Биологические включения

КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Помимо  мембранных и немембранных органелл в клетках могут быть клеточные  включения, представляющие собой непостоянные образования, то возникающие, то исчезающие в процессе жизнедеятельности клетки. Основное место локализации включений - цитоплазма, но иногда они встречаются и в ядре. 

По характеру  все включения - это продукты клеточного метаболизма. Они накапливаются  главным образом в форме гранул, капель и кристаллов. Химический состав включений очень разнообразен. 

Липоиды обычно откладываются в клетке в виде мелких капель. Большое количество жировых капель встречается в цитоплазме ряда простейших, например инфузорий. У млекопитающих жировые капли находятся в специализированных жировых клетках, в соединительной ткани. Часто значительное количество жировых включений откладывается в результате патологических процессов, например при жировом перерождении печени. Капли жира встречаются в клетках практически всех растительных тканей, очень много жира содержится в семенах некоторых растений. 

Включения полисахаридов имеют чаще всего формулу гранул разнообразных размеров. У многоклеточных животных и простейших в цитоплазме клеток встречаются отложения гликогена . Гранулы гликогена хорошо видны в световом микроскопе. Особенно велики скопления гликогена в цитоплазме поперечнополосатых мышечных волокон и в клетках печени, в нейронах. В клетках растений из полисахаридов наиболее часто откладывается крахмал. Он имеет вид гранул различной формы и размеров, причем форма крахмальных гранул специфична для каждого вида растений и для определенных тканей. Отложениями крахмала богата цитоплазма клубней картофеля, зерен злаков; каждая крахмальная гранула состоит их отдельных слоев, а каждый слой, в свою очередь, включает радиально расположенные кристаллы, почти невидимые в световой микроскоп. 

Белковые  включения встречаются реже, чем  жировые и углеводные. Белковыми  гранулами богата цитоплазма яйцеклеток, где они имеют форму пластинок, шариков, дисков, палочек. Белковые включения  встречаются в цитоплазме клеток печени, клеток простейших и многих других животных. 

К клеточным  включениям относятся некоторые  пигменты, например распространенный в тканях желтый и коричневый пигмент  липофусцин , круглые гранулы которого накапливаются в процессе жизнедеятельности  клеток, особенно по мере их старения. Сюда же относятся пигменты желтого и красного цвета - липохромы . Они накапливаются в виде мелких капель в клетках коркового вещества надпочечников и в некоторых клетках яичников. Пигмент ретинин входит в состав зрительного пурпура сетчатки глаза. Присутствие некоторых пигментов связано с выполнением этими клетками особых функций. Примерами могут служить красный дыхательный пигмент гемоглобин в эритроцитах крови или пигмент меланин в клетках меланофорах покровных тканей животных. 

В качестве включений во многих животных клетках  присутствуют гранулы секрета, вырабатываемого  в клетках разных типов, в первую очередь в железистых. Секреторные  включения могут быть белками, сахаридами, липопротеидами и т. Д 
 
 
 

ВКЛЮЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Включения - это компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена, или конечные его продукты. Большинство включений  видимы в световой микроскоп и  располагаются либо в гиалоплазме  и органоидах, либо в вакуоли . Существуют жидкие и твердые включения. К образованию включений ведет избыточное накопление веществ. Очень часто в виде включений откладываются запасные питательные вещества. Главнейшее и наиболее распространенное из них - полисахарид крахмал . Крахмал злаков , клубней картофеля, ряда тропических растений - важнейший источник углеводов в рационе человека. Первичный ассимиляционный крахмал образуется только в хлоропластах . Ночью, когда фотосинтез прекращается, ассимиляционный крахмал ферментативно гидролизуется до сахаров и транспортируется в другие части растения. 

В запасающих тканях различных органов, особенно в клубнях, луковицах, корневищах и  др., в особом типе лейкопластов - амилопластах часть сахаров откладывается  в виде зерен вторичного крахмала . Рост крахмальных зерен происходит путем наложения новых слоев крахмала на старые, поэтому они имеют слоистую структуру. Если имеется один центр, вокруг которого откладываются слои крахмала, то возникает простое зерно, если два и более, то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно формируется в тех случаях, когда крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем после соприкосновения простых зерен вокруг них возникают общие слои. Расположение слоев может быть концентрическим или эксцентрическим, что также определяет особенности строения крахмальных зерен ( рис. 18 ). 

Липидные (жировые) капли обычно располагаются  в гиалоплазме и встречаются  практически во всех растительных клетках. Это основной тип запасных питательных веществ большинства растений. В семенах некоторых из них ( подсолнечник , хлопчатник , арахис , соя ) масло составляет до 40% массы сухого вещества. Растительные жиры, используемые человеком в технике, пищевой промышленности и медицине, добываются главным образом из семян. 

Запасные  белки относятся к категории  простых белков - протеинов в отличие  от сложных белков - протеидов , составляющих основу протопласта . Наиболее часто  запасные белки откладываются в  семенах. Очень богаты белками семена многих используемых в пищу и кормовых видов бобовых. Иногда протеины обнаруживаются в ядре и гиалоплазме в виде трудно различимых в световой микроскоп кристаллоподобных структур. Однако чаще запасные белки накапливаются в вакуолях и выпадают в осадок при потере влаги в процессе созревания семян. 

Обычно  осаждающиеся белки образуют зерна  округлой или эллиптической формы, называемые алейроновыми зернами . Если алейроновые зерна не имеют заметной внутренней структуры, их называют простыми. Иногда же в алейроновых зернах среди аморфного белка заметны один или несколько кристаллоподобных структур (кристаллоидов), способных в отличие от настоящих кристаллов набухать в воде. Помимо кристаллоидов, в алейроновых зернах встречаются блестящие бесцветные тельца округлой формы - глобоиды. Алейроновые зерна, содержащие кристаллоиды и глобоиды, называют сложными ( рис. 19 ). У каждого вида растений они, подобно зернам крахмала, имеют определенную структуру. 

Растения  в отличие от животных не имеют  специальных выделительных органов  и нередко накапливают конечные продукты жизнедеятельности протопласта  в виде солей оксалата или карбоната  кальция . Кристаллические включения  в значительных количествах накапливаются в тканях и органах, которые растения периодически сбрасывают (листья, кора). Они откладываются исключительно в вакуолях . Форма этих включений достаточно разнообразна: одиночные многогранники - стилоиды (палочковидные кристаллы), игольчатые кристаллы - рафиды , скопления множества мелких кристаллов - кристаллический песок, сростки кристаллов - друзы ( рис. 20 ). Форма кристаллов нередко специфична для определенных таксонов и иногда используется для их микродиагностики. 

К кристаллическим  включениям близки цистолиты . Они чаще всего состоят из карбоната кальция или кремнезема и представляют собой гроздевидные образования, возникающие на выступах клеточной оболочки, вдающейся внутрь клетки. Цистолиты характерны для растений семейств крапивных , тутовых и др. 
 
 
 
 

Тема: Кристаллические  включения растительной клетки 
 
 
 
 

Материалы. Сухая чешуя луковицы лука (Allium cepa), кусочки  корневища купены (Polygonatum officinale), черешки листьев  бегонии борщевиколистной (Begonia manicata), листья фикуса (Ficus elastica); глицерин. 

В отличие  от животных клеток, которые выделяют избыток ионов во внешнюю среду  вместе с мочой, растения, не имеющие  развитых органов выделения, вынуждены  накапливать их в тканях. Избыточное накопление веществ, выключаемых из обмена, часто приводит к выпадению их в осадок в аморфном виде или в форме кристаллов, носящих название включений. 

Кристаллы, содержащиеся в растениях, чаще всего  состоят из оксалата кальция и  имеют разную форму. Друзы - шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов (в клетках корневищ, коры, корки, черешков и эпидермы многих растений). Рафиды - игольчатые кристаллы, соединенные в пучки (в корневищах купены, стебле винограда). Кристаллический песок - скопление множества мелких одиночных кристаллов (в чешуе лука, стебле бузины). Как правило, друзы встречаются у двудольных растений, а рафиды - у однодольных. Встречаются одиночные кристаллы более простых и сложных комбинационных форм. Кристаллы, имеющие форму сильно вытянутых призм, называют стилоидами. Стилоиды находятся в клетках по одному. Обычно они покрыты очень тонкой оболочкой (рис. 25). 

К кристаллическим  включениям очень близки цистолиты (греч. китос - пузырь, или мешок, литос - камень). Они чаще всего состоят  из карбоната кальция или кремнезема и представляют собой гроздевидные образования внутри клеток, возникшие на выступах клеточной оболочки (фикус, крапивные, тутовые) (рис. 26).

Ход работы

Задание 1. Приготовить временный  микропрепарат сухой  чешуи лука (Allium cepa) в капле глицерина. Рассмотреть и зарисовать клетки с кристаллами (рис. 25, А). 

Последовательность  работы. Для изготовления микропрепарата использовать сухую чешую лука, прокипяченную в воде, а затем выдержанную 10-15 дней в водном растворе глицерина. Отрезать лезвием небольшой тонкий кусочек чешуи и поместить в каплю глицерина на предметное стекло, накрыть его покровным стеклом. При малом увеличении найти клетки с одиночными палочковидными и крестообразными кристаллами. Рассмотреть их при большом увеличении и зарисовать несколько клеток с кристаллами. 

Задание 2. Приготовить временный  микропрепарат продольного  среза корневища  купены лекарственной (Polygonatum officinale) в капле глицерина, рассмотреть и  зарисовать клетки с  рафидами (рис. 25, В). 

Последовательность  работы. Для получения хороших препаратов срезы желательно делать с фиксированного материала в продольном направлении. Рассмотреть их в воде или глицерине. Найти клетки, содержащие рафиды. Они обычно вытянутые и крупнее, чем окружающие их соседние паренхимные клетки. Рассмотреть в клетках игольчатые кристаллы, лежащие группами параллельно друг к другу. Они обычно окружены слизистым мешком и погружены в протоплазму клетки, занимая иногда почти всю ее полость. 

Задание 3. Рассмотреть и  зарисовать друзы  на поперечном срезе  черешка бегонии борщевиколистной (Begonia manicata) (рис. 25, Б). 

Последовательность  работы. Сделать тонкий поперечный срез черешка бегонии в капле воды. При малом увеличении микроскопа найти тонкостенные паренхимные клетки. В их содержимом имеется тонкий постенный слой цитоплазмы с немногочисленными хлоропластами. В клеточном соке многих клеток встречаются отложения оксалата кальция либо в виде одиночных кристаллов - ромбоидров, либо в виде сростков многочисленных мелких кристаллов - друз. В некоторых клетках могут встретиться переходные формы, у которых на поверхности крупных одиночных кристаллов видны спаянные с ними более мелкие кристаллы. Найти клетки с разными по форме кристаллами (ромбоидры, друзы, переходные формы). 

При действии соляной кислоты нерастворимый в воде щавелевокислый кальций кристаллов превращается в растворимый хлористый кальций. Кристаллы и друзы при этом вначале распадаются, а затем исчезают.

При действии серной кислоты щавелевокислый кальций  переходит в нерастворимый сернокислый  кальций (гипс), который выделяется в виде групп многочисленныхигольчатых кристаллов. 

Задание 4 . Приготовить временный  микропрепарат поперечного  среза листа фикуса (Ficus elastica) в капле воды. Найти  при малом увеличении цистолит, затем рассмотреть  его при большом увеличении и зарисовать (рис. 26).  

Последовательность  работы. Сделать тонкий поперечный срез листа фикуса. Найти клетки верхней эпидермы. Под ними располагается два слоя бесцветных клеток, называемые гиподермой. В некоторых клетках гиподермы, граничащих с мезофиллом, встречаются гроздевидные образования - цистолиты. Это разросшаяся клетка, внутри которой накапливается углекислая известь.

 Рис. 25. Кристаллы  щавелевокислого  кальция в клетках: 

А - одиночные и крестообразные в клетках сухой  чешуи луковицы лука (Allium cepa); Б - одиночный кристалл, сросток кристаллов и друза (черешок бегонии борщевиколистной - Begonia manicata); В - пучок рафид в клетке корневища купены (Polygonatum officinale); Г - стилоид (лист эйхгорнии - Eichhornia crassipes); Д - кристаллический песок (картофель - Solanum tuberosum). 

  Рис. 26. Цистолит (1) в мезофилле листа фикуса (Ficus elastica).