ialoplasma, in cui sono immersi gli organelli.

Ialoplasma- un complesso sistema colloidale incolore, otticamente trasparente, collega tutti gli organelli in esso immersi, garantendo la loro interazione. L'ialoplasma contiene enzimi ed è attivamente coinvolto metabolismo cellulare, tali eventi hanno luogo in esso processi biochimici come la glicolisi, la sintesi degli aminoacidi, la sintesi acidi grassi e oli, ecc. È capace di movimento attivo e partecipa al trasporto intracellulare di sostanze.

Alcuni dei componenti proteici strutturali dell'ialoplasma formano aggregati sopramolecolari con una disposizione strettamente ordinata delle molecole - microtubuli E microfilamenti. Microtubuli- Si tratta di strutture cilindriche sottili con un diametro di circa 24 nm e una lunghezza fino a diversi micrometri. La loro parete è costituita da subunità sferiche della tubulina proteica, disposte a spirale. I microtubuli sono coinvolti nell'orientamento delle microfibrille di cellulosa della parete cellulare formata dalla membrana plasmatica, nel trasporto intracellulare e nel mantenimento della forma del protoplasto. Formano filamenti del fuso durante la mitosi, flagelli e ciglia. Microfilamenti sono lunghi filamenti spessi 5-7 nm, costituiti dalla proteina contrattile actina. Nell'ialoplasma formano fasci - fibre citoplasmatiche, oppure assumono la forma di una rete tridimensionale, attaccandosi al plasmalemma, plastidi, elementi del reticolo endoplasmatico, ribosomi, microtubuli. Si ritiene che, contraendosi, i microfilamenti generino il movimento dello ialoplasma e il movimento diretto degli organelli ad essi attaccati. La combinazione di microtubuli e microfilamenti costituisce citoscheletro.

La struttura del citoplasma si basa su biologico membrane– i film più sottili (4-10 nm), costituiti principalmente da fosfolipidi e proteine ​​- lipoproteine. Le molecole lipidiche costituiscono la base strutturale delle membrane. I fosfolipidi sono disposti in due strati paralleli in modo tale che le loro parti idrofile siano dirette verso l'esterno, nell'ambiente acquatico, e i residui di acidi grassi idrofobici siano diretti verso l'interno. Alcune molecole proteiche si trovano in uno strato non continuo sulla superficie della struttura lipidica su uno o entrambi i lati, alcune di esse sono immerse in questa struttura e altre la attraversano, formando "pori" idrofili nella membrana ( riso. 2.2). La maggior parte delle proteine ​​di membrana sono rappresentate da vari enzimi.

Riso. 2.2. Schema della struttura di una membrana biologica : B– molecola proteica; Florida– molecola di fosfolipide.

Le membrane sono componenti viventi del citoplasma. Delimitano il protoplasto dall'ambiente extracellulare, creano il bordo esterno degli organelli e partecipano alla creazione della loro struttura interna, essendo per molti versi portatori delle loro funzioni. Una caratteristica delle membrane è la loro chiusura e continuità: le loro estremità non sono mai aperte. In alcune cellule particolarmente attive le membrane possono rappresentare fino al 90% della sostanza secca del citoplasma.

Proprietà a base singola membrane biologiche- loro elettorale permeabilità(semipermeabilità): alcune sostanze li attraversano con difficoltà o non li attraversano affatto (proprietà barriera), altre penetrano facilmente. La permeabilità selettiva delle membrane crea la possibilità di dividere il citoplasma in compartimenti isolati - scomparti– diverse composizioni chimiche, in cui diversi processi biochimici, spesso di direzione opposta, possono avvenire contemporaneamente e indipendentemente l'uno dall'altro.

Le membrane di confine del protoplasto sono plasmalemma– membrana plasmatica e tonoplasto– membrana vacuolare. Il plasmalemma è la membrana superficiale esterna del citoplasma, solitamente strettamente adiacente alla parete cellulare. Regola il metabolismo cellulare con ambiente, percepisce irritazioni e stimoli ormonali, coordina la sintesi e l'assemblaggio delle microfibrille di cellulosa della parete cellulare. Il tonoplasto regola il metabolismo tra il protoplasto e citoplasma.

Ribosomi- granuli piccoli (circa 20 nm), quasi sferici, costituiti da ribonucleoproteine, complessi di RNA e varie proteine ​​strutturali. Questi sono gli unici organelli di una cellula eucariotica che non hanno membrane. I ribosomi si trovano liberamente nel citoplasma della cellula o sono attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico. Ogni cellula contiene decine e centinaia di migliaia di ribosomi. I ribosomi si trovano singolarmente o in gruppi di 4-40 ( poliribosomi, O polisomi), dove i singoli ribosomi sono interconnessi da una molecola filiforme di RNA messaggero che trasporta informazioni sulla struttura della proteina. I ribosomi (più precisamente i polisomi) sono centri di sintesi proteica nella cellula.

Il ribosoma è costituito da due subunità (grande e piccola), collegate da ioni magnesio. Le subunità si formano nel nucleo, cioè nel nucleolo, i ribosomi sono assemblati nel citoplasma. I ribosomi si trovano anche nei mitocondri e nei plastidi, ma la loro dimensione è più piccola e corrisponde alla dimensione dei ribosomi negli organismi procarioti.

Reticolo endoplasmatico (endoplasmatico reticolo)è un'estesa rete tridimensionale di canali, vescicole e cisterne, delimitate da membrane, che permeano lo ialoplasma. Il reticolo endoplasmatico nelle cellule che sintetizzano le proteine ​​è costituito da membrane che trasportano superficie esterna ribosomi. Questo modulo si chiama granulare, O ruvido (riso. 2.1). Viene chiamato reticolo endoplasmatico che non ha ribosomi agranulare, O liscio. Il reticolo endoplasmatico agranulare partecipa alla sintesi dei grassi e di altri composti lipofili (oli essenziali, resine, gomma).

Il reticolo endoplasmatico funziona come il sistema di comunicazione della cellula e viene utilizzato per trasportare sostanze. Il reticolo endoplasmatico delle cellule vicine è collegato tramite cordoni citoplasmatici - plasmodesmi che attraversano le pareti cellulari. Il reticolo endoplasmatico è il centro di formazione e crescita delle membrane cellulari. Dà origine a componenti cellulari come vacuoli, lisosomi, dictosomi e microbi. Attraverso il reticolo endoplasmatico avviene l'interazione tra gli organelli.

Apparato del Golgi prende il nome dallo scienziato italiano C. Golgi, che per primo lo descrisse nelle cellule animali. Nelle cellule vegetali l'apparato del Golgi è costituito da individui dictosoma, O Corpo del Golgi E Vescicole del Golgi. Ogni dictiosoma è una pila di 5-7 o più cisterne rotonde appiattite con un diametro di circa 1 μm, delimitate da una membrana ( riso. 2.3). Lungo i bordi, i dictosomi si trasformano spesso in un sistema di sottili tubi ramificati. Il numero di dictosomi in una cellula varia notevolmente (da 10-50 a diverse centinaia) a seconda del tipo di cellula e della fase del suo sviluppo. Vescicole del Golgi di vario diametro sono separate dai bordi delle cisterne del dictosoma o dai bordi dei tubi e sono solitamente dirette verso il plasmalemma o il vacuolo.

Riso. 2.3. Schema della struttura di un dictiosoma.

I dictosomi sono centri per la sintesi, l'accumulo e la secrezione di polisaccaridi, principalmente sostanze pectiniche ed emicellulose della matrice della parete cellulare e del muco. Le vescicole del Golgi trasportano i polisaccaridi al plasmalemma. L'apparato del Golgi è sviluppato soprattutto nelle cellule che secernono intensamente polisaccaridi.

Lisosomi–organelli delimitati dallo ialoplasma da una membrana e contenenti enzimi idrolitici capaci di distruggere i composti organici. I lisosomi delle cellule vegetali sono piccoli vacuoli e vescicole citoplasmatici (0,5-2 μm) - derivati ​​​​del reticolo endoplasmatico o dell'apparato di Golgi. La funzione principale dei lisosomi è locale autolisi– distruzione di singole sezioni del citoplasma della propria cellula, terminando con la formazione di un vacuolo citoplasmatico al suo posto. L'autolisi locale nelle piante ha principalmente un significato protettivo: durante una temporanea mancanza di nutrienti, la cellula può rimanere vitale grazie alla digestione di parte del citoplasma. Un'altra funzione dei lisosomi è la rimozione degli organelli cellulari usurati o in eccesso, nonché la pulizia della cavità cellulare dopo la morte del suo protoplasto, ad esempio durante la formazione di elementi che conducono l'acqua.

Microcorpi– piccoli organelli sferici (0,5-1,5 micron) circondati da un’unica membrana. All'interno è presente una matrice densa a grana fine costituita da enzimi redox. Il più famoso dei microbi gliossisomi E perossisomi. I gliossisomi sono coinvolti nella conversione degli oli grassi in zuccheri, che avviene durante la germinazione dei semi. Le reazioni di respirazione leggera (fotorespirazione) si verificano nei perossisomi e i prodotti della fotosintesi vengono ossidati in essi per formare amminoacidi.

Mitocondri - organelli rotondi o ellittici, meno spesso filiformi con un diametro di 0,3-1 μm, circondati da due membrane. La membrana interna forma delle sporgenze nella cavità mitocondriale - cristas, che ne aumentano notevolmente la superficie interna. Lo spazio tra le creste è pieno matrice. La matrice contiene ribosomi, più piccoli dei ribosomi dello ialoplasma, e filamenti del proprio DNA ( riso. 2.4).

Riso. 2.4. Schemi della struttura dei mitocondri in un'immagine tridimensionale (1) e in una sezione (2): VM– membrana interna del mitocondrio; DNA– filamento di DNA mitocondriale; A–crista; Mamma– matrice; NM– membrana esterna del mitocondrio; R– ribosomi mitocondriali.

I mitocondri sono chiamati le centrali elettriche della cellula. Effettuano intracellulari respiro, a seguito della quale i composti organici vengono scomposti per rilasciare energia. Questa energia viene utilizzata per la sintesi dell'ATP - ossidativo fosforilazione. Secondo necessità, l'energia immagazzinata nell'ATP viene utilizzata per la sintesi di varie sostanze e in vari processi fisiologici. Il numero di mitocondri in una cellula varia da poche a diverse centinaia, e ce ne sono molti soprattutto nelle cellule secretrici.

I mitocondri sono organelli permanenti che non risorgono, ma si distribuiscono durante la divisione tra le cellule figlie. L'aumento del numero dei mitocondri avviene a causa della loro divisione. Ciò è possibile grazie alla presenza dei propri acidi nucleici nei mitocondri. I mitocondri sono capaci di sintesi nucleare indipendente di alcune delle loro proteine ​​sui propri ribosomi sotto il controllo del DNA mitocondriale. Tuttavia, la loro indipendenza è incompleta, poiché lo sviluppo dei mitocondri avviene sotto il controllo del nucleo, e i mitocondri sono quindi organelli semiautonomi.

Plastidi-organelli caratteristici solo delle piante. Esistono tre tipi di plastidi: 1) cloroplasti(plastidi verdi); 2) cromoplasti(plastidi gialli, arancioni o rossi) e leucoplasti(plastidi incolori). Tipicamente, in una cellula si trova un solo tipo di plastide.

Cloroplasti sono della massima importanza; in essi avviene la fotosintesi. Contengono pigmento verde clorofilla, che conferisce alle piante un colore verde, e pigmenti appartenenti al gruppo carotenoidi. I carotenoidi variano di colore dal giallo e arancione al rosso e marrone, ma questo è solitamente mascherato dalla clorofilla. I carotenoidi si dividono in caroteni, di colore arancione, e xantofille avente un colore giallo. Si tratta di pigmenti lipofili (liposolubili), che secondo la loro struttura chimica appartengono ai terpenoidi.

I cloroplasti vegetali hanno la forma di una lente biconvessa e misurano 4-7 micron; sono chiaramente visibili al microscopio ottico. Il numero di cloroplasti nelle cellule fotosintetiche può raggiungere 40-50. Nelle alghe, il ruolo dell'apparato fotosintetico è svolto da cromatofori. La loro forma è varia: a forma di coppa (Chlamydomonas), a forma di nastro (Spirogyra), lamellare (Pinnularia), ecc. I cromatofori sono molto più grandi, il loro numero in una cella va da 1 a 5.

I cloroplasti hanno una struttura complessa. Sono separati dallo ialoplasma da due membrane: esterna e interna. I contenuti interni vengono chiamati stroma. La membrana interna forma all'interno del cloroplasto un sistema complesso e rigorosamente ordinato di membrane sotto forma di bolle piatte chiamate tilacoidi. I tilacoidi sono raccolti in pile - cereali, simili a colonne di monete. I grana sono interconnessi da tilacoidi stromali (tilacoidi intergranulari), che li attraversano per la lunghezza del plastidio ( riso. 2.5). Clorofille e carotenoidi sono incorporati nelle membrane del grana tilacoide. Lo stroma dei cloroplasti contiene plastoglobuli– inclusioni sferiche di oli grassi in cui sono disciolti i carotenoidi, nonché ribosomi di dimensioni simili ai ribosomi dei procarioti e dei mitocondri e filamenti di DNA. I grani di amido si trovano spesso nei cloroplasti, questo è il cosiddetto primario, O assimilazione amido– stoccaggio temporaneo dei prodotti della fotosintesi.

Riso. 2.5. Schema della struttura di un cloroplasto in un'immagine tridimensionale (1) e in una sezione (2): Vm– membrana interna; gr–grana; DNA– filamento di DNA plastidico; NM- membrana esterna; Pag– plastoglobulo; R– ribosomi dei cloroplasti; CON– stroma; TIG– grana tilacoide; Tim– tilacoide intergranulare.

La clorofilla e i cloroplasti si formano solo con la luce. Le piante coltivate al buio non sono verdi e si chiamano eziolato. Invece dei tipici cloroplasti, in essi si formano plastidi modificati, che non hanno un sistema di membrana interna sviluppato - ezioplasti.

La funzione principale dei cloroplasti è fotosintesi, la formazione di sostanze organiche da quelle inorganiche per effetto dell'energia luminosa. La clorofilla gioca un ruolo centrale in questo processo. Assorbe l'energia luminosa e la dirige per svolgere le reazioni di fotosintesi. Queste reazioni si dividono in dipendenti dalla luce e oscure (che non richiedono la presenza di luce). Le reazioni dipendenti dalla luce consistono nella conversione dell'energia luminosa in energia chimica e nella decomposizione (fotolisi) dell'acqua. Sono confinati nelle membrane tilacoidi. Le reazioni oscure - la riduzione dell'anidride carbonica nell'aria con l'idrogeno nell'acqua in carboidrati (fissazione della CO 2) - si verificano nello stroma dei cloroplasti.

Nei cloroplasti, come nei mitocondri, avviene la sintesi di ATP. In questo caso, la fonte di energia è la luce solare, motivo per cui viene chiamata fotofosforilazione. I cloroplasti sono anche coinvolti nella sintesi di aminoacidi e acidi grassi e fungono da deposito per riserve temporanee di amido.

La presenza di DNA e ribosomi indica, come nel caso dei mitocondri, l'esistenza nei cloroplasti di un proprio sistema di sintesi proteica. Infatti, la maggior parte delle proteine ​​di membrana tilacoidi sono sintetizzate sui ribosomi dei cloroplasti, mentre la maggior parte delle proteine ​​stromali e dei lipidi di membrana sono di origine extraplastidica.

Leucoplasti - piccoli plastidi incolori. Si trovano principalmente nelle cellule degli organi nascosti luce del sole, come radici, rizomi, tuberi, semi. La loro struttura in caratteristiche comuni ah è simile alla struttura dei cloroplasti: un guscio di due membrane, stroma, ribosomi, filamenti di DNA, plastoglobuli sono simili a quelli dei cloroplasti. Tuttavia, a differenza dei cloroplasti, i leucoplasti hanno un sistema di membrane interne poco sviluppato.

I leucoplasti sono organelli associati alla sintesi e all'accumulo di nutrienti di riserva, principalmente amido, raramente proteine ​​e lipidi. Leucoplasti che accumulano amido , sono chiamati amiloplasti. Questo amido ha la forma di grani, in contrasto con l'amido assimilativo dei cloroplasti, è chiamato ricambio, O secondario. La proteina di deposito può essere depositata sotto forma di cristalli o inclusioni amorfe nei cosiddetti proteinaplasti, oli grassi - sotto forma di plastoglobuli in elaioplasti.

I leucoplasti che non accumulano nutrienti di riserva si trovano spesso nelle cellule; il loro ruolo non è ancora del tutto chiaro. Alla luce, i leucoplasti possono trasformarsi in cloroplasti.

Cromoplasti - i plastidi sono di colore arancione, rosso e giallo, causati da pigmenti appartenenti al gruppo dei carotenoidi. I cromoplasti si trovano nelle cellule dei petali di molte piante (calendula, ranuncolo, dente di leone), frutti maturi (pomodoro, rosa canina, sorbo, zucca, anguria), raramente negli ortaggi a radice (carote), così come nelle foglie autunnali.

Il sistema di membrana interna nei cromoplasti è solitamente assente. I carotenoidi sono spesso disciolti negli oli grassi plastoglobuli ( riso. 2.6), e i cromoplasti hanno forma più o meno sferica. In alcuni casi (radici di carota, frutti di anguria), i carotenoidi si depositano sotto forma di cristalli varie forme. Il cristallo distende le membrane del cromoplasto e ne assume la forma: frastagliata, aghiforme, a mezzaluna, lamellare, triangolare, a diamante, ecc.

Riso. 2.6. Cromoplasto della cellula mesofilla del petalo di ranuncolo: VM– membrana interna; NM- membrana esterna; Pag– plastoglobulo; CON– stroma.

Il significato dei cromoplasti non è stato ancora completamente chiarito. La maggior parte di loro sono plastidi invecchiati. Di norma si sviluppano dai cloroplasti, mentre nei plastidi la clorofilla e la struttura della membrana interna vengono distrutte e i carotenoidi si accumulano. Ciò si verifica quando i frutti maturano e le foglie ingialliscono in autunno. Il significato biologico indiretto dei cromoplasti è che determinano il colore brillante dei fiori e dei frutti, che attira gli insetti per l'impollinazione incrociata e altri animali per la distribuzione dei frutti. I leucoplasti possono anche trasformarsi in cromoplasti.

Tutti e tre i tipi di plastidi sono formati da proplastide– piccoli corpi incolori che si trovano nelle cellule meristematiche (che si dividono) di radici e germogli. I proplastidi sono in grado di dividersi e, differenziandosi, si trasformano in diversi tipi di plastidi.

In senso evolutivo, il tipo primario e originale di plastide è il cloroplasto, da cui hanno avuto origine i plastidi degli altri due tipi. Durante il processo di sviluppo individuale (ontogenesi), quasi tutti i tipi di plastidi possono trasformarsi l'uno nell'altro.

I plastidi condividono molte caratteristiche con i mitocondri che li distinguono dagli altri componenti del citoplasma. Si tratta, prima di tutto, di un guscio di due membrane e di una relativa autonomia genetica dovuta alla presenza dei propri ribosomi e del DNA. Questa unicità degli organelli costituì la base dell'idea che i predecessori dei plastidi e dei mitocondri fossero batteri, che nel processo di evoluzione furono incorporati in una cellula eucariotica e gradualmente trasformati in cloroplasti e mitocondri.

Nucleo- la parte principale ed essenziale della cellula eucariotica. Il nucleo è il centro di controllo del metabolismo della cellula, della sua crescita e sviluppo e controlla le attività di tutti gli altri organelli. Il nucleo immagazzina le informazioni genetiche e le trasmette alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Il nucleo è presente in tutte le cellule vegetali viventi, ad eccezione dei segmenti maturi dei tubi setacciati del floema. Le cellule a cui viene rimosso il nucleo di solito muoiono rapidamente.

Il nucleo è l'organello più grande, la sua dimensione è di 10-25 micron. Nuclei molto grandi nelle cellule germinali (fino a 500 micron). La forma del nucleo è spesso sferica o ellissoidale, ma nelle cellule molto allungate può essere lenticolare o fusiforme.

La cellula solitamente contiene un nucleo. Nelle cellule giovani (meristematiche) occupa solitamente una posizione centrale. Man mano che il vacuolo centrale cresce, il nucleo si sposta verso la parete cellulare e si trova nello strato della parete del citoplasma.

In termini di composizione chimica, il nucleo differisce nettamente dagli altri organelli per il suo elevato contenuto (15-30%) di DNA, la sostanza dell'ereditarietà cellulare. Il 99% del DNA cellulare è concentrato nel nucleo e forma complessi con le proteine ​​nucleari: le desossiribonucleoproteine. Il nucleo contiene anche quantità significative di RNA (principalmente mRNA e rRNA) e proteine.

La struttura del nucleo è la stessa in tutte le cellule eucariotiche. Nel nucleo ci sono cromatina E nucleolo, in cui sono immersi carioplasma; Il nucleo è separato dal citoplasma nucleare conchiglia con pori ( riso. 2.1).

Membrana nucleareè costituito da due membrane. La membrana esterna che confina con lo ialoplasma porta ribosomi attaccati. La conchiglia è permeata di pori abbastanza grandi, grazie ai quali lo scambio tra il citoplasma e il nucleo è molto facilitato; attraverso i pori passano macromolecole proteiche, ribonucleoproteine, subunità ribosomiali, ecc .. La membrana nucleare esterna in alcuni punti è combinata con il reticolo endoplasmatico.

Carioplasma (nucleoplasma, O nucleare succo)– la sostanza principale del nucleo, serve come mezzo di distribuzione componenti strutturali– cromatina e nucleolo. Contiene enzimi, nucleotidi liberi, aminoacidi, mRNA, tRNA, prodotti di scarto dei cromosomi e del nucleolo.

Nucleolo- corpo denso e sferico con un diametro di 1-3 micron. Di solito il nucleo contiene 1-2, a volte diversi nucleoli. I nucleoli sono il principale trasportatore di RNA nel nucleo e sono costituiti da ribonucleoproteine. La funzione dei nucleoli è la sintesi dell'rRNA e la formazione di subunità ribosomiali.

Cromatina- la parte più importante del nucleo. La cromatina è costituita da molecole di DNA associate a proteine: desossiribonucleoproteine. Durante la divisione cellulare la cromatina si differenzia in cromosomi. I cromosomi sono filamenti a spirale compattati di cromatina; sono chiaramente visibili nella metafase della mitosi, quando è possibile contare il numero di cromosomi ed esaminarne la forma. La cromatina e i cromosomi assicurano la conservazione delle informazioni ereditarie, la sua duplicazione e trasmissione da cellula a cellula.

Numero e forma dei cromosomi ( cariotipo) sono gli stessi in tutte le cellule del corpo di organismi della stessa specie. I nuclei delle cellule somatiche (non riproduttive) contengono diploide(doppio) corredo di cromosomi – 2n. Si forma come risultato della fusione di due cellule germinali con aploide(singolo) corredo di cromosomi – n. In un corredo diploide, ciascuna coppia di cromosomi è rappresentata da cromosomi omologhi, uno derivato dall'organismo materno e l'altro da quello paterno. Le cellule sessuali contengono un cromosoma da ciascuna coppia di cromosomi omologhi.

Il numero di cromosomi nei diversi organismi varia da due a diverse centinaia. Di norma, ogni specie ha un insieme caratteristico e costante di cromosomi, fissati nel processo di evoluzione di questa specie. Modifica insieme cromosomico avviene solo a seguito di mutazioni cromosomiche e genomiche. Viene chiamato l'aumento multiplo ereditario del numero di serie di cromosomi poliploidia, molteplici cambiamenti nel set cromosomico – aneuploidia. Impianti - poliploidi caratterizzata da pezzature maggiori, maggiore produttività, resistenza alla fattori sfavorevoli ambiente esterno. Sono di grande interesse come materia prima per la selezione e la creazione di varietà di piante coltivate altamente produttive. Anche la poliploidia gioca un ruolo importante nella speciazione delle piante.

Divisione cellulare

L'emergere di nuovi nuclei avviene a causa della divisione di quelli esistenti. In questo caso normalmente il nucleo non viene mai diviso a metà mediante una semplice costrizione, poiché questo metodo non può garantire una distribuzione assolutamente identica del materiale ereditario tra le due cellule figlie. Ciò si ottiene attraverso un complesso processo di fissione nucleare chiamato mitosi.

Mitosiè una forma universale di divisione nucleare, simile nelle piante e negli animali. Si distingue quattro fasi: profase, metafase, anafase E telofase(riso. 2.7). Viene chiamato il periodo tra due divisioni mitotiche interfase.

IN profase i cromosomi iniziano ad apparire nel nucleo. All'inizio sembrano un gomitolo di fili aggrovigliati. Successivamente i cromosomi si accorciano, si ispessiscono e si dispongono in modo ordinato. Al termine della profase, il nucleolo scompare e la membrana nucleare è frammentata in brevi cisterne separate, indistinguibili dagli elementi del reticolo endoplasmatico; il carioplasma è mescolato con lo ialoplasma. Ai due poli del nucleo compaiono grappoli di microtubuli dai quali si formano successivamente i filamenti mitotico mandrini.

IN metafase i cromosomi infine si separano e si riuniscono su un piano al centro tra i poli del nucleo, formandosi metafase documentazione. I cromosomi sono formati da due lunghezze identiche piegate cromatidi, ognuno dei quali contiene una molecola di DNA. I cromosomi sono ristretti - centromero, che li divide in due bracci uguali o disuguali. Nella metafase, i cromatidi di ciascun cromosoma iniziano a separarsi l'uno dall'altro, la connessione tra loro viene mantenuta solo nella regione del centromero. I fili del fuso mitotico sono attaccati ai centromeri. Sono costituiti da gruppi paralleli di microtubuli. Il fuso mitotico è un apparato per l'orientamento specifico dei cromosomi nella placca metafase e la distribuzione dei cromosomi ai poli della cellula.

IN anafase ciascun cromosoma infine si divide in due cromatidi, che diventano cromosomi fratelli. Quindi, con l'aiuto dei fili del fuso, uno dei due cromosomi fratelli inizia a spostarsi verso un polo del nucleo, il secondo verso l'altro.

Telofase avviene quando i cromosomi fratelli raggiungono i poli cellulari. Il fuso scompare, i cromosomi raggruppati ai poli si decondensano e si allungano - passano nella cromatina interfasica. Appaiono i nucleoli e attorno a ciascuno dei nuclei figli si raccoglie un guscio. Ogni cromosoma figlia è costituito da un solo cromatide. Il completamento della seconda metà, effettuato dalla duplicazione del DNA, avviene già nel nucleo interfase.

Riso. 2.7. Schema di mitosi e citocinesi di una cellula con il numero di cromosomi 2 N=4 : 1 – interfase; 2.3 – profase; 4 – metafase; 5 – anafase; 6 – telofase e formazione della placca cellulare; 7 – completamento della citocinesi (transizione all'interfase); IN- fuso mitotico; KP– piastra cellulare in via di sviluppo; F– fibre di fragmoplasto; Uhm– cromosoma; IO- nucleolo; armi nucleari- membrana nucleare.

La durata della mitosi varia da 1 a 24 ore. Come risultato della mitosi e della successiva interfase, le cellule ricevono le stesse informazioni ereditarie e contengono cromosomi identici per numero, dimensione e forma alle cellule madri.

Nella telofase inizia la divisione cellulare: citocinesi. Innanzitutto, tra i due nuclei figli compaiono numerose fibre; l'insieme di queste fibre ha la forma di un cilindro e viene chiamato fragmoplasto(riso. 2.7). Come i filamenti del fuso, le fibre del fragmoplasto sono formate da gruppi di microtubuli. Al centro del fragmoplasto, nel piano equatoriale tra i nuclei figli, si accumulano vescicole di Golgi contenenti sostanze pectiniche. Si fondono tra loro e danno origine cellulare documentazione, e la membrana che li limita diventa parte del plasmalemma.

La piastra cellulare è a forma di disco e cresce in modo centrifugo verso le pareti della cellula madre. Le fibre del fragmoplasto controllano la direzione del movimento delle vescicole del Golgi e la crescita della piastra cellulare. Quando la piastra cellulare raggiunge le pareti della cellula madre, la formazione del setto e la separazione delle due cellule figlie sono completate e il fragmoplasto scompare. Una volta completata la citocinesi, entrambe le cellule iniziano a crescere, raggiungono le dimensioni della cellula madre e quindi possono dividersi nuovamente o procedere alla differenziazione.

Meiosi(riduzione della divisione nucleare) è un metodo speciale di divisione in cui, a differenza della mitosi, si verifica una riduzione (diminuzione) del numero di cromosomi e una transizione delle cellule dallo stato diploide a quello aploide. Negli animali, la meiosi è il collegamento principale gametogenesi(il processo di formazione dei gameti), e nelle piante - sporogenesi(il processo di formazione delle spore). Se non ci fosse la meiosi, il numero di cromosomi durante la fusione delle cellule durante il processo sessuale dovrebbe raddoppiare indefinitamente.

La meiosi consiste di due divisioni successive, in ciascuna delle quali si possono distinguere gli stessi quattro stadi della mitosi ordinaria ( Fig.2.8).

Nella profase della prima divisione, come nella profase della mitosi, la cromatina del nucleo passa in uno stato condensato: si formano i cromosomi tipici di una determinata specie vegetale, la membrana nucleare e il nucleolo scompaiono. Tuttavia, durante la meiosi, i cromosomi omologhi non sono disposti in disordine, ma a coppie, in contatto tra loro per tutta la loro lunghezza. In questo caso, i cromosomi accoppiati possono scambiare tra loro singole sezioni di cromatidi. Nella metafase della prima divisione, i cromosomi omologhi formano non una piastra metafase a strato singolo, ma a due strati. Nell'anafase della prima divisione, i cromosomi omologhi di ciascuna coppia divergono lungo i poli del fuso senza separarli longitudinalmente in cromatidi isolati. Di conseguenza, nella telofase, in ciascuno dei poli di divisione, il numero aploide dei cromosomi è ridotto della metà, costituito non da uno, ma da due cromatidi. La distribuzione dei cromosomi omologhi tra i nuclei figli è casuale.

Immediatamente dopo la telofase della prima divisione, inizia il secondo stadio della meiosi: la mitosi ordinaria con la divisione dei cromosomi in cromatidi. Come risultato di queste due divisioni e della successiva citocinesi, si formano quattro cellule figlie aploidi: tetrade. Inoltre, tra la prima e la seconda divisione nucleare non c'è interfase e, quindi, nessuna duplicazione del DNA. Al momento della fecondazione insieme diploide i cromosomi vengono ripristinati.

Riso. 2.8. Schema della meiosi con il numero di cromosomi 2 N=4 : 1 – metafase I (i cromosomi omologhi sono assemblati a coppie nella piastra metafase); 2 – anafase I (i cromosomi omologhi si allontanano l'uno dall'altro verso i poli del fuso senza dividersi in cromatidi); 3 – metafase II (i cromosomi si trovano nella piastra della metafase in una fila, il loro numero è dimezzato); 4 – anafase II (dopo la divisione, i cromosomi figli si allontanano l'uno dall'altro); 5 – telofase II (si forma un tetrade di cellule); IN- fuso mitotico; Uhm 1 – cromosoma da un cromatide; Uhm 2 - un cromosoma di due cromatidi.

Il significato della meiosi non sta solo nel garantire la costanza del numero di cromosomi negli organismi di generazione in generazione. A causa della distribuzione casuale dei cromosomi omologhi e dello scambio delle loro singole sezioni, le cellule sessuali formate durante la meiosi contengono un'ampia varietà di combinazioni cromosomiche. Ciò fornisce la diversità dei set cromosomici, aumenta la variabilità dei tratti nelle generazioni successive e, quindi, fornisce materiale per l'evoluzione degli organismi.

Cellula- un'unità strutturale di un organismo vivente. Come unità funzionale ha tutte le proprietà di un essere vivente: respira, si nutre, è caratterizzato da metabolismo, escrezione, irritabilità, divisione e autoriproduzione dei propri simili. Tipico cellula vegetale contiene cloroplasti e vacuoli; circondato da una parete cellulare di cellulosa.

Cloroplasti- plastidi a doppia membrana Colore verde(presenza di pigmento clorofilliano). Responsabile del processo di fotosintesi. Oltre ai cloroplasti, una cellula vegetale contiene plastidi giallo-arancio o rossi (cromoplasti) e plastidi incolori (leucoplasti).

Vacùolo- una cavità che occupa il 70-90% del volume totale di una cellula adulta, separata dal citoplasma da una membrana (tonoplasto). Le cellule vegetali sono caratterizzate dalla presenza di un vacuolo con linfa cellulare in cui sono disciolti sali, zuccheri e acidi organici. Il vacuolo regola turgore cellule ( pressione interna).

Citoplasma - ambiente interno cellule, una formazione viscosa incolore che è in costante movimento. Il citoplasma è costituito da acqua con sostanze e organoidi disciolti in essa.

Membrana cellulare(parete cellulare) - denso all'esterno, formato da cellulosa o fibra, all'interno di una membrana plasmatica, nella cui costruzione sono presenti proteine ​​e sostanze simili ai grassi. Le sue molecole sono raccolte in fasci di microfibrille, che vengono attorcigliate in macrofibrille. Una forte parete cellulare consente di mantenere la pressione interna - turgore.

Nucleo- portatore delle caratteristiche e delle proprietà della cellula e dell'intero organismo. Il nucleo è separato dal citoplasma da una membrana a due strati. Il nucleo contiene cromosomi e nucleoli. Il numero di cromosomi di una specie è costante. Il nucleo contiene materiale ereditario - DNA con proteine ​​ad esso associate - istoni ( cromatina). Il nucleo è pieno di succo nucleare (carioplasma). Il nucleo controlla la vita della cellula. La cromatina contiene informazioni codificate per la sintesi proteica nella cellula. Durante la divisione, il materiale ereditario è rappresentato dai cromosomi.

Membrana plasmatica(plasmalemma, membrana cellulare), circostante cellula vegetale, è costituito da due strati di lipidi e molecole proteiche integrate in essi. Le molecole lipidiche hanno “teste” idrofile polari e “code” idrofobiche non polari. Questa struttura garantisce la penetrazione selettiva delle sostanze dentro e fuori la cellula.

Lisosomi- corpi di membrana contenenti enzimi della digestione intracellulare. Digerire sostanze, organelli in eccesso (autofagia) o cellule intere (autolisi).

Corpo pianta più alta formati da cellule che differiscono tra loro per struttura e funzione. Si formano cellule che hanno un'origine comune e svolgono la loro funzione caratteristica tessile.

Attività cellulare

1. 1. Movimento del citoplasma viene effettuato in modo continuativo e favorisce il movimento nutrienti e aria all'interno della cella.
   2. Il metabolismo delle sostanze e dell'energia include quanto segue processi:
      • ingresso di sostanze nella cellula;
      • sintesi di composti organici complessi a partire da molecole più semplici, che comporta un dispendio di energia (scambio plastico);
      • la scomposizione di composti organici complessi in molecole più semplici, accompagnata dal rilascio di energia utilizzata per la sintesi della molecola ATP (metabolismo energetico);
      • allocazione prodotti nocivi disintegrazione dalla cellula.
   3. Riproduzione cellulare divisione.
   4. Altezza cellule: ingrandimento delle cellule fino alle dimensioni della cellula madre.
   5. Sviluppo cellule - cambiamenti legati all’età struttura e fisiologia cellulare.

Schema. Una tipica cellula vegetale.