Строение эукариотической клетки биологическая роль отдельных структур: Строение эукариотической клетки в таблице, кратко о функциях (9 класс, биология)

Содержание

Эукариоты, микробиология: бактерий и архей

Эукариоты, микробиология / Eukaryotes, Microbiology

Эукариоты ядерные (Nuclear eukaryotes) домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядро. Эукариот — организм со сложными клетками , или одна клетка с сложными структурами. В этих клетках генетический материал организован в хромосомы в ядре клетки . Животные , растения , водоросли и грибы являются эукариотами. Есть также эукариоты среди одноклеточных протистов . Напротив, более простые организмы, такие как бактерии и археи , не имеют ядер и других сложных клеточных структур. Такие организмы называются прокариотами .

Все организмы, кроме прокариот (бактерий (bacteria) и архей (archaea)), являются ядерными.

Вирусы и вироиды также не являются ни прокариотами, ни эукариотами; более того, сам вопрос, считать ли их живыми организмами, является дискуссионным. Классификации  активно обсуждается научным сообществом, и несколько таксономии были предложены.

Все современные версии имеют пять королевств , но не согласны с тем, какие группы входят в каждое королевство.

Описание Эукариоты / Description of Eukaryotes

Эукариотические организмы

Животные (Animals), растения (plants), грибы (mushrooms), а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток.

Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,6—2,1 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез — симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и поглощёнными этой клеткой бактериями — предшественниками митохондрий и пластид.

Структура Строение эукариотической клетки / Structure Structure of a eukaryotic cell

Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органеллы (другое название, реже употребляемое в научной литературе[комм. 1], — органоиды), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами (в прокариотических клетках внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко). Ядро — часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Деление на царства / Division into kingdoms

Существует несколько вариантов деления надцарства эукариот на царства.

  • Первыми были выделены царства растений и животных.
  • Затем было выделено царство грибов, которые, по мнению большинства биологов, не могут быть причислены ни к одному из этих царств из-за биохимических особенностей.  

Также некоторые авторы выделяют царства протистов или простейших и хромистов. Некоторые системы насчитывают до 20 царств.

По системе Томаса Кавалье-Смита, все эукариоты подразделяются на два монофилетических таксона (поддомена) — униконтов (Unikonta) и биконтов (Bikonta). Положение таких эукариот, как Collodictyon и Diphylleia rotans, на данный момент не определено.

Отличия эукариот от прокариот / Differences of eukaryotes from prokaryotes

Важнейшая, основополагающая особенность эукариот связана с расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой. ДНК эукариот линейная (у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки — нуклеоиде, который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы). Она связана с белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.

В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы (гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным) набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра) образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений клетка вновь становится гаплоидной.

Такой жизненный цикл и в целом диплоидность (diploid) для прокариот не характерны.

Третье, пожалуй, самое интересное отличие, — это наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти органеллы — митохондрии и пластиды. По своему строению и жизнедеятельности они поразительно похожи на бактерий. Это обстоятельство натолкнуло современных учёных на мысль, что подобные организмы являются потомками бактерий, вступившими в симбиотические отношения с эукариотами. Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического ретикулума (no endoplasmic reticulum), аппарата Гольджи, лизосом.

Эндоцитоз и фагоцитоз — захватт, заключение в мембранный пузырёк, переваривать твёрдых частиц

Ещё одно важное различие между прокариотами и эукариотами — наличие у эукариот эндоцитоза, в том числе у многих групп — фагоцитоза. Фагоцитозом (дословно «поедание клеткой») называют способность эукариотических клеток захватывать, заключая в мембранный пузырёк, и переваривать самые разные твёрдые частицы. Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Впервые он был открыт И. И. Мечниковым у морских звёзд. Появление фагоцитоза (phagocytosis) у эукариот скорее всего связано со средними размерами (далее о размерных различиях написано подробнее). Размеры прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма большим количеством пищи. Как следствие, среди эукариот появляются первые настоящие, подвижные хищники.

Большинство бактерий имеет клеточную стенку, отличную от эукариотической (далеко не все эукариоты имеют её). У прокариот это прочная структура, состоящая главным образом из муреина (у архей из псевдомуреина). Строение муреина таково, что каждая клетка окружена особым сетчатым мешком, являющимся одной огромной молекулой. Среди эукариот клеточную стенку имеют многие протисты, грибы и растения. У грибов она состоит из хитина и глюканов, у низших растений — из целлюлозы и гликопротеинов, диатомовые водоросли синтезируют клеточную стенку из кремниевых кислот, у высших растений она состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина. Видимо, для более крупных эукариотических клеток стало невозможно создавать достаточно прочную клеточную стенку из одной молекулы. Это обстоятельство могло заставить их использовать для клеточной стенки иной материал.

Другое объяснение состоит в том, что общий предок эукариот в связи с переходом к хищничеству утратил клеточную стенку, а затем были утрачены и гены, отвечающие за синтез муреина.

При возврате части эукариот к осмотрофному питанию клеточная стенка появилась вновь, но уже на другой биохимической основе.

Обмен веществ у бактерий\ Metabolism in bacteria

Разнообразен и обмен веществ у бактерий.

Четыре типа питания среди фототрофных и хемотрофных бактерий /Four types of nutrition among phototrophic and chemotrophic bacteria

Выделяют четыре типа питания, и среди фототрофных и хемотрофных бактерий встречаются все / There are four types of food, and among bacteria there are all.

фотоавтотрофные photoautotrophic фототрофные используют энергию солнечного света phototrophic use of sunlight energy
фотогетеротрофные photoheterotrophic
хемоавтотрофные chemoautotrophic хемотрофные используют химическую энергию chemotrophic use chemical energy
хемогетеротрофные chemoheterotrophic

Эукариоты же либо сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию такого происхождения. Это может быть связано с появлением среди эукариотов хищников, необходимость синтезировать энергию для которых отпала.

Ещё одно отличие — строение жгутиков. У бактерий жгутиками являются полые нити диаметром 15—20 нм из белка флагеллина. Строение жгутиков эукариот гораздо сложнее. Они представляют собой вырост клетки, окруженный мембраной, и содержат цитоскелет (аксонему) из девяти пар периферических микротрубочек и двух микротрубочек в центре. В отличие от вращающихся прокариотических жгутиков жгутики эукариот изгибаются или извиваются.

Две группы рассматриваемых нами организмов, как уже было сказано, сильно отличаются и по своим средним размерам. Диаметр прокариотической клетки составляет обычно 0,5—10 мкм, когда тот же показатель у эукариот составляет 10—100 мкм. Объём такой клетки в 1000—10 000 раз больше, чем прокариотической.

Рибосомы прокариот мелкие (70S-типа). Клетки эукариот содержат как более крупные рибосомы 80S-типа, находящиеся в цитоплазме, так и 70s-рибосомы прокариотного типа, расположенные в митохондриях и пластидах.

Различается время возникновения групп прокариот и эукариотических организмов / The time of occurrence of groups of prokaryotes and eukaryotic organisms differs

около 3,5 млрд лет назад в процессе эволюции возникли первые прокариоты    during the evolution of the first prokaryotes
около 1,2 млрд лет назад от прокариот произошли эукариотические организмы eukaryotic organisms originated from prokaryotes

Эукариотическая клетка и ее структурно-функциональная организация

Образование эукариотической клетки стало вторым по своему значению (после появления самой жизни) эволюционным событием. Основным и принципиальным отличием эукариотов от прокариотических организмов является наличие более совершенной системы генома. Благодаря появлению и развитию клеточного ядра, резко возросла степень приспосабливаемости одноклеточных организмов к регулярно меняющимся условиям существования и способность к быстрой адаптации без внесения существенных наследственных изменений в генную систему.

Эукариотическая клетка, цитоплазма которой является областью активных метаболических процессов, благополучно отделившейся от зоны хранения, считывания и редупликации генетической информации, оказалась способна к дальнейшей биологической эволюции. Это эпохальное и судьбоносное эволюционное событие, по подсчетам ученых, произошло не позднее 2,6 млрд. лет назад на стыке двух геологических вех – Архея и Протерозоя.

Рост приспосабливаемости и устойчивости биологических структур является непременным условием полноценной биологической эволюции. Именно своей высокой способностью к адаптации эукариотическая клетка смогла эволюционировать до многоклеточных организмов со сложной структурной организацией. Ведь в многоклеточных биологических системах клетки с одинаковым геномом, приспосабливаясь к меняющимся условиям, образуют совершенно различные, как по своим морфологическим свойствам, так и по функциональности, ткани. В этом и заключается великая эволюционная победа эукариотов, которая и обусловила появление такого грандиозного разнообразия форм жизни на планете и выход на эволюционную арену самого человека.

Строение клеток эукариотического типа имеет несколько характерных особенностей, не свойственных прокариотам. Эукариотическая клетка содержит большое количество генетического материала (90%), который сосредоточен в хромосомных структурах, что обеспечивает их дифференцировку и специализацию. Любая эукариотическая клетка характеризуется наличием обособленного ядра. Это главная отличительная черта клеток данного типа. Еще одним важным отличием от прокариотов являются органоиды эукариотической клетки – постоянные и разнообразные внутриклеточные структуры.

Эукариотическая клетка в сравнении с прокариотической обладает более сложной многоступенчатой системой восприятия разнообразных веществ. В природе не существует какой-то типичной универсальной клетки эукариотического типа. Все они характеризуются невероятным разнообразием, что обусловлено именно необходимостью эволюционной адаптации. Очень важной особенностью эукариотов является присущая им компартментализация – локализация всех биохимических процессов в отдельных клеточных отсеках, разделенных внутриклеточной мембраной. Эукариоты обладают рядом сложных структурных компонентов. Таких как мембранная система; цитоплазматический матрикс, являющийся основным внутриклеточным веществом; клеточные органеллы – главные функциональные компоненты эукариотов.

Российский биолог открыл одноклеточное, которое может переписать историю эволюции эукариот — Газета.Ru

Российские ученые вместе с иностранными коллегами открыли одноклеточный организм Ancoracysta twista с необычными стрекательными клетками. Найденный на образце коралла из тропических морей микроорганизм принадлежит к абсолютно новой линии, а его геном ставит под вопрос всю сложившуюся картину эволюции и родства эукариот – организмов с ядром в клетках. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Current Biology.

«Открыт новый представитель одноклеточных, названный Ancoracysta twista. Он представляет собой отдельную, неизвестную ранее эволюционную линию древа жизни уровня царства, – рассказывает один из авторов статьи Денис Тихоненков, ведущий научный сотрудник Института биологии внутренних вод Российской академии наук. – Организм имеет уникальную морфологию – строение и форму. Проведенный анализ показал, что митохондриальные гены в ходе эволюции были утеряны много раз независимо в различных группах эукариот, в противоположность однократной крупномасштабной потере генов у общего предка всех эукариотических организмов».

Эукариоты – организмы, в клетках которых есть ядро и много сложных структур, – это огромная группа с запутанными родственными связями. Вопросы, кем был, как давно жил и как выглядел последний общий предок человека и мухомора, амебы и финиковой пальмы, давно волнуют биологов. Деревья родства перестраиваются в согласии с последними молекулярными данными, и даже термин «царство» теряет прежнее значение, поскольку трудно разобраться, какая группа находится внутри другой.

Кроме самого заметного отличия всех эукариот объединяет еще несколько важных черт, например, наличие митохондрий. У этих органелл (буквально «маленьких органов») есть собственный геном и способность самостоятельно синтезировать белки и даже размножаться внутри эукариотической клетки. По этим и ряду других причин в биологии считается устоявшимся фактом, что митохондрии, которые обеспечивают клетку энергией, когда-то были свободноживущими бактериями, но потом были поглощены первыми эукариотами на заре их эволюции. После этого эукариоты не переварили их, а сохранили внутри себя, породив симбиоз длительностью более миллиарда лет.

Сейчас в любой эукариотической клетке есть либо митохондрии, либо «следы» их пребывания или их гены, встроившиеся в ДНК ядра. Распадаться такому союзу было невыгодно: он мог производить на порядки больше энергии, что и позволило эукариотам достичь многоклеточности и других уровней сложности, которые бактерии не могут себе позволить. Со временем митохондрии избавлялись от ставших ненужными после переселения в чужую клетку генов, а часть их генов переместилась в ядро.

Поскольку эукариоты вступили в симбиоз вскоре после своего возникновения, и это вполне могло быть одиночное событие (как писал Ник Лейн в статье к 50-летию теории симбиотического происхождения митохондрий), а не параллельный процесс во многих группах, различия в геномах митохондрий должны многое сказать о родстве и эволюции эукариот. Ученые предполагали, что чем древнее линия эукариот, тем сложнее геном их митохондрий, поскольку к моменту появления линии он еще не успел упроститься. Однако геном митохондрий Ancoracysta twista свидетельствует о неверности этой идеи.

Изучив сходство Ancoracysta twista с другими организмами по последовательностям 201 очень медленно эволюционирующего ядерного белка, биологи установили, что этот организм очень далек от всех известных групп эукариот. Анализ эволюции митохондриальных белков Ancoracysta twista привел ученых к выводу, что упрощение митохондриального генома шло не с постоянной скоростью. Ученые обнаружили две основные волны переноса митохондриальных генов в ядро. Первая волна примерно совпала с периодом существования последнего общего предка эукариот. В ходе нее гены перемещались группами, функционирующими вместе. Таким образом, изменения, произошедшие в этот период, затронули все существующие сейчас эукариотические организмы. Вторая волна происходила позже, параллельно в разных группах, поэтому ее последствия у разных живых организмов отличаются. Она была очень растянута во времени, что и сделало ее похожей на постоянный поток отдельных генов.

Кроме того, митохондриальный геном открытого одноклеточного оказался третьим по величине из известных. По числу кодирующих белок генов он уступает лишь митохондриальным геномам малоизученных одноклеточных из группы Экскавата (Excavata) и загадочного жгутиконосца Diphylleia rotans, пока не имеющего стабильного положения на древе эукариот. Экскаваты – эта одна из пяти огромных групп эукариот по пересмотру классификации 2012 года, однако ранг некоторых таксонов до сих пор обсуждается, и таких гигантских групп внутри эукариот может оказаться до 12. Поэтому данные о геноме Ancoracysta twista еще больше подогревают подобные споры.

Необычность Ancoracysta twista заметна и внешне. Основание его стрекательных органелл (анкорацист) по форме напоминает амфору, а внутри находится «стрела» и семь цилиндров. Этот аппарат «выстреливает» и поражает добычу – Procryptobia sorokini, тоже относящихся к группе Экскавата, или других простейших. Помимо необычных стрекательных структур, давших им название, Ancoracysta twista имеют и другие характерные черты: оболочку из четырех слоев и два жгутика, действующих независимо. Передний жгутик у основания покрыт тонкими ворсинками, а задний имеет на конце короткую вращающуюся лопасть.

«Открытие Ancoracysta twista, о существовании которой не было известно в течение более двух веков пристальных микроскопических исследований и двух десятилетий изучения библиотек природных сиквенсов ДНК подчеркивает, что наши знания о разнообразии одноклеточных эукариот чрезвычайно скудны, и что в природе, вероятно, существуют и другие организмы, подобные A. twista», – подчеркивает Денис Тихоненков.

Исследование было выполнено Денисом Тихоненковым и Александром Мыльниковым из Института биологии внутренних вод РАН совместно с учеными из Университетского колледжа Лондона, Государственного университета Сан-Диего и Университета Британской Колумбии и Университета Уппсалы (Швеция).

Внутриклеточные структуры (ru) | Mal-BioIT

Это страница создана с целью лучше разобраться в органеллах* клетки. Информация в основном представлена отфильтрованными цитатами из Википедии. Поскольку информации много, то я создала две отдельные страницы для русскоязычных и англоязычных цитат. Английская версия рядом.

*Органеллы (wiki_ru) – постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для её существования.  В клетке располагаются в её внутренней части – цитоплазме, в которой, наряду с органеллами, могут находиться различные включения.

Смотрите также интерактивное пособие «Inside a Cell» (learn.genetics.utah.edu)

 

  1. Nucleolus / Ядрышко
  2. Cell nucleus / Клеточное ядро
  3. Ribosome / Рибосома (мелкие точки)
  4. Vesicle / Везикула
  5. Rough endoplasmic reticulum / Шероховатый эндоплазматический ретикулум
  6. Golgi apparatus / Аппарат Гольджи
  7. Cytoskeleton / Цитоскелет (incl. microtubules / вкл. микротрубочки)
  8. Smooth endoplasmic reticulum / Гладкий эндоплазматический ретикулум
  9. Mitochondrion / Митохондрия
  10. Vacuole / Вакуоль
  11. Cytosol / Цитозоль
  12. Lysosome / Лизосома
  13. Centrosome / Центросома (incl. сentrioles / вкл. центриоли)
  14. Cell membrane / Клеточная мембрана
  15. Peroxisome / Пероксисома
  16. Extracellular matrix / Внеклеточный матрикс

 

Nucleolus / Ядрышко — wiki_eng, wiki_ru
Ядрышко – немембранный внутриядерный субкомпартмент*, присущий всем без исключения эукариотическим организмам. Представляет собой комплекс белков и рибонуклеопротеидов, формирующийся вокруг участков ДНК, которые содержат гены рРНК – ядрышковых организаторов**. Основная функция ядрышка – образование рибосомных субъединиц.

* Принцип компартментализации клеток эукариот (wiki_ru) постулирует, что биохимические процессы в клетке локализованы в определённых отсеках, покрытых оболочкой из бислоя липидов. Большинство органоидов в эукариотической клетке являются компартментами. Внутри ряда компартментов выделяются также субкомпартменты, различающиеся по форме и функциям.

**Ядрышковые организаторы (англ. Nucleolus organizer regions, NOR) – участки хромосом, образующие внутри ядра клетки ядрышко. Содержат гены рРНК (рибосомная рибонуклеиновая кислота).

В ядрышке выделяют три основных структурных компонента, соответствующих разным этапам биогенеза рибосом: фибриллярный центр (ФЦ), плотный фибриллярный компонент (ПФК) и гранулярный компонент (ГК). В начале митоза происходит разборка ядрышек, а по окончании митоза они собираются снова. В настоящее время имеются данные об участии ядрышек в процессах, не связанных с биогенезом рибосом – например, в стрессовом ответе, сборке частиц распознавания сигнала; кроме того, ядрышко взаимодействует со многими вирусами. Ядрышко участвует в развитии многих заболеваний человека, в том числе раковых.

Ядрышко – наиболее плотная структура эукариотической клетки. Плотность ядрышка обусловлена высоким содержанием белка (до 70-80% сухой массы). Кроме белка, ядрышко содержит 5-14% РНК и 2-12% ДНК.

Всякое ядрышко образуется вокруг специальных последовательностей ДНК – ядрышковых организаторов. Ядрышковые организаторы представляют собой гены рДНК (?рРНК), собранные в ряды из тандемных повторов и разделённые спейсерами.

Количество ядрышек в ядре клетки определяется её стадией развития или дифференцировки, а их размер зависит от уровня синтеза рибосом. При этом максимальное количество ядрышек в клетке определяется количеством ядрышковых организаторов.

В делящихся клетках, активно синтезирующих рибосомы, размер ядрышек варьирует от 0,5 до 7 мкм в диаметре. У большинства раковых клеток ядрышко крупнее, чем у нормальных клеток той ткани и органа, откуда они произошли. В случае клеток агрессивной формы рака молочной железы наблюдается увеличение размеров ядрышка на 30% по мере развития опухоли. В дифференцировавшихся клетках образование рибосом снижается или прекращается вовсе (например, в эритроцитах и лимфоцитах), и размер их ядрышек уменьшается до 0,1-0,3 мкм.

 

 

Cell nucleus / Клеточное ядро — wiki_eng, wiki_ru
Клеточное ядро – окружённый двумя мембранами компартмент эукариотической клетки. Обычно в клетках эукариот имеется одно ядро, однако некоторые типы клеток, например, эритроциты млекопитающих, не имеют ядра, а другие содержат несколько ядер.

В ядре заключена бо́льшая часть генетического материала клетки. Гены, локализованные в хромосомах, составляют ядерный геном. Ядро поддерживает целостность генов, а входящие в его состав белки регулируют клеточные процессы посредством управления экспрессией генов, поэтому ядро является, по сути, контролирующим центром клетки. К основным структурам, из которых состоит ядро, относят ядерную оболочку – двойную мембрану, окружающую ядро и изолирующую его от цитоплазмы, а также ядерный матрикс (включающую ядерную ламину*) – сеть филаментов, которая обеспечивает механическую поддержку ядра, подобно цитоскелету в цитоплазме.

* Ядерная лами́на (wiki_ru) – фибриллярная сеть жесткой структуры, подстилает ядерную мембрану (находится под ядерной мембраной), участвует в организации хроматина.

Поскольку ядерная оболочка непроницаема для крупных молекул, для регуляции транспорта молекул через ядерную оболочку служат ядерные поры. Поры пронизывают обе ядерные мембраны и формируют сквозной канал, через который малые молекулы и ионы проходят свободно, а крупные молекулы активно транспортируются с участием белков-переносчиков. Хотя внутри ядра нет окружённых мембраной субкомпартментов, его внутреннее содержимое неоднородно и содержит ряд ядерных телец, которые состоят из особых белков, молекул РНК и частей хромосом. Самое известное ядерное тельце – ядрышко.

Ядро – крупнейшая органелла животных клеток. У млекопитающих диаметр ядра составляет примерно 6 мкм, а само ядро составляет ~10% объёма клетки. Вязкая жидкость, заполняющая ядро, называется нуклеоплазмой** и по химическому составу близка к цитозолю, окружающему ядро.

**Нуклеопла́зма, или Кариопла́зма, или Ядерный сок (wiki_ru) – один из типов протоплазмы, содержащийся в ядре и ограниченный ядерной мембраной. Нуклеоплазма представляет собой очень вязкую жидкость (коллоидный раствор белков), окружающую хроматин и ядрышко. В нуклеоплазме растворены многие вещества, например, нуклеотиды, необходимые для репликации ДНК, и ферменты, осуществляющие различные ядерные процессы.

 

 

Ribosome / Рибосома — wiki_eng, wiki_ru
Рибосома – важнейшая немембранная органелла живой клетки, служащая для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК (мРНК). Этот процесс называется трансляцией. Рибосомы имеют сферическую или слегка эллипсоидную форму, диаметром от 15-20 нанометров (прокариоты) до 25-30 нанометров (эукариоты), состоят из большой и малой субъединиц.

В эукариотических клетках рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети, хотя могут быть локализованы и в неприкреплённой форме в цитоплазме. Нередко с одной молекулой мРНК ассоциировано несколько рибосом, такая структура называется полирибосомой (полисомой). Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре – ядрышке.

Рибосомы представляют собой нуклеопротеид (комплекс нуклеиновых кислот с белками), в составе которого соотношение РНК/белок составляет 1:1 у высших животных и 60-65:35-40 у бактерий. Рибосомная РНК составляет около 70% всей РНК клетки.

 

 

Vesicle / Везикула — wiki_eng, wiki_ru
Везикулы – внутриклеточные органоиды, мембрано-защищённые сумки, в которых запасаются или транспортируются питательные вещества. Везикула отделена от цитозоля минимальным липидным слоем. Способ, которым мембрана везикулы отгораживает её от цитоплазмы, сходен с тем, как цитоплазматическая мембрана отгораживает клетку от внешней среды (порой агрессивной, с другим давлением, и пр.). Когда они отделены от цитоплазмы всего одним липидным слоем, везикулы называются однопластинчатыми. Так как везикула отгорожена от цитоплазмы, внутривезикулярные вещества могут быть совершенно иными, чем цитоплазматические. Везикула может присоединиться к внешней мембране, сплавиться с ней и выпустить своё содержимое в пространство вне клетки. Так может происходить процесс выделения. Везикула – это базисный инструмент клетки, обеспечивающий метаболизм и транспорт вещества, хранение ферментов, а также функцию химически инертного отсека. Также везикулы играют роль в поддержании плавучести клетки. Некоторые везикулы способны образовываться из частей плазматической мембраны.

Виды везикул:
     · Транспортные везикулы – могут перемещать молекулы между внутренними компонентами клетки.
     · Синаптические везикулы (синаптические пузырьки) – находятся в пресинаптических границах в нейронах и складируют нейромедиаторы.
     · Газовые везикулы – обнаружены у архей, бактерий и планктонных организмов.
     · Лизосома – это мембрано-ограниченный органоид, который может переваривать макромолекулы (ломая их на меньшие части), которые ею взяты из внешней среды.
     · Матричные везикулы – находятся внутри внеклеточного пространства, или на матриксе. Эти клеточно-вторичные везикулы специализируются на запуске биоминерализации на матриксе в различных тканях: костной, хрящевой, в дентине.

 

 

Rough and smooth endoplasmic reticulum (ER) /
Шероховатый и гладкий эндоплазматический ретикулум (ЭПР) — wiki_eng, wiki_ru
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР), или эндоплазматическая сеть (ЭПС), (лат. reticulum – «сеточка») – внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев. Площадь мембран эндоплазматического ретикулума составляет более половины общей площади всех мембран клетки.

Мембрана ЭПР морфологически идентична оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно целое. Таким образом, полости эндоплазматического ретикулума открываются в межмембранную полость ядерной оболочки. Мембраны ЭПС обеспечивают активный транспорт ряда элементов против градиента концентрации.

Эндоплазматический ретикулум не является стабильной структурой и подвержен частым изменениям.

Выделяют два вида ЭПР, выполняющих различные функции:
     — гранулярный (шероховатый) эндоплазматический ретикулум;
     — агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум.

На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного ЭПР.

При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПР характерно также накопление продуктов синтеза. Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки (например после митоза). Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки. В клетках мышечных волокон расположена особая форма эндоплазматического ретикулума – саркоплазматическая сеть.

Функции гранулярного (шероховатого) эндоплазматического ретикулума:
Главная функция — синтез белков. Белки, производимые клеткой, синтезируются на поверхности рибосом, которые могут быть присоединены к поверхности ЭПС. Полученные полипептидные цепочки помещаются в полости гранулярного эндоплазматического ретикулума (куда попадают и полипептидные цепочки, синтезированные в цитозоле), где впоследствии правильным образом обрезаются и сворачиваются. Таким образом, линейные последовательности аминокислот получают после транслокации в эндоплазматический ретикулум необходимую трёхмерную структуру, после чего повторно перемещаются в цитозоль.

Функции агранулярного (гладкого) эндоплазматического ретикулума:
     · Синтез гормонов;
     · Накопление и преобразование углеводов;
     · Нейтрализация ядов;
     · Депо кальция;
     · Саркоплазматический ретикулум (в мышечных волокнах).

 

 

Golgi apparatus / Аппарат Гольджи — wiki_eng, wiki_ru
Аппарат (комплекс) Го́льджи – мембранная структура эукариотической клетки, органелла, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков, несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок, в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединённых трубками стопок. В комплексе Гольджи выделяют 3 отдела цистерн, окружённых мембранными пузырьками. Эти отделы различаются между собой набором ферментов.

 

 

Cytoskeleton / Цитоскелет — wiki_eng, wiki_ru
Цитоскелет – это клеточный каркас или скелет, находящийся в цитоплазме живой клетки. Цитоскелет – динамичная, изменяющаяся структура, в функции которой входит поддержание и адаптация формы клетки ко внешним воздействиям, экзо- и эндоцитоз*, обеспечение движения клетки как целого, активный внутриклеточный транспорт и клеточное деление.

* Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул.
Экзоцито́з — клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы сливаются с внешней клеточной мембраной и их содержимое выпускается наружу.

Цитоскелет образован белками. Выделяют несколько основных систем, называемых либо по основным структурным элементам, заметным под электронным микроскопом (микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки), либо по основным белкам, входящим в их состав (актин-миозиновая система, кератины, тубулин-динеиновая система).

Микрофиламенты (aктиновые филаменты) (wiki_ru) представляют собой две цепочки из мономеров актина, закрученные спиралью. Имеют диаметр ~7 нм. В основном они сконцентрированы у внешней мембраны клетки, так как отвечают за форму клетки и способны образовывать выступы на поверхности клетки. Также они участвуют в межклеточном взаимодействии, передаче сигналов и, вместе с миозином, в мышечном сокращении. С помощью цитоплазматических миозинов по микрофиламентам может осуществляться перемещение везикул.

Промежуточные филаменты (wiki_ru) состоят из разного рода субъединиц и являются наименее динамичной частью цитоскелета. Диаметр 8-11 нм. Название получили из-за того, что толщина цитоскелетных структур, состоящих из ПФ, занимала промежуточное положение между толщиной миозиновых филаментов и микротрубочек.

Микротрубочки (wiki_ru) – см. ниже.

 

 

Microtubule / Микротрубочки — wiki_eng, wiki_ru
Микротрубочки – белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета. Они представляют собой полые цилиндры диаметром 25 нм. Длина их может быть от нескольких микрометров до, вероятно, нескольких миллиметров в аксонах нервных клеток. Их стенка образована димерами тубулина. Микротрубочки, подобно актиновым микрофиламентам, полярны: на одном конце происходит самосборка микротрубочки, на другом – разборка. В клетках микротрубочки играют роль структурных во многих клеточных процессах.

Микротрубочки являются динамическими структурами и в клетке постоянно полимеризуются и деполимеризуются. Центросома, локализованная вблизи ядра, выступает в клетках животных как центр организации микротрубочек (ЦОМТ): они растут от неё к периферии клетки. В то же время микротрубочки могут внезапно прекратить свой рост и укоротиться обратно по направлению к центросоме вплоть до полного разрушения, а затем вырасти снова. Динамическая нестабильность микротрубочек играет важную физиологическую роль. Например, при делении клетки микротрубочки растут очень быстро и способствуют правильной ориентации хромосом и образованию митотического веретена.

 

 

Mitochondrion / Митохондрия — wiki_eng, wiki_ru
Митохо́ндрия (греч. mitos – «нить» & chondrion – «зёрнышко», «крупинка») – двумембранный сферический или эллипсоидный органоид диаметром обычно около 1 микрометра. Характерен для большинства эукариотических клеток. У прокариот отсутствует. Энергетическая станция клетки; основная функция – окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, синтеза АТФ и термогенеза. Эти три процесса осуществляются за счёт движения электронов по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны. Количество митохондрий в клетках различных организмов существенно отличается: от 1 до 500 000. У некоторых паразитических простейших митохондрии отсутствуют. В специализированных клетках органов животных содержатся сотни и даже тысячи митохондрий (мозг, сердце, мышцы).

В соответствии с теорией симбиогенеза*, митохондрии появились в результате захвата примитивными клетками (прокариотами) бактерий. Клетки, которые не могли сами использовать кислород для генерации энергии, имели серьёзные ограничения в возможностях развития; бактерии же (прогеноты) могли это делать. В процессе развития таких отношений прогеноты передали множество своих генов сформировавшемуся, благодаря повысившейся энергоэффективности, ядру теперь уже эукариот. Вот почему современные митохондрии больше не являются самостоятельными организмами. Хотя их геном кодирует компоненты собственной системы синтеза белка, многие ферменты и белки, необходимые для их функционирования, кодируются ядерными хромосомами, синтезируются в цитоплазме клетки и только потом транспортируются в органеллы.

* Теория симбиогене́за (симбиотическая теория) (wiki_ru) объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки – митохондрий, гидрогеносом и пластид.

Число митохондрий в клетке непостоянно. Их особенно много в клетках, у которых велика потребность в кислороде. Сильно варьируются также размеры (от 1 до 70 мкм) и форма митохондрий. В среднем митохондрии занимают 10-20% внутреннего объёма клетки. В зависимости от того, в каких участках клетки в каждый конкретный момент времени происходит повышенное потребление энергии, митохондрии способны перемещаться по цитоплазме в зоны наибольшего энергопотребления, используя для движения структуры цитоскелета эукариотической клетки. В клетках одновременно и примерно в равных количествах существуют три типа митохондриальных органелл: молодые протомитохондрии, зрелые митохондрии и старые постмитохондрии, деградирующие в липофусциновые гранулы. Митохондрии способны разделяться и сливаться.

 

Vacuole / Вакуоль — wiki_eng, wiki_ru
Вакуо́ль (лат. vacuus – «пустой») – мембранный органоид, заполненный клеточным соком. Присутствует во всех клетках растений и грибов, а также во многих клетках животных и бактерий. В некоторых клетках животных вакуоле нет. В клетках животных вакуоли выполняют в основном вспомогательные функции, помогая в процессах эндоцитоза и экзоцитоза.

Различают пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли, регулирующие осмотическое давление и служащие для выведения из организма продуктов распада.

Вакуоли развиваются из мембранных пузырьков – провакуолей. Провакуоли являются производными эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи, они сливаются и образуют вакуоли. Вакуоли и их содержимое рассматриваются как обособленный от цитоплазмы компартмент.

 

 

Cytosol / Цитозоль — wiki_eng, wiki_ru
Цитозо́ль (греч. cytos – «клетка» & лат. solutio – «раствор») – жидкое содержимое клетки. Большую часть цитозоля занимает внутриклеточная жидкость. Цитозоль разбивается на компартменты при помощи разнообразных мембран. У эукариот цитозоль располагается под плазматической мембраной и является частью цитоплазмы, в которую, помимо цитозоля, входят митохондрии, пластиды и другие органеллы, но не содержащаяся в них жидкость и внутренние структуры. Таким образом, цитозоль представляет собой жидкий матрикс, окружающий органеллы.

У прокариот большая часть химических реакций метаболизма происходит в цитозоле, и лишь небольшая их часть происходит в мембранах и периплазматическом пространстве*. У эукариот, хотя многие реакции протекают в органеллах, некоторые реакции происходят в цитозоле.

* Периплазмати́ческое пространство (wiki_ru) – обособленный компартмент клеток некоторых бактерий. Периплазматическое пространство представляет собой пространство, заключённое между плазматической и внешней мембранами.

Химически цитозоль представляет собой сложную смесь веществ, растворённых в жидкости. Хотя большая часть цитозоля представлена водой, его структура и свойства внутри клеток изучены недостаточно. Концентрации ионов, таких как катионы калия и натрия, различаются в цитозоле и внеклеточной жидкости. Эта разница концентраций существенна для таких процессов, как осморегуляция, передача сигнала и генерация потенциала действия в возбудимых клетках, таких как эндокринные, нервные и мышечные клетки. В цитозоле также содержится много макромолекул, которые могут изменять поведение молекул посредством эффекта скученности макромолекул (англ. Macromolecular crowding).

Хотя ранее цитозоль рассматривали как простой раствор молекул, он имеет несколько уровней организации. В их числе градиенты концентраций ионов (например, кальция), крупные ферментативные комплексы, которые взаимодействуют друг с другом и осуществляют разнообразные химические реакции, а также белковые комплексы, которые заключают в себе часть цитозоля.

 

 

Lysosome / Лизосома — wiki_eng, wiki_ru
Лизосо́ма (греч. lysos – «разложение» & soma – «тело») – окружённый мембраной клеточный органоид, в полости которого поддерживается кислая среда и находится множество растворимых гидролитических ферментов. Лизосома отвечает за внутриклеточное переваривание макромолекул, в том числе при аутофагии*; лизосома способна к секреции** своего содержимого в процессе лизосомного экзоцитоза; также лизосома участвует в некоторых внутриклеточных сигнальных путях, связанных с метаболизмом и ростом клетки.

* Аутофагия (греч. auto – «сам» & phagos – «есть») – процесс, при котором внутренние компоненты клетки доставляются внутрь ее лизосом или вакуолей и подвергаются в них деградации.
** Секре́ция – это процесс выделения химических соединений из клетки. В отличие от собственно выделения, при секреции у вещества может быть определённая функция (оно может не быть отходами жизнедеятельности).

Лизосома является одним из видов везикул и относится к эндомембранной системе клетки. Разные виды лизосом могут рассматриваться как отдельные клеточные компартменты. Лизосомы есть во всех клетках млекопитающих, за исключением эритроцитов. У растений к лизосомам по способу образования, а отчасти и по функциям близки вакуоли. Таким образом, наличие лизосом характерно для клеток всех эукариот. У прокариот лизосомы отсутствуют, так как у них отсутствует фагоцитоз и нет внутриклеточного пищеварения.

Функциями лизосом являются:
     · Переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток).
     · Аутофагия – уничтожение ненужных клетке структур, к примеру, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки
     · Автолиз – самопереваривание клетки, приводящее к её гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток). Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.
     · Растворение внешних структур.

 

 

Centrosome / Центросома — wiki_eng, wiki_ru
Центросома (Клеточный центр) (латин. centrum – «центр» & греч. soma – «тело») – немембранный органоид в клетках эукариот, состоит из двух центриолей и перицентриолярного материала. Является главным центром организации микротрубочек (ЦОМТ) эукариотической клетки, играет важнейшую роль в клеточном делении, участвуя в формировании веретена деления. Из центросомы образуются жгутики и реснички. Центросомы характерны для клеток животных, их нет у высших растений, у низших грибов и некоторых простейших.

У многих живых организмов центросома содержит пару центриолей, цилиндрических структур, расположенных под прямым углом друг к другу. Каждая центриоль образована 9-ю триплетами микротрубочек, расположенными по кругу, а также рядом структур.

Центросома играет важнейшую роль в клеточном делении, однако наличие клеточного центра в клетке не является необходимым для митоза. В клетке содержится одна или две центросомы. Аномальное увеличение числа центросом характерно для клеток злокачественных опухолей. Кроме этого, в неделящихся клетках центросомы могут определять полярность клеток. Центросома в неделящихся клетках нередко ассоциирована с аппаратом Гольджи.

 

 

Centriole / Центриоль — wiki_eng, wiki_ru
Центрио́ль – внутриклеточная органелла эукариотической клетки. Размер центриоли находится на границе разрешающей способности светового микроскопа. Эти органеллы в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В неделящихся клетках (например, эпителия) центриоли часто определяют полярность клеток и располагаются вблизи аппарата Гольджи.

Тонкое строение центриолей удалось изучить с помощью электронного микроскопа. В некоторых объектах удавалось наблюдать центриоли, обычно расположенные в паре (диплосома), и окруженные зоной более светлой цитоплазмы, от которой радиально отходят тонкие фибриллы (центросфера). Совокупность центриолей и центросферы называют центросомой (клеточным центром).

Чаще всего пара центриолей лежит вблизи ядра. Каждая центриоль построена из 27 цилиндрических элементов (тубулиновых микротрубочек), сгруппированных в 9 триплетов. Эти триплеты расположены по окружности, образуя полый цилиндр. Его длина – 0,3–0,5 мкм (равна длине каждого триплета), а диаметр – ~0,15 мкм.

Центриоли всегда бывают расположены в материале, не имеющем чётко выраженной структуры, который инициирует развитие микротрубочек. Эту область клетки называют центросомой. Именно она образует веретено деления, а не центриоли. Это позволяет объяснить тот факт, почему растения и грибы, не имеющие центриолей, способны образовывать веретено. Функция центриолей остаётся неизвестной. Возможно, они участвуют в ориентации веретена согласно полюсам, к которым будет происходить деление клетки (цитокинез). Модифицированные центриоли также находятся у основания жгутиков и ресничек у простейших, там их называют базальными тельцами*.

* База́льное тельце (кинетосо́ма) (wiki_ru) – органелла эукариотической клетки, цилиндрическая структура из микротрубочек, располагающаяся в основании жгутиков и ресничек. Будучи одним из видов центров организации микротрубочек (ЦОМТ), кинетосомы формируются из центриолей и служат основой для формирования осевой нити жгутика.

 

 

Cell membrane / Клеточная мембрана — wiki_eng, wiki_ru
Клеточная мембрана (плазматическая мембрана) – эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов. Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулирует обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки – компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды – фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») части. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные – наружу. Мембраны разных организмов весьма сходны между собой. Некоторое исключение составляют археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм. Мембраны некоторых клеток (оычно у растений), покрыты снаружи клеточной стенкой.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погружённые одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс – одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос*, активный транспорт** и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних – активные процессы, связанные с потреблением энергии. Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами – интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы.

* О́смос (wiki_ru) – процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества.
** Активный транспорт (wiki_ru) – перенос вещества через клеточную мембрану или через слой клеток, протекающий из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии для осуществления активного транспорта служит АТФ.

 

 

Peroxisome / Пероксисома — wiki_eng, wiki_ru
Пероксисо́ма – клеточная органелла, окружённая единственной мембраной и не содержащая ДНК или рибосом (в отличие от митохондрий и хлоропластов). Пероксисомы присутствуют во всех эукариотических клетках. Они содержат ферменты, которые при помощи молекулярного кислорода окисляют некоторые органические вещества. В пероксисомах также происходит β-окисление жирных кислот. В них также протекают первые этапы образования плазмалогенов (разновидность фосфолипидов, у которых в первом положении глицерина находится не жирная кислота, а остаток спирта). Функции пероксисом чрезвычайно разнообразны в разных группах организмов. Однако практически у всех видов пероксисомы содержат фермент каталазу, а также ферменты β-окисления жирных кислот.

 

 

Extracellular matrix (ECM) / Внеклеточный матрикс — wiki_eng, wiki_ru
Внеклеточный матрикс – внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны). Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани, обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ. Кроме того, клетки соединительной ткани образуют с веществами матрикса межклеточные контакты, которые могут выполнять сигнальные функции и участвовать в локомоции клеток. Так, в ходе эмбриогенеза (процесс развития эмбриона) многие клетки животных мигрируют, перемещаясь по внеклеточному матриксу, а отдельные его компоненты играют роль меток, определяющих путь миграции.

 

Немного юмора

 

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Глоссарий UCMP: клеточная биология

| Филогенетика | Геология | Биохимия | Клеточная биология | Экология | История жизни | Зоология | Ботаника | Палеогеография |

амебоид — Клетка, не имеющая определенной формы, способная изменять форму.

амфиема — Внешний покров динофлагеллят, состоящий из нескольких мембранных слоев.

отверстие — Небольшое отверстие, например отверстие в тесте формы.

бактериофаг — Вирус, заражающий и уничтожающий бактериальный хозяин. Однако некоторые фаги включают свою ДНК в ДНК своего хозяина и остаются бездействующими в течение длительного периода времени. По этой причине они стали важными инструментами генных инженеров.

капсид — Белковая «оболочка» свободной вирусной частицы.

ячейка — Фундаментальная структурная единица всего живого.Клетка состоит в основном из внешней плазматической мембраны, которая отделяет ее от окружающей среды; генетический материал (ДНК), который кодирует наследуемую информацию для поддержания жизни; и цитоплазма, гетерогенная совокупность ионов, молекул и жидкости.

клеточный цикл — Полная последовательность шагов, которые должна выполнить клетка, чтобы воспроизвести себя, от митоза к митозу. Большая часть цикла состоит из периода роста, в течение которого клетка набирает массу и реплицирует свою ДНК.Остановка клеточного цикла является важной особенностью размножения многих организмов, включая человека.

клеточная мембрана — Внешняя мембрана клетки, которая отделяет ее от окружающей среды. Также называется плазматической мембраной или плазмалеммой.

клеточная стенка — Жесткая структура, расположенная вне клеточной мембраны. Растения известны своими клеточными стенками из целлюлозы, как и зеленые водоросли и некоторые простейшие, а грибы имеют клеточные стенки из хитина.

хлоропласт — Пластида, содержащая хлорофилл, обнаруженная в клетках водорослей и зеленых растений.

хромосома — Линейный фрагмент эукариотической ДНК, часто связанный специализированными белками, известными как гистоны.

ценоцитарный — Состояние, при котором организм состоит из нитевидных клеток с крупными центральными вакуолями, ядра которых не разделены на отдельные компартменты.В результате получается длинная трубка, содержащая много ядер, со всей цитоплазмой на периферии.

колониальный — Состояние, при котором многие одноклеточные организмы живут вместе в несколько скоординированной группе. В отличие от настоящих многоклеточных организмов, отдельные клетки сохраняют свою индивидуальность и, как правило, собственные мембраны и клеточные стенки.

сократительная вакуоль — У многих простейших специализированная вакуоль с соответствующими каналами, предназначенная для сбора избыточной воды в клетке.Микротрубочки периодически сокращаются, чтобы вытеснить этот избыток воды из клетки, регулируя осмотический баланс клетки.

цитоплазма — Все содержимое клетки, включая плазматическую мембрану, но не включая ядро.

цитоскелет — Интегрированная система молекул внутри эукариотических клеток, которая придает им форму, внутреннюю пространственную организацию, подвижность и может способствовать коммуникации с другими клетками и окружающей средой.Красные кровяные тельца, например, были бы сферическими, а не плоскими, если бы не их цитоскелет.

дикариотические — Имеющие два разных и различных ядра на клетку; встречается у грибов. Дикариотическую особь называют дикарионом.

диплоидный — Имеющий два разных набора хромосом в одном и том же ядре каждой клетки. Большинство многоклеточных животных и растений диплоидны. Сравните с гаплоидным.

двойная мембрана — В митохондриях и пластидах есть двухслойная мембрана, окружающая органеллу.Считается, что это результат эндосимбиоза, когда внешняя мембрана исходит от эукариотической клетки, а внутренняя мембрана принадлежит исходному прокариоту, который был «проглочен».

эндоплазматический ретикулум — (ER) сеть мембран в эукариотических клетках, помогающая контролировать синтез белка и клеточную организацию.

эукариот — н. Организм, клетки которого имеют цитоскелет для поддержки и их ДНК, содержащуюся в ядре, отделенном от другого содержимого клетки; е.г., простейшие, растения, животные и грибы; эукариотический — прил.

внеклеточный матрикс — (ECM) Область вне клеток многоклеточных животных, которая включает соединения, прикрепленные к плазматической мембране, а также растворенные вещества, притягиваемые к поверхностному заряду клеток. ECM функционирует как для удержания клеток животных вместе, так и для их буферизации от окружающей среды.

глазное пятно — Светочувствительная органелла, обнаруженная во многих группах простейших и у некоторых многоклеточных животных.

филамент — Длинная цепь белков, таких как волосы, мышцы или жгутики.

деление — Деление одноклеточных организмов, особенно прокариот, у которых не происходит митоза. Также используется для обозначения митоза у некоторых одноклеточных грибов.

жгутик — н. Волосообразная структура, прикрепленная к клетке, используемая для передвижения у многих простейших и прокариот.Прокариотический жгутик отличается от эукариотического жгутика тем, что прокариотический жгутик представляет собой твердую единицу, состоящую в основном из белка флагеллина, тогда как эукариотический жгутик состоит из нескольких белковых нитей, связанных мембраной, и не содержит флагеллина. Эукариотический жгутик иногда называют ундулиподием.

панцирь — Минеральный «скелет» диатомей или других одноклеточных организмов.

Аппарат Гольджи — Эукариотическая органелла, которая упаковывает клеточные продукты, такие как ферменты и гормоны, и координирует их транспортировку за пределы клетки.

гаплоидный — Имеющий один набор хромосом в ядре каждой клетки. Мхи, многие протисты и грибы гаплоидны, как и некоторые насекомые, мохообразные и гаметы. всех организмов. Контраст с диплоидный.

гаптонема — Похожая на колышек структура, уникальная для Prymnesiophyta; его функция неизвестна.

lorica — Наружное покрытие в форме вазы или чаши.Встречается у многих простейших, включая некоторых жгутиковых, инфузорий, хризофитов и хоанофлагеллят, а также в клетках некоторых животных.

лизосома — Эукариотическая органелла, несущая пищеварительные ферменты. Лизосома сливается с вакуолярной мембраной, содержащей проглоченные частицы, на которые затем действуют ферменты.

мастигонема — Маленькие волосовидные нити, обнаруженные на «волосатом» жгутике Chromista.

мембрана — В биологии пограничный слой внутри или вокруг живой клетки или ткани.

мезокариотический — Состояние ядра, уникальное для динофлагеллят, при котором хромосомы остаются постоянно конденсированными.

микротрубочки — Тип филамента в эукариотических клетках, состоящий из единиц белка тубулина. Среди других функций это основной структурный компонент жгутика эукариот.

микроворсинки — Тонкие пальцевидные выступы на поверхности клетки, часто используемые для увеличения абсорбционной способности или для улавливания частиц пищи. «Воротник» хоанофлагеллят на самом деле состоит из близко расположенных микроворсинок.

митохондрия — Сложная органелла, обнаруженная у большинства эукариот; Считается, что они произошли от свободноживущих бактерий, установивших симбиотические отношения с примитивными эукариотами.Митохондрии являются местом производства большей части энергии у большинства эукариот; им нужен кислород, чтобы функционировать. См.: двойная мембрана .

митоз — Процесс деления ядер у эукариот. Это один из этапов цитокинеза или клеточного деления. БОЛЕЕ ?.

MTOC — (центр организации микротрубочек) MTOC представляют собой пучки белковых трубочек, которые можно найти в основании жгутика эукариот.У животных они также участвуют в создании массивов микротрубочек, которые разделяют хромосомы во время митоза.

многоклеточный — Любой организм, состоящий из множества клеток, называется многоклеточным.

нанометр — сущ. единица измерения; одна миллионная (10 -9 ) метра.

ядерная мембрана — Двойная мембрана, окружающая эукариотическое ядро.На его поверхности много пор, которые регулируют поток крупных соединений в ядро ​​и из него.

нуклеоид — Область у прокариот, где сосредоточена ДНК. В отличие от ядра, он не ограничен мембраной.

ядро ​​ — Связанная с мембраной органелла, содержащая ДНК в форме хромосом. Это место репликации ДНК и место синтеза РНК.

органелла — н.Связанная с мембраной структура в эукариотической клетке, которая делит клетку на области, выполняющие различные клеточные функции, например, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, лизосомы.

плазматическая мембрана — Наружная мембрана клетки, иногда называемая клеточной мембраной. Термин плазматическая мембрана чаще используется при обсуждении прокариот.

плазмида — Кольцевая петля ДНК прокариот.Эукариотическая ДНК организована в хромосомы.

пластида — любая из нескольких пигментированных цитоплазматических органелл, обнаруженных в клетках растений и другие организмы, выполняющие различные физиологические функции, такие как синтез и хранение пищи.

прокариот — Буквально «перед ядром», этот термин применяется ко всем бактериям и археям. Прокариотические клетки не имеют внутренних мембран и цитоскелета.Их ДНК кольцевая, а не линейная.

протоплазма — Все содержимое клетки, включая ядро. (см.: цитоплазма)

псевдоподии — Пальцевидные отростки амебоидной клетки; буквально «ложные ноги».

повторяющиеся последовательности — Длина последовательности нуклеотидов, которая повторяется в тандемном кластере.

ретикулоподии — Длинные нитевидные псевдоподии, которые разветвляются и соединяются, образуя тонкую сеть.Они характерны для форм.

Рибосома — (рибосомальная РНК)

Syncytic — см. Hexactinellida

Test — n. Твердая оболочка, вырабатываемая некоторыми одноклеточными простейшими; может состоять из карбоната кальция, кремнезема или песчинок.

тека — Общий термин для любого жесткого наружного покрова одноклеточного простейшего, обычно состоящего из взаимосвязанных пластин. динофлагелляты и диатомеи являются примерами протистов с теками.

трансдукция — Вирусный перенос ДНК новому хозяину.

трихоциста — Органелла инфузорий и динофлагеллят, которая высвобождает длинные нитевидные белки, когда клетка повреждена. Используется в качестве защиты от потенциальных хищников.

ультраструктура — Подробная структура образца, такого как клетка , ткань или орган , которые можно наблюдать только с помощью электронной микроскопии.Также называется тонкой структурой. В яичной скорлупе ультраструктура относится к трехмерному расположению минеральных кристаллов и органического вещества. Он описывается с точки зрения минералогии кальцита или арагонита и перехода между различными зонами организации внутри раковины. Отдельные зоны организации называются зонами ультраструктуры.

ундулиподий — Другой термин для эукариотического жгутика.

вакуоль — Связанное мембраной заполненное жидкостью пространство внутри клетки.В большинстве растительных клеток есть одна крупная вакуоль, заполняющая большую часть объема клетки. Некоторые бактериальные клетки содержат газовые вакуоли.

Последнее обновление:2009-11-12

Измерение на месте трехмерной структуры белка внутри живых эукариотических клеток — ScienceDaily

Исследователи из Токийского столичного университета успешно определили трехмерную структуру белков с высоким разрешением внутри живых эукариотических клеток.Они объединили внутриклеточную спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР), биореакторную систему и передовые вычислительные алгоритмы для определения белковых структур в переполненных внутриклеточных средах. Этот метод обещает понимание внутриклеточного поведения болезнетворных белков и новых приложений для скрининга лекарств, позволяя визуализировать на месте то, как белки реагируют на биохимические стимулы.

Эукариотические клетки являются строительными блоками широкого спектра организмов, включая все грибы, растения и животные.Их внутренняя структура чрезвычайно сложна и разнообразна, со сложной структурной иерархией и широким спектром биомакромолекул, распределенных по сети цитоскелета. Это затрудняет понимание того, что каждый белок внутри клеток делает в своей естественной среде, несмотря на очевидные биомедицинские преимущества знания, например. как конкретный белок реагирует, когда клетки подвергаются химическим раздражителям, таким как фармацевтические препараты.

Чтобы решить эту проблему, команда из Токийского столичного университета под руководством доцента Теппеи Икея и профессора Ютака Ито применила измерения спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) к конкретным белкам, экспрессированным внутри sf9 культивируемых клеток насекомых, штамма клеток, первоначально полученного из тип личинки моли, широко используемый для производства белка. Новаторская работа группы ЯМР уже преуспела в выяснении белковых структур высокого разрешения внутри бактерий (не эукариот). Проблема простого применения тех же методов к белкам в клетках sf9 заключалась в значительно более низкой концентрации белков-мишеней и коротком времени жизни клеток, что затрудняло получение высококачественных многомерных спектров ЯМР для ядерной спектроскопии на эффекте Оверхаузера (NOESY), которая даст точную информацию о том, как разные атомы расположены внутри отдельных молекул.Таким образом, они объединили схему быстрого измерения ЯМР на основе разреженных выборок с современными вычислительными методами, использующими статистические методы, такие как Байесовский вывод , методы, адаптированные для эффективного выяснения белковых структур на основе ограниченного количества структурной информации из спектры ЯМР в ячейке с изначально низкой чувствительностью. Внутри аппарата ЯМР также была оборудована биореакторная система, которая поддерживала клетки в здоровом состоянии во время измерений.

С помощью этих новых данных команда смогла выяснить трехмерную структуру трех модельных белков с беспрецедентно высоким разрешением и точностью 0,5 ангстрема (0,05 нанометра) для положения атомов основной цепи белка. В частности, они выявили существенно отличающуюся конформацию в локализованной области одного из белков по сравнению с его эталонной структурой в разбавленном растворе. Конформационное различие между белками «в клетках» и «в пробирках», предположительно, было вызвано неспецифическими взаимодействиями с другими молекулами внутри клеток.Становится ясно, что эти взаимодействия вносят свой вклад в биологические функции белков: ожидается, что способность определять местонахождение и количественно определять структурные изменения белков во внутриклеточной среде окажет значительное влияние на биомедицинские исследования, позволяя увидеть, как различные условия, т.е. нейродегенеративные заболевания влияют на конформацию белков in situ и позволяют количественно оценить, как лечение влияет на структурные аномалии.

Эта работа была поддержана Программой финансирования основных исследований в области эволюционной науки и технологий (CREST; JPMJCR13M3) Японского агентства по науке и технологиям (JST), Ведущие исследователи нового поколения (Программа NEXT), Гранты в помощь для Научные исследования (от JP15H04339 до M.M., от JP15K06979 до TI, от JP17K07312 до PG), сложные исследовательские исследования (от JP15K14494 до YI) и научные исследования в инновационных областях (JP26102538, JP25120003 и JP16H00779 до TI; JP15H01645, JP17 YI8P8147H) от Японского общества и JP15H01645, JP17 YI8P8147H по развитию науки (JSPS). Исследование было опубликовано онлайн в журнале Angewandte Chemie International Edition .

Источник истории:

Материалы предоставлены Токийским столичным университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Структуры и функции микротрубочек

Микротрубочки представляют собой нитевидные внутриклеточные структуры которые отвечают за различные виды движений во всех эукариотических клетках. Вовлекаются микротрубочки в нуклеиновом и клеточном делении, организации внутриклеточная структура и внутриклеточный транспорт, а также подвижность ресничек и жгутиков.Потому что функции микротрубочек настолько важны к существованию эукариотических клеток (включая наши собственные), важно, чтобы мы понимали их состав, как они собраны и в разобранном виде, и как их сборка/разборка и функции регулируются клетками.

Для краткости только самые основные и универсальные представления о микротрубочках и их организация в жгутики будет представлена здесь, оставив много вопросов без ответа.Ты обнаружат, что учебники обеспечивают более полное описание микротрубочек и их структуры и функции, но и они оставляют много вопросов без ответа. Учебники редко говорят нам, сколько наука знает и не знает о них, и конечно, они не могут быть в курсе последние открытия. Чтобы полностью понять предмет важно обратиться к нескольким источникам.Если тема особенно важна для вас, вы следует искать первичную литературу, а именно оригинальную отчеты об исследованиях.

«Строительные блоки» микротрубочек — тубулины

Все эукариотические клетки продуцируют белок тубулин, обычным способом. Обычный способ, конечно, транскрипцией генов, кодирующих тубулин для производства матричной РНК с последующей трансляцией мРНК рибосомами для получения белок.Клетки поддерживают как минимум два типа тубулин, который мы называем альфа-тубулин и бета тубулин. Однако сомнительно, чтобы оба типы могут находиться в клетках в виде отдельных белков.

Альфа- и бета-тубулин спонтанно связываются с одним другой, чтобы сформировать функциональную субъединицу, которую мы называют гетеродимером . Гетеродимер представляет собой белок, состоящий из двух различных генные продукты.Термин полностью описательный — приставка гетеро- означает «другой», префикс ди- означает «два», а суффикс -mer относится к единице, в этом случай одного полипептида. Очевидно, клетки делают не продолжать производить тубулин (или любой другой белок) пока не закончатся ресурсы. Какой-то процесс должен регулировать синтез тубулина. Общий регуляторный механизм обратная связь торможение .

На рисунке показано торможение синтеза тубулина в присутствии гетеродимеров в системе. Как именно это торможение принимает место не имеет отношения к этому обсуждению. Более о важном понятии обратной связи торможения можно найти в другом месте.

Сборка микротрубочек

Когда внутриклеточные условия благоприятствуют сборке, гетеродимеры тубулина собираются в линейные протофиламенты .Протофиламенты, в свою очередь, собираются в микротрубочки. Вся такая сборка подлежит регулированию сотовый.

 

Микротрубочки образуют каркас для структур как веретенообразный аппарат, который появляется во время клеточное деление, или хлыстообразные органеллы, известные как реснички и жгутики. Реснички и жгутики являются наиболее хорошо изученные модели микротрубочек структура и сборка, и часто используются учебники для ознакомления с микротрубочками.

Динамическая нестабильность микротрубочек

В стационарных условиях микротрубочка может казаться полностью стабильным, однако действие происходит постоянно. Население микротрубочек обычно состоят из некоторых сокращаются, а некоторые растут. Один микротрубочки могут колебаться между ростом и фазы укорочения. В процессе роста гетеродимеры присоединяются к концу микротрубочки и при усадке они отрываются как целые субъединицы.Один и тот же гетеродимер может оторваться и вернуться на.

Так как даже кажущиеся устойчивыми микротрубчатые структуры обладают внутренней нестабильностью, они считаются находящимися в динамическом равновесии , или в устойчивом состоянии. Посмотрите здесь, чтобы узнать о разнице между устойчивым состоянием и истинное равновесие.

Реснички и жгутики

Чтобы понять регуляцию микротрубочек сборка и функционирование в любом организме является сложной задача.Изучить микротрубочки в клетках как сложные клеток позвоночных (например, человека) практически невозможно задание, без нескольких «подсказок» о том, как продолжать. Основные механизмы могут работать использовать гораздо менее сложную биологическую модель , такую как жгутик. Например, жгутики фотосинтезирующий протист Chlamydomonas являются состоит из микротрубочек, как и все жгутики и реснички.

Реснички и жгутики имеют одинаковую базовую структуру. Они прикреплены к структурам, известным как базальные . корпуса , которые, в свою очередь, закреплены на цитоплазматическая сторона плазматической мембраны. От базальные тельца расширяют «костяк» микротрубочек, выталкивая при этом плазматическую мембрану.

Для образования ресничек или жгутиков микротрубочки располагаются себя в массиве «9 + 2».Каждый из двух центральные микротрубочки состоят из одной микротрубочки с 13 протофиламентами, образующими стенку из круглой трубы. Каждый из внешних девяти состоит пары микротрубочек, имеющих общий стенки (см. поперечные срезы микротрубочек на рисунке). Посмотрите на полный разрез осторожно. Волосяной вид жгутиков и реснички в световом микроскопе вводит в заблуждение.Вся структура находится в цитоплазме клетки.

Приведенная здесь трактовка структуры микротрубочки игнорирует их истинную сложность. Функциональный микротрубочки включают ассоциированные белки, закрепляющие сайты и организующие центры, сайты ферментных активности и др. В ресничках и жгутиках тубулин образует основную структуру, к которой присоединяются другие белки. вносят свой вклад в структуры, называемые динеиновыми рукавами, радиальными спицы и nexin ссылки.Руки, спицы и связи удерживают микротрубочки вместе и обеспечивают взаимодействие между микротрубочками, которые внешне похожи скольжению актиновых и миозиновых филаментов в сокращении мышц.

Реснички имеют тенденцию покрывать площадь поверхности клетки. И реснички, и жгутики изгибаются по мере того, как микротрубочки скользить друг мимо друга. Расположение ресничек позволяет их скоординированное движение в ответ на сигналы из цитоплазмы.Маленькая инфузория могут иметь сотни отдельных ресничек, все бьющиеся согласованным образом. Как все скольжение а изгиб согласованный? Как организм «решает» в в каком направлении двигаться, или как поворачиваться, вращаться, или кормить? Как он передает информацию сотни ресничек загнуть определенным образом? Вопросы этой природы интересны клеточным биологам. Их очень трудно решить, потому что каждый система такая сложная.Тем не менее с геномом примерно в сто раз меньше, чем у человека, типичного протиста гораздо легче изучать, чем клетка человека.

Движение отдельной реснички или жгутика внешне напоминает весло, т. он проносится через среду с рабочим ходом , что продвигает клетку. Каждый рабочий ход и возврат инсульт включает, возможно, тысячи химических реакций.Могут быть десятки ударов в секунду, и одно действие может включать тысячи ресничек. Ты можно заметить, что инфузории очень быстро реагируют на препятствия или изменения в их окружении. это увлекательно размышлять о том, как они получают информацию, обрабатывать ее и передавать сигналы к ресничкам, чтобы произвести точное движение. От перспектива нашего относительно медленного мира, это также трудно понять, как так много может продолжаться за такое короткое время. Подумайте об эффекте на ваше восприятие Вселенной, если бы вы уменьшиться на несколько порядков.

Молекула месяца: рибосома

Рибосомы — одно из чудес клеточного мира, и одно из многих чудес, которые вы можете исследовать самостоятельно в RCSB PDB. В 2000 году структурные биологи Венкатраман Рамакришнан, Томас А. Стейц и Ада Э. Йонат сделали первые структуры рибосомных субъединиц доступными в PDB, а в 2009 году каждый из них получил Нобелевскую премию за эту работу.Структуры также доступны для многих других участников синтеза белка, включая транспортную РНК и факторы элонгации. Основываясь на этих структурах, теперь в PDB есть сотни структур целых рибосом, раскрывающих атомарные детали многих важных этапов синтеза белка.
Рибосомы в действии
После определения структуры отдельных малых и больших субъединиц следующим шагом в исследовании структуры рибосомы было определение структуры всей рибосомы.Эта работа является кульминацией десятилетий исследований, которые начались с расплывчатых изображений рибосом с помощью электронной микроскопии, продолжились более подробными криоэлектронными микрографическими реконструкциями и теперь включают множество атомных структур. Используя небольшие фрагменты мРНК, различные формы укороченной или химически модифицированной тРНК, очищенные белковые факторы и модифицированные рибосомы, исследователи определили структуру рибосом в процессе построения белков (запись PDB 4v5d).
70S Рибосомы

Глядя на все различные формы жизни на Земле, мы обнаруживаем, что все живые организмы имеют рибосомы и что они бывают двух основных размеров.Бактерии и архебактерии имеют более мелкие рибосомы, называемые 70S-рибосомами, которые состоят из небольшой 30S-субъединицы и большой 50S-субъединицы. «S» означает «сведберг» — единица, используемая для измерения скорости движения молекул в центрифуге. Обратите внимание, что значения для отдельных субъединиц не дают в сумме значений для всей рибосомы, поскольку скорость седиментации сложным образом связана с массой и формой молекулы. Рибосомы в наших клетках, а также в других животных, растениях и грибах, более крупные, называемые 80S рибосомами, состоящими из малой субъединицы 40S и большой субъединицы 60S. Как ни странно, в наших митохондриях есть маленькие рибосомы, которые образуются отдельно от более крупных в цитоплазме. Это наблюдение привело к гипотезе о том, что митохондрии (и хлоропласты в растительных клетках) на самом деле являются бактериями, попавшими внутрь клеток в начале эволюции эукариотических клеток. Теперь они счастливо живут и размножаются внутри клеток, сосредотачиваясь на производстве энергии и полагаясь на окружающую клетку для удовлетворения большинства других своих потребностей.

Основы

Ранние структуры раскрывали многие основы действия рибосом.Они показали, что рибосомы — это рибозимы, использующие для своей реакции РНК, а не белок, и тем самым поддержали идею о том, что РНК играла центральную роль в ранней эволюции жизни. Они выявили важность рибосомных белков для стабилизации и фиксации структуры РНК в рибосоме. Однако с новыми структурами мы можем начать углубляться в атомарные детали считывания генетической информации и синтеза пептидов. Синтез белка происходит в три основных этапа: инициация, элонгация и терминация, и доступны структуры, демонстрирующие аспекты каждого из них.

Инициация
Рибосома запускается в процессе, называемом инициацией. Несколько белков фактора инициации доставляют мРНК к малой субъединице, выстраивают первую тРНК и направляют ассоциацию с большой субъединицей. Эта структура (4v4j ) показывает особую последовательность в мРНК, названную последовательностью Шайна-Делгарно в честь ее первооткрывателей, которая связана с последней частью цепи РНК в малой субъединице. Это выстраивает мРНК в нужном месте, делая ее готовой для специальной инициирующей тРНК.На рисунке маленький фрагмент мРНК показан красным, а тРНК — желтым.

Примечание к картинке: мРНК, тРНК и белковые факторы связываются внутри рибосомы, между двумя субъединицами, поэтому сложно создать картину, показывающую, что происходит. На этих рисунках показаны мРНК, тРНК и другие молекулы, а также увеличенное изображение рибосомы, показывающее их расположение во всем комплексе.

Этапы элонгации, когда EF-Tu доставляет тРНК (слева), синтез пептидной связи (в центре) и транслокация с помощью EF-G (справа).

Скачать изображение в формате TIFF в высоком качестве
Удлинение
После того, как рибосома настроена, она начинает читать вдоль цепи мРНК, строя белок по одной аминокислоте за раз. В структуре, показанной здесь слева (4v5g ), новая тРНК доставляется белком EF-Tu (показан фиолетовым). В центральной структуре (4v5d ) внутри рибосомы связаны три молекулы тРНК. Левая тРНК (участок А) содержит аминокислоту, которая будет добавлена, центральная тРНК (участок Р) удерживает растущую белковую цепь, а правая тРНК (участок Е) закончила свою работу и готова к использованию. выброшен.После того, как белковая цепь перенесена со средней тРНК на тРНК А-сайта, белок EF-G помогает продвинуть все на один шаг вперед, как показано в структуре справа (4v5f ).
Антибиотики
Поскольку рибосомы необходимы для жизни, они являются привлекательными мишенями для антибиотиков. Конечно, нужно быть осторожным, чтобы не атаковать собственные рибосомы, иначе вы убьете себя вместе с инфекцией! К счастью, бактериальные рибосомы имеют много небольших отличий от наших собственных рибосом, поэтому существует множество антибиотиков, которые специально воздействуют на 70S-рибосомы. Здесь включены два примера, и в PDB есть много других примеров. Слева тетрациклин (красный) связан с малой субъединицей (1hnw ), блокируя связывание тРНК. Справа хлорамфеникол (красный) — это (1nji ), блокирующий реакцию добавления аминокислот к растущему белку.

Клетки и как ими управлять

T HE CHEMICAL реакциям, от которых зависит жизнь, нужно место для возникновения.Это место — клетка. Все то, что биология признает бесспорно живым, есть либо клетки, либо скопления клеток (вирусы попадают на спорную территорию). С середины 19 века клетка рассматривается как основная единица жизни.

Послушайте эту историю. Наслаждайтесь аудио и подкастами на iOS или Android.

Ваш браузер не поддерживает элемент

Экономьте время, слушая наши аудио статьи во время работы в режиме многозадачности

OK

Клетка нуждается в чем-то, чтобы держать ее внутри и снаружи снаружи. Это роль клеточной мембраны, гибкой пленки, состоящей в основном из липидов. Это маленькие молекулы в форме головастиков с головками, которые чувствуют себя комфортно в воде, и двойными хвостами, которые ее избегают. Когда их помещают в водный раствор, они естественным образом образуют двойные слои, в которых водоустойчивые головки находятся снаружи, а водостойкие части — внутри. Некоторые растительные, грибковые и бактериальные клетки используют более жесткие структуры, называемые клеточными стенками, в качестве дополнительных укреплений за пределами своих мембран. Но именно мембрана определяет клетку.

Более того, расположение мембран определяет тип клетки. Некоторые существа используют мембраны главным образом для определения своего периметра. Их называют прокариотами, и они бывают двух видов: бактерии и археи. В других они также используются для создания структур внутри клеток, в частности, ядра, содержащего ДНК , на которой записаны гены. Внутри таких клеток может быть в десять-двадцать раз больше мембран, чем у них определяется их поверхность. Их называют эукариотическими, по-гречески истинно ядерными.Существа, сделанные из них, являются эукариотами.

Прокариотических клеток в мире значительно больше, чем их эукариотических кузенов. В вашем собственном теле живет примерно столько же одноклеточных прокариот, живущих на нем и внутри него (в основном в кишечнике), сколько эукариотических клеток, образующих мышцы, нервы, кости, кровь и так далее. Некоторые части земной биосферы, такие как дно океана, не содержат более или менее ничего, кроме прокариотической жизни.

Но почти все, на что вы когда-либо смотрели и считали живыми, — все животные, растения, грибы и водоросли — состоит из эукариотических клеток.Такие клетки обычно намного больше, чем почти все прокариотические, и способны к гораздо большему разнообразию как по форме, так и по функциям. Их универсальность видна в широком диапазоне форм, которые они принимают, от соединенных звездообразных вспышек нервных клеток до ползучих изменчивых пузырей амеб.

Однако даже прокариотические клетки велики по сравнению с содержащимися в них молекулами. Бактерия длиной в две миллионные доли метра включает около 3 млн белковых молекул, а также ДНК , которая их описывает, РНК , необходимых для использования этих описаний, и различные более мелкие молекулы, которые белки склеивают и распадаются в процессе своих обязанностей (см. предыдущую справку по биологии).Кроме того, мембрана такой бактерии содержит около 20 млн молекул липидов.

Но если бы вы синтезировали все молекулы, найденные в этой бактерии, в лаборатории (теоретически вполне возможно) и поместили их в пакет размером с бактерию, вы бы не получили бактерию. Вы получите его кропотливый беспорядок. Ячейка — это не просто набор содержимого. Это также набор процессов, работающих параллельно друг с другом. Единственный способ создать ячейку, в которой запущены и работают все необходимые процессы, — это начать с другой такой ячейки, в которой они уже это делают.

Накормите бактерию питательными веществами, в которых она нуждается, и по мере роста она будет синтезировать копию молекулы ДНК , на которой хранится ее геном. Когда он станет достаточно большим, чтобы сделать полную копию ДНК , он разделится на две части, причем одна ДНК окажется в одной клетке, а другая — в другой.

Как для бактерий, так и есть, mutatis mutandis , для всей другой жизни, во веки веков, аминь. Жизнь состоит из клеток, а клетки из ранее существовавших клеток.30 триллионов клеток, из которых состоит человеческое тело, почти в каждом случае можно проследить до одной оплодотворенной яйцеклетки, с которой все началось (исключением является состояние, известное как химеризм, при котором два эмбриона сливаются в матке на раннем этапе развития). .

Из всех процессов, которые продолжаются от клетки к клетке по мере развития жизни, ни один из них не является более фундаментальным, чем те, которые обеспечивают энергию жизни. Они полностью зависят от мембран в клетках. Условия по обе стороны мембраны почти всегда будут разными; разные молекулы будут присутствовать в разных концентрациях. Законы термодинамики, однако, смутно относятся к разным концентрациям чего-то, находящегося рядом друг с другом. Небольшие молекулы и ионы, которые чаще встречаются на одной стороне этой мембраны, чем на другой, будут диффундировать через нее, пытаясь выровнять ситуацию. Белки, встроенные в такие мембраны, качают молекулы в противоположном направлении, чтобы сохранить различие между внутренним и внешним.

Создавая градиент ионов водорода — атомов водорода с оторванными электронами — через мембрану, живые существа преобразуют энергию в химическую форму, которую они могут использовать.Этот процесс зависит от набора белков, называемых цепями переноса электронов. Эти белки встроены в мембрану.

Белки с электрон-транспортной цепью передают электроны друг другу таким образом, что ионы водорода внутри мембраны перемещаются наружу. Таким образом, ионы накапливаются снаружи, а это означает, что тенденция природы к выравниванию концентрации требует, чтобы некоторые из них вернулись внутрь. Это они делают с помощью великолепного белка, называемого АТФ синтазы, или просто АТФ азы.Молекулы АТФ азы обеспечивают каналы через мембрану, через которые легко проходят ионы водорода. Этот поток дает полезную энергию, как поток воды через водяную мельницу.

Это не пустая метафора. ATP ase состоит из нескольких частей, одна из которых может вращаться относительно других. Когда ионы проходят через белок, они вращают этот ротор со скоростью 6000 об/мин. Если бы вы могли слышать их за работой, они бы напевали что-то вроде G на две октавы ниже среднего C.Другая часть молекулы использует кинетическую энергию этого вращающегося ротора для присоединения ионов фосфата к молекуле, называемой аденозиндифосфатом ( ADP ), в результате чего образуется аденозинтрифосфат, или АТФ — почти универсальный носитель энергии в клеточной биологии.

Почти во всех случаях, когда для клеточного процесса требуется энергия, эта энергия обеспечивается расщеплением АТФ обратно на АДФ . Добавление аминокислоты к растущему белку требует примерно пяти АТФ с.Синтез мембранных липидов стоит около одного АТФ на каждые два используемых атома углерода. Бактерия, удвоившаяся в размере, использует около 10 миллиардов АТФ- для создания всех необходимых ей молекул, а это означает, что каждая из 10 миллионов или около того молекул АДФ-, которые содержит бактерия, превращается в АТФ- и снова расщепляется 1000 раз в течение обработать.

Чтобы поддерживать работу АТФ азы, клетке требуется постоянный поток электронов вдоль ее связанных с мембраной цепей переноса электронов.Есть два пути создания таких потоков: дыхание и фотосинтез.

Дыхание расщепляет молекулы глюкозы на углекислый газ и воду в ходе ряда реакций, называемых циклом лимонной кислоты. Электроны, равные молекуле глюкозы, обычно проталкивают десять ионов водорода через мембрану, в которую встроена дыхательная цепь переноса электронов. Когда они возвращаются через АТФ азу, они могут генерировать 20 АТФ с.

Фотосинтез использует энергию солнечного света для высвобождения электронов из молекул воды, тем самым создавая кислород, а также ионы водорода, готовые к проталкиванию через мембрану.Некоторые из ATP , изготовленные таким образом, запускают процесс, который объединяет эти ионы с углекислым газом. Еще несколько химических реакций производят сахар, такой как глюкоза, который затем встраивается во все другие молекулы, из которых состоит жизнь. Фотосинтез создает мировую биомассу; дыхание разрушает его.

Жили-были

В прокариотической клетке мембрана, в которой находятся белки-переносчики электронов, окружает клетку. В эукариотических клетках дыхание осуществляется во внутриклеточных структурах — органеллах, называемых митохондриями.Они состоят из складчатых мембран, богатых цепями переноса электронов. Наличие большого количества митохондрий (у людей сотни или тысячи на клетку не редкость) означает, что такие клетки могут генерировать большое количество АТФ . Если бы все мембраны митохондрий вашего тела соединились и растянулись, они покрыли бы несколько футбольных полей.

Под микроскопом некоторые митохондрии очень похожи на бактерии. Это не совпадение, это семейное сходство. Когда Земле было чуть более половины нынешнего возраста, то есть около 2 миллиардов лет назад, два прокариота, один из архей, а другой из бактерий, ухитрились слиться.Как именно они это сделали, далеко не ясно. Но это слияние привело к созданию чего-то действительно нового: первой эукариотической клетки. Митохондрии являются потомками вовлеченной бактерии, происхождение которых неопровержимо подтверждается тем фактом, что они все еще имеют остатки собственных геномов, которые являются отчетливо бактериальными. У человека эти маленькие митохондриальные геномы являются единственными ДНК , не секвестрированными на хромосомах в ядре.

Все митохондрии всех эукариот в мире восходят к этому слиянию.Точно так же хлоропласты — органеллы фотосинтеза, обнаруженные в растениях и водорослях — восходят к более позднему событию, когда эукариот поглотил фотосинтетическую бактерию. Многие эукариоты остались одноклеточными и остаются таковыми по сей день. Но другие начали формировать колонии, что позволило разделить работу между клетками и способствовало развитию специализированных частей тела, называемых органами. Которые являются предметом краткого обзора биологии на следующей неделе. ■

в этой серии на уровнях жизни
1 биология большие молекулы
2 клетки и как их власть *
3 изготовление органов
4 История жизни
5 Что все-таки вид?
6 Поиск живых планет

Эта статья была опубликована в кратком разделе «Школы» печатного издания под заголовком «Слои власти». клеточной мембраной (или плазматической мембраной), содержащей гелеобразную цитоплазму внутри, и имеют ДНК, кодирующую продукцию рибосом и белков.ДНК у прокариот (бактерии и археи) не связана с ядром, тогда как у эукариот ДНК связана с ядерной оболочкой. У некоторых видов прокариот ДНК ограничена внутри клетки, образуя структуру, видимую под микроскопом, известную как нуклеоид. Нуклеоид не является истинным ядром, в котором ДНК ограничена ядерной оболочкой. Хотя прокариоты имеют дефинитивные структуры, им не хватает настоящих органелл, что определяется наличием двойного слоя фосфолипидов. Эукариоты имеют настоящие органеллы.Бактерии действительно обладают компартментами белков, не заключенных в плазматическую мембрану, которые, как считается, действуют аналогично примитивным органеллам.

Прокариоты обычно одноклеточные или колониальные

Прокариоты почти всегда являются свободноживущими одноклеточными организмами. Некоторые прокариоты, например цианобактерии, могут образовывать большие колонии. Такие колониальные бактерии имеют специализированные белки, которые позволяют отдельным клеткам соединяться друг с другом. Существуют редкие примеры бактерий, которые проявляют многоклеточное поведение в определенные периоды своего жизненного цикла, например, миксобактерии.Когда источников пищи достаточно, эти бактерии существуют как одноклеточные организмы. По мере уменьшения запасов пищи миксобактерии роятся колониями, поскольку отдельные клетки прикрепляются друг к другу и перемещаются в единое целое. Пока миксобактерии роятся, они представляют собой колониальный вид, у которого все клетки сходны по строению и функциям, но при этом связаны. Если роящаяся колония миксобактерий не может найти подходящий источник пищи, происходит нечто очень интересное. Роящаяся колония прекратит свои поиски и начнет формировать плодовые тела.Внутри плодовых тел некоторые из нормальных (вегетативных, палочковидных) клеток меняют свою структуру на округлые репродуктивные клетки с чрезвычайно толстыми клеточными стенками, известные как миксоспоры, что позволяет этим клеткам с большей вероятностью выживать до тех пор, пока условия не улучшатся. . Эти репродуктивные клетки удерживаются на плодовых телах тушами многих вегетативных миксобактерий. На этом этапе своего жизненного цикла миксобактерии демонстрируют очень примитивное многоклеточное поведение: наличие разных типов клеток. У некоторых эукариот, известных как слизевики, развился очень похожий жизненный цикл.

Синтез белка у прокариот

Форма ДНК различается у прокариот и эукариот. У прокариот ДНК представляет собой единую кольцевую петлю. У эукариот ДНК организована в виде нескольких линейных хромосом. У прокариот, когда требуются белки, сегмент ДНК транскрибируется в мРНК. Когда мРНК транскрибируется, рибосома присоединяется к мРНК и начинает процесс трансляции, превращая сообщение мРНК в белок.Транскрипция и трансляция происходят одновременно у прокариот.

.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.