Структура растительной клетки отделяющая ее от окружающей среды: 3. Пластиды, содержащие хлорофилл 6. Структура растительной клетки, отделяющая её…

Содержание

Кроссворд по теме «Клетка» для 5 класса


По вертикали:

3. Пластиды, содержащие хлорофилл

6. Структура растительной клетки, отделяющая ее от окружающей среды

7. Часть микроскопа

8. Мелкие тельца, находящиеся в цитоплазме клетки.

12. Группа клеток, сходных по строению и выполняющих одинаковые функции

13. Межклеточные пространства

14. Бесцветное вязкое вещество, находящееся внутри клетки

15. Основная составная единица всех живых организмов.

1. Плотное тельце в цитоплазме клетки.

2. Полость, заполненная клеточным соком

3. Тельца в ядре клетки, передающие наследственные признаки

4. Зрительная трубка микроскопа

5. Образование внутри ядра

9. Простейший увеличительный прибор

10. Подставка, к которой крепятся части микроскопа

11. Увеличительный прибор


По вертикали:

3. Пластиды, содержащие хлорофилл

6. Структура растительной клетки, отделяющая ее от окружающей среды

7. Часть микроскопа

8. Мелкие тельца, находящиеся в цитоплазме клетки.

12. Группа клеток, сходных по строению и выполняющих одинаковые функции

13. Межклеточные пространства

14. Бесцветное вязкое вещество, находящееся внутри клетки

15. Основная составная единица всех живых организмов.

1. Плотное тельце в цитоплазме клетки.

2. Полость, заполненная клеточным соком

3. Тельца в ядре клетки, передающие наследственные признаки

4. Зрительная трубка микроскопа

5. Образование внутри ядра

9. Простейший увеличительный прибор

10. Подставка, к которой крепятся части микроскопа

11

. Увеличительный прибор

Урок-проект «Создаем клетку»

Материал опубликовала
Екатерина Николаевна1368

Я-учитель биологии, работаю в школе уже 34-ый год. Очень люблю свою работу.

Россия, Кировская обл., пгт Восточный

Интерактивный кроссворд «Клеточное строение растений» БИОЛОГИЯ – 5 класс Маслак Е.Н.- учитель биологии МКОУ СОШ №2 с УИОП п. Восточный Омутнинского района Кировской области

Дорогие пятиклассники! Предлагаю вам проверить, как вы запомнили термины по теме «Клеточное строение растений» – заполнить небольшой кроссворд.

Советы по заполнению кроссворда: Слово, которое нужно разгадать, будет указано стрелкой. Ответьте на вопрос и, чтобы проверить себя, щёлкните мышкой по стрелке с номером слова – в клеточках кроссворда появится верный ответ. Для перехода к следующему слову используйте кнопку (внизу справа). Желаю удачи!

о р л х ы о п л а с т 1. Пластиды, содержащие хлорофилл 1

о р л х о ы о п л а с т к ч а о л о б 2. Структура растительной клетки, отделяющая её от окружающей среды 2

о р л х о ы о п р л а с т у о я л к к ч а о л о б 3. Верхнее увеличительное стекло микроскопа 3

о р л х о ы о п р л а с т у о я л к с к ч а о л о б т и ы д а л п 4. Мелкие тельца, находящиеся в цитоплазме клетки 4

о р л х о ы о п р л а с т у о я л к с о м о р к ч ы м а о л о б т и ы д а л п 5. Тельца в ядре клетки, передающие наследственную информацию 5

о р л х о ы о п р л а с т к у ь л о у в я л к с о м о р к ч ы м а о л о б т и ы д а л п 6. Полость, заполненная клеточным соком 6

о р л х о ы о п р л а с т к с у б у ь л о у в я л к с о м о р к ч ы м а о л о б т и ы д а л п 7.Зрительная трубка микроскопа 7

Молодцы!

§10. Ткани (Страницы 25,26,27) — Рабочая тетрадь по биологии С шишкой Пасечник 5 класс

Главная › 5 класс › Биология › Рабочая тетрадь по биологии С шишкой Пасечник 5 класс

36. Закончите определение.

Тканью называют набор клеток, которые сходны по строению, выполняющие одинаковые функции и занимающие свойственное им положение в организме.


37. Заполните схему.
Ткани растений
Основная Покровная Механическая Образовательная Проводящая
38. Заполните таблицу.


39. Решите кроссворд №2.

По горизонтали:
3. Пластиды, содержащие хлорофилл.
6. Структура растительной клетки, отделяющая ее от окружающей среды.
7. Часть микроскопа.
8. Мелкие тельца, находящиеся в цитоплазме клетки.
12. Группа клеток, сходных по строению и выполняющих одинаковые функции.
13. Межклеточные пространства.
14. Бесцветное вязкое вещество, находящееся внутри клетки.

15. Основная составная единица всех живых организмов.

По вертикали:
1. Плотное тельце в цитоплазме клетки.
2. Полость, заполненная клеточным соком.
3. Тельца в ядре клетки, передающие наследственные признаки.
4. Зрительная трубка микроскопа.
5. Образование внутри ядра.
9. Простейший увеличительный прибор.
10. Подставка, к которой крепятся части микроскопа.
11. Увеличительный прибор.

Ответы:

По горизонтали:

3. хлоропласты
6. оболочка
7. окуляр
8. пластиды
12. ткань
13. межклеткники
14. цитоплазма
15. клетка

По вертикали:
1. ядро
2. вакуоль
3. хромосомы
4. тубус
5. ядрышко
9. лупа
10. столик
11. микроскоп.



§9. Жизнедеятельность клетки, ее деление и рост — стр. 22-24Тренировочные задания 2 — стр. 27-28

Сохраните или поделитесь с одноклассниками:

Интерактивный кроссворд «Клеточное строение растений». 5 класс

1. Интерактивный кроссворд «Клеточное строение растений»

Автор – Маслак Е.Н., учитель биологии
МКОУ СОШ № 2 с УИОП п. Восточный
Омутнинского района Кировской области
Интерактивный кроссворд
«Клеточное строение
растений»

2. Дорогие пятиклассники!

Предлагаю вам
проверить, как вы запомнили
термины по теме
«Клеточное строение растений» –
заполнить небольшой кроссворд.

3. Советы по заполнению кроссворда:

• Слово, которое нужно разгадать, будет
указано стрелкой.
• Ответьте на вопрос и, чтобы проверить
себя, щёлкните мышкой по стрелке с
номером слова – в клеточках
кроссворда появится верный ответ.
• Для перехода к следующему слову
используйте кнопку (внизу справа).
Желаю удачи!
1
х л о р о п л а с т ы
1. Пластиды,
содержащие
хлорофилл
х л о р о п л а с т ы
2
о б о л о ч к а
2. Структура
растительной клетки,
отделяющая её
от окружающей среды
х л о р о п л а с т ы
о б о л о ч к а
3
о к у л я р
3. Верхнее
увеличительное
стекло микроскопа
х л о р о п л а с т ы
о б о л о ч к а
о к у л я р
4
п л а с т и д ы
4. Мелкие тельца,
находящиеся
в цитоплазме клетки
5
х л о р о п л а с т ы
р
о б о л о ч к а
о к у л я р
м
о
п л а с т и д ы
о
м
5. Тельца в ядре
ы
клетки, передающие
наследственную
информацию
6
в
х л о р о п л а с т ы
р
к
у
о б о л о ч к а
о к у л я р
м
л
о
п л а с т и д ы
ь
о
м
6. Полость,
ы
заполненная
клеточным соком
7
в
х л о р о п л а с т ы
р
к
у
у
б
о б о л о ч к а
о к у л я р
м
л
с
о
п л а с т и д ы
ь
о
м
7.Зрительная трубка
ы
микроскопа

11. Молодцы!

12. Использованные источники:

Биология: Бактерии, грибы, растения, 5 кл.: рабочая
тетрадь к учебнику В.В. Пасечника «Биология.
Бактерии, грибы, растения. 5 класс»/ В.В. Пасечник. –
3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2014 – 60 с.
ИЛЛЮСТРАЦИИ:
• Строение растительной клетки:
http://health-pictures.irixpix.ru/view/3974094
• Микроскоп: goods.marketgid.com

Обучающий тест по теме «Строение растительной клетки», биология, 5 класс | Методическая разработка по биологии (5 класс):

Обучающий тест по теме «Строение и функции растительной клетки» для 5 класса

Составила:

учитель биологии ГБОУ гимназия №446

Смирнова Евгения Павловна

1. Цитология (греч. цитоз – ячейка, клетка) – наука о клетке. Термин «клетка» в 1665 году ввел в науку английский ученый. Он, с помощью увеличительного прибора, рассматривал тонкие срезы тканей растений. Назовите, кто этот ученый?

Захарий Янсен (переходите к п. 5)

Роберт Гук (переходите к п. 17)

Антони ван Левенгук (переходите к п.29)

2. Как мы уже выяснили, оболочка не может быть органоидом клетки, так как находится поверх клетки, выполняя защитную функцию. (вернитесь к п. 7)

3. Оболочка, поры и пластиды, конечно, важные, но не главные части растительной клетки. Оболочка включает клеточную стенку из целлюлозы и клеточную мембрану, поры – это небольшие отверстия в оболочке, а три разновидности пластид выполняют разнообразные функции. (вернитесь к п. 25)

4. Верно! Оболочка, пронизанная порами, которые являются  важнейшими путями передвижения воды и минеральных веществ между клетками. Эта способность клеточной оболочки называется проницаемостью. (переходите к п. 24)

5. К сожалению, вы не правы! Захарий Янсен — голландский очковый мастер, которому приписывают изобретение телескопа и изготовление первого микроскопа. В честь него назван кратер Янсен на Марсе. (вернитесь в к п. 1)

6. Нет, вы не правы! Хромопласты могут быть желтого, оранжевого или красного цветов. Встречаются в клетках созревших плодов, лепестках, в некоторых корнеплодах и пожелтевших листьях. (вернитесь к п.19)

7. В состав цитоплазмы входят различные органоиды, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующую строению функцию:

оболочка (переходите к п. 2)

пластиды (переходите к п. к п. 15)

ядро с хромосомами (переходите к п. 31)

8. Нет, клетка не может быть обеспечена нужными веществами всегда. В ней  есть некоторый запас питательных веществ, воды.  Внутри клетки  идет постоянное расщепление одних веществ и синтез других. В свою очередь, ненужные вещества удаляются из клетки. (вернитесь к п. 24)

9.Вы ошиблись!  Бинокулярная лупа – это оптическое приспособление, применяемое для рассматривания с небольшим увеличением (2—4 раза) мелких деталей объекта одновременно двумя глазами для получения стереоскопического рельефного изображения. Простейшая лупа  состоит из двух линз, вмонтированных в оправу, которая крепится на голове эластичным кольцом либо устройством, подобным очковой. (вернитесь к п. 14)

10. Каждая живая клетка, как и всё растение, проявляет признаки живого. В какой части клетки происходит её питание и дыхание?

в вакуолях (переходите к п. 12)

в лейкопластах (переходите к п.26)

в цитоплазме (переходите к п. 28)

11. Нет, вы не правы! Движение цитоплазмы обеспечивает перемещение внутри клетки питательных веществ и воздуха. (вернитесь к п. 22)

12. И снова неточность! Цитоплазма, поглощая воду, выделяет ее затем в вакуоли вместе с продуктами своей жизнедеятельности — продуктами обмена, в виде клеточного сока. Содержимое вакуолей — клеточный сок — представляет собой очень маловязкую жидкость и является весьма слабым водным раствором различных веществ. (вернитесь к п. 10)

13. Неверно! Основная функция хлоропластов состоит в улавливании и преобразовании световой энергии и образовании органических веществ (в виде сахаров). (вернитесь к п.19)

14. Заглянуть в тайны микромира помогли микроскопы. Как вы думаете, какой из микроскопов позволил детально изучить внешнее и внутреннее строение клеток живых организмов?

бинокулярная лупа (переходите к п. 9)

 оптический микроскоп Роберта Гука (переходите к п. 21)

электронный микроскоп (переходите к п. 27)

15. Поздравляю! Пластиды – это органоиды клетки. Они бывают трех видов – зеленые хлоропласты, отвечающие за процесс фотосинтеза; хромопласты – красные, желтые, оранжевые – придают окраску разным частям растений; лейкопласты – бесцветные пластиды, служащие для накопления питательных веществ клетки. Дальнейших успехов Вам! (переходите к п.10)

16. Совершенно верно! Главные части клетки – это клеточная мембрана, окружающая клетку и отделяющая ее от внешней среды (у растений поверх мембраны есть еще клеточная стенка из целлюлозы).

Цитоплазма, содержащая воду, минеральные соли, органические вещества, а также ряд органоидов.

Клеточное ядро, в котором находится наследственный материал клетки – молекулы ДНК, входящие в состав хромосом. (переходите к п.7)

17. Поздравляю! Роберт Гук в 1665 году изучал плавучесть пробки (коры пробкового дерева). Он делал тончайшие срезы пробки с дальнейшим изучением под микроскопом. Он увидел, что пробка состоит из множества очень маленьких ячеек, их он назвал клетками. Результаты наблюдений он опубликовал в книге «Микрография». (переходите к п. 14)

18. Нет, неверно! Удвоение хромосом  происходит перед делением клетки (вернее, удваиваются молекулы ДНК в составе хромосом), в дальнейшем эти удвоенные хромосомы разделятся и попадут в разные дочерние клетки после деления материнской клетки. (вернитесь к п. 22)

19. Важным жизненным свойством клетки является процесс клеточного деления, обеспечивающий рост органов растения. Какая структура клетки отвечает за процесс деления клетки?

хромопласты (переходите к п. 6)

хлоропласты (переходите к п. 13)

ядро с хромосомами (переходите к п. 30)

20. В клетке постоянно образуются новые вещества , но некоторые вещества не могут образоваться в ней. (вернитесь  к п.24)

21. В оптический микроскоп Гук наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки. Он описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. Но его микроскоп имел небольшое увеличение. (вернитесь к п. 14)

22. Важным свойством клетки является обмен веществами с межклеточным веществом и соседними клетками. Это возможно, благодаря:

оболочке с порами (переходите к п. 4)

движению цитоплазмы (переходите к п. 11)

удвоению хромосом (переходите к п. 18)

23. К сожалению, это не главные части клетки, так как вакуоли хранят внутри, как в сосудах, клеточный сок, а хромосомы являются структурами, отвечающими за наследственные особенности клетки. (вернитесь к п. 25)

24. Каждая клетка, как и все растение, питается, дышит и в течение определенного времени растет. Некоторые вещества (вода, минеральные соли), ей  необходимые:

всегда присутствуют в ней (переходите к п. 8)

образуются в клетке (переходите к п. 20)

поступают из окружающей среды (переходите к п. 32)

25. В воображаемой «основной растительной клетке» можно различить три главные части:

оболочку, поры, пластиды (переходите к п.3)

клеточную мембрану, цитоплазму, ядро (переходите к п.16)

вакуоли, клеточный сок, хромосомы (переходите к п.23)

26. Лейкопласты служат для накопления питательных веществ клетки: белки, жиры, углеводы. (вернитесь к п. 10)

27. Электронный микроскоп — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 106 раз, позволяющий рассмотреть самые мелкие части в клетке (ультрамикростроение). (переходите к п. 25)

28. Пять баллов! Именно в цитоплазме происходят жизненно важные процессы питания и дыхания. Цитоплазма находится в движении, перемещая вещества и доставляя их к каждой части клетки. (переходите к п. 19)

29. Антони ван Левенгук, без сомнения, выдающийся исследователь в области цитологии. Он имел более совершенный микроскоп, увидел содержимое клетки, простейших организмов, клетки крови животных. Но термин «клетка» употребил и ввел в науку  другой ученый. (вернитесь в п.1)

30. Совершенно верно! Под оболочкой ядра находятся небольшие тельца – хромосомы, благодаря которым обеспечивается сходство дочерних клеток с материнской, происходит передача наследственных признаков от клетки к клетке, от родителей к потомству. (переходите к п. 22)

31. Вы ошиблись!  Ядро с хромосомами внутри является одной из главных частей клетки, органоиды более мелкие структуры цитоплазмы клетки. (вернитесь к п.7)

32. Вот, наконец-то, и успешный финиш! Клетка постоянно должна обмениваться веществами с окружающей средой. Обмен веществ происходит в цитоплазме с участием всех ее компонентов. Вещества образуются, распределяются по клетке, расходуются и удаляются из нее в виде продуктов жизнедеятельности.

Рекомендации и предложения учителю:

1. Данный тест можно использовать при изучении нового материала при прохождении тем «Строение растительной клетки», «Жизнедеятельность клетки»

2. По окончании выполнения теста предложите учащимся зарисовать клетку, отметив все ее части.

.

Что такое протоплазма клетки растения, ее функции и свойства

08.02.2018

Клетка является основной структурной и функциональной единицей живой материи, и растения, как и все живые организмы, состоят из основного базового элемента — растительной клетки. Она представляет собой элементарную биологическую систему, лежащую в основе не только строения, но и восстановления, развития и жизнедеятельности растений. Количество клеток в растениях может варьироваться от одной (одноклеточные растительные организмы) до миллионов (многоклеточные растения). 


Клетки образуют в организмах различные ткани, и могут существенно отличаться по своему виду друг от друга по форме и размерам, так как они имеют разное предназначение и выполняют отличные друг от друга функции. Но их объединяет одинаковое строение. Клетка каждого растения имеет прочную наружную клеточную стенку с расположенными на ней неутолщенными участками — порами, т. н. первичную оболочку. Под ней находится тонкая и эластичная двухслойная молекулярная мембрана, отделяющая внутреннее содержимое клетки от внешней среды, это т. н. вторичная оболочка. Внутри каждая клетка наполнена гелеобразным, прозрачным и бесцветным подвижным живым веществом — протоплазмой, включающей в себя цитоплазму (полужидкая, слизистая, бесцветная среда, в которой находятся все остальные органы клетки) и нуклеоплазму (очень вязкий коллоидный белковый раствор, образующий клеточное ядро). Впервые термин протоплазма (нем. Protoplasma из др.- гр. πρῶτος «первый» и πλάσμα «сформированное») применительно к внутриклеточной структуре растительной клетки был закреплен официально немецким ботаником Хьюго фон Молем (1805-1872). Современная биология часто использует термины протоплазма и цитоплазма как синонимы. 


 
Химический состав протоплазмы очень разнообразен и сложен. Основными составляющими (около 99%) являются водород, кислород, углерод и азот, а также небольшое количество микроэлементов. Наиболее важной частью ее являются белковые соединения. Кроме них в протоплазме находятся продукты клеточной жизнедеятельности: жиры, углеводы, глюкозиды, алкалоиды, продукты белкового распада — аминокислоты и небольшое количество различных минералов. Во время вегетации протоплазма растительных клеток на 70 — 80% состоит из воды, в результате чего она становится менее вязкой и более подвижной. Это объясняется тем, что для процессов метаболизма, протекающих в протоплазме и заключающихся в сложнейших химических реакциях, требуется соответствующая среда, а именно истинный (молекулярный) раствор. В протоплазме клеток растений, находящихся в состоянии покоя, вода составляет всего лишь около 10 — 15 %, вязкость коллоидной субстанции увеличивается, а подвижность уменьшается. 



Протоплазма обладает всеми свойствами, характерными для живой материи. Одна из ее особенностей — способность реагировать на малейшие изменения условий окружающей среды (тепловые, световые, химические, электрические и др. раздражения) путем изменения интенсивности своего движения. Различают вращательный или круговой тип движения протоплазмы и струйчатый. В первом случае наблюдается перемещение субстанции в одном направлении вдоль клеточной оболочки. Этот тип характерен для тех клеток, где протоплазма смещена к периферии и занимает пристеночное положение. Струйчатое движение происходит в разных направлениях по всей клетке и образует несколько потоков. Предполагается, что именно благодаря движению протоплазмы осуществляется интенсивный обмен веществ в клетке.  


 
Все жизненно важные процессы растительного организма происходят в протоплазме. Ее свойства определены основной составляющей — белковыми соединениями, представленными как протеинами (простыми белками), так и протеидами (сложными биополимерными соединениями, включающими также и небелковую часть — глюкозу, нуклеиновые кислоты, жироподобные вещества). Протоплазма представляет собой динамическую внутриклеточную среду, в которой находятся все органоиды клетки (митохондрии, вакуоли, комплекс Гольджи, пластиды, лизосомы и пр.), ядро и продукты жизнедеятельности. Для нее характерна щелочная химическая реакция. Протоплазма как живое клеточное вещество обеспечивает взаимодействие всех клеточных структур в процессах метаболизма и объединяет их в единую клеточную систему. Кроме того, она обладает полупроводниковыми свойствами (избирательная проницаемость), что позволяет растению выживать в условиях временного обезвоживания и сохранять стабильность своего состава. 



Во взаимодействии с протоплазмой или через ее среду выполняются транспортные процессы между органоидами клетки и ядром. Протоплазма пронизана целой сетью мембран (эндоплазматическая сеть), которая отличается постоянной изменчивостью и подвижностью. Благодаря этой сети у протоплазмы есть огромное количество внутренних поверхностей, на которых возможно протекание таких процессов как десорбция (выделение) и адсорбция (поглощение) для быстрого перемещения необходимых веществ внутри клетки. Также доказано, что протоплазма участвует в хранении и передаче наследственной информации. 

Выполнение основных функций мембраны обеспечивают. Основные функции и особенности строения клеточной мембраны


Мембраны биологические.

Термин «мембрана»(лат. membrana — кожица, пленка) начали использовать более 100 лет назад для обозначения клеточной границы, служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клетки и внешней средой, а с другой — полупроницаемой перегородкой, через которую могут проходить вода и некоторые вещества. Однако этим функции мембраны не исчерпываются, поскольку биологические мембраны составляют основу структурной организации клетки.
Строение мембраны. Со гласно этой модели основной мембраны является липидный бислой, в котором гидрофобные хвосты молекул обращены внутрь, а гидрофильные головки-наружу. Липиды представлены фосфолипидпми — производными глицерина или сфингозина. С липидным слоем связаны белки. Интегральные(транмембраные) белки пронизывают мембрану насквозь и прочно с ней связаны; переферические не пронизывают и связаны с мембраной менее прочно. Функции мембраных белков: поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окр. среды, транспорт некоторых веществ, катализ реакций, происходящих на мембранах. толщина мембраны составляет от 6 до 10 нм.

Свойства мембраны:
1. Текучесть. Мембрана не представляет собой жесткую структуру- большая часть входящих в ее состав белков и липидов может перемещаться в плоскости мембран.
2. Асимметрия. Состав наружного и внутреннего слоев как белков, так и липидов различен. Кроме того, плазматические мембраны животных клеток снаружи имеют слой гликопротеинов (гликокаликс, выполняющий сигнальную и рецепторные функции, а также имеющий значение для объединения клеток в ткани)
3. Полярность. Внешняя сторона мембраны несет положительный заряд, а внутренняя-отрицательный.
4. Избирательная проницаемость. Мембраны живых клеток пропускают, помимо воды, лишь определенные молекулы и ионы растворенных веществ.(Использование по отношению к мембранам клеток термина «полупроницаемость» не совсем корректно, тк это понятие подразумевает то, что мембрана пропускает только молекулы растворителя, задерживая при этом все молекулы и ионы растворенных веществ.)

Наружная клеточная мембрана (плазмалемма) — ультрамикроскопическая пленка толщиной 7.5нм, состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Эластичная пленка, хорошо смачвающася водой и быстро восстанавливающийся целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, те типичное для всех биологических мембран. Пограничное положение этой мембраны, ее участие в процессах избирательной проницаемости, пиноцитозе, фагоцитозе, выведение продуктов выделения и синтез, во взаимосвязи с соседними клетками и защите клетки от повреждений делает ее роль исключительно важной. Животные клетки снаружи от мембраны иногда бывают покрыты тонким слоем,состоящим из полисахаридов и белков, — гликокаликсом. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы)-нерастворимого в воде полисахарида.

Ни для кого не секрет, что все живые существа на нашей планете состоят их клеток, этих бесчисленных « » органической материи. Клетки же в свою очередь окружены специальной защитной оболочкой – мембраной, играющей очень важную роль в жизнедеятельности клетки, причем функции клеточной мембраны не ограничиваются только лишь защитой клетки, а представляют собой сложнейший механизм, участвующий в размножении, питании, регенерации клетки.

Что такое клеточная мембрана

Само слово «мембрана» с латыни переводится как «пленка», хотя мембрана представляет собой не просто своего роду пленку, в которую обернута клетка, а совокупность двух пленок, соединенных между собой и обладающих различными свойствами. На самом деле клеточная мембрана это трехслойная липопротеиновая (жиро-белковая) оболочка, отделяющая каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды, и осуществляющая управляемый обмен между клетками и окружающей средой, так звучит академическое определение того что, представляет собой клеточная мембрана.

Значение мембраны просто огромно, ведь она не просто отделяет одну клетку от другой, но и обеспечивает взаимодействие клетки, как с другими клетками, так и окружающей средой.

История исследования клеточной мембраны

Важный вклад в исследование клеточной мембраны был сделан двумя немецкими учеными Гортером и Гренделем в далеком 1925 году. Именно тогда им удалось провести сложный биологический эксперимент над красными кровяными тельцами – эритроцитами, в ходе которых ученые получили так званые «тени», пустые оболочки эритроцитов, которые сложили в одну стопку и измерили площадь поверхности, а также вычислили количество липидов в них. На основании полученного количества липидов ученые пришли к выводу, что их как раз хватаем на двойной слой клеточной мембраны.

В 1935 году еще одна пара исследователей клеточной мембраны, на этот раз американцы Даниэль и Доусон после целой серии долгих экспериментов установили содержание белка в клеточной мембране. Иначе никак нельзя было объяснить, почему мембрана обладает таким высоким показателем поверхностного натяжения. Ученые остроумно представили модель клеточной мембраны в виде сэндвича, в котором роль хлеба играют однородные липидо-белковые слои, а между ними вместо масла – пустота.

В 1950 году с появлением электронного теорию Даниэля и Доусона удалось подтвердить уже практическими наблюдениями – на микрофотографиях клеточной мембраны были отчетливо видны слои из липидных и белковых головок и также пустое пространство между ними.

В 1960 году американский биолог Дж. Робертсон разработал теорию о трехслойном строении клеточных мембран, которая долгое время считалась единственной верной, но с дальнейшим развитием науки, стали появляться сомнения в ее непогрешимости. Так, например, с точки зрения клеткам было бы сложно и трудозатратно транспортировать необходимые полезные вещества через весь «сэндвич»

И только в 1972 году американские биологи С. Сингер и Г. Николсон смогли объяснить нестыковки теории Робертсона с помощью новой жидкостно-мозаичной модели клеточной мембраны. В частности они установили что клеточная мембрана не однородна по своему составу, более того – ассиметрична и наполнена жидкостью. К тому же клетки пребывают в постоянном движении. А пресловутые белки, которые входят в состав клеточной мембраны имеют разные строения и функции.

Свойства и функции клеточной мембраны

Теперь давайте разберем, какие функции выполняет клеточная мембрана:

Барьерная функция клеточной мембраны — мембрана как самый настоящий пограничник, стоит на страже границ клетки, задерживая, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы

Транспортная функция клеточной мембраны – мембрана является не только пограничником у ворот клетки, но и своеобразным таможенным пропускным пунктом, через нее постоянно проходит обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой.

Матричная функция – именно клеточная мембрана определяет расположение относительно друг друга, регулирует взаимодействие между ними.

Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и параллельно за правильно соединение клеток друг с другом, за формирование их в однородную ткань.

Защитная функция клеточной мембраны является основой для построения защитного щита клетки. В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у , все это благодаря защитной функции мембраны.

Ферментативная функция – еще одна важная функция, осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов.

Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями:

  • Фагоцитоз – это клеточный обмен, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества.
  • Пиноцитоз – представляет собой процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной.
  • Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность.

Строение клеточной мембраны

В клеточной мембране имеются липиды трех классов:

  • фосфолипиды (представляются собой комбинацию жиров и фосфора),
  • гликолипиды (представляют собой комбинацию жиров и углеводов),
  • холестерол.

Фосфолипиды и гликолипиды в свою очередь состоят из гидрофильной головки, в которую отходят два длинных гидрофобных хвостика. Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.

Но как бы там ни было, а самой важной частью строения клеточной мембраны является белок, точнее разные белки, играющие различные важные роли. Несмотря на разнообразие белков содержащихся в мембране есть нечто, что их объединяет – вокруг всех белков мембраны расположены аннулярные липиды. Аннулярные липиды – это особые структурированные жиры, которые служат своеобразной защитной оболочкой для белков, без которой они бы попросту не работали.

Структура клеточной мембраны имеет три слоя: основу клеточной мембраны составляет однородный жидкий билипидный слой. Белки же покрывают его с обеих сторон наподобие мозаики. Именно белки помимо описанных выше функций также играют роль своеобразных каналов, по которым сквозь мембрану проходят вещества, неспособные проникнуть через жидкий слой мембраны. К таким относятся, например, ионы калия и натрия, для их проникновения через мембрану природой предусмотрены специальные ионные каналы клеточных мембран. Иными словами белки обеспечивают проницаемость клеточных мембран.

Если смотреть на клеточную мембрану через микроскоп, мы увидим слой липидов, образованный маленькими шарообразными молекулами по которому плавают словно по морю белки. Теперь вы знаете, какие вещества входят в состав клеточной мембраны.

Клеточная мембрана, видео

И в завершение образовательное видео о клеточной мембране.

Основная структурная единица живого организма — клетка, являющаяся дифференцированным участком цитоплазмы, окруженным клеточной мембраной. Ввиду того что клетка выполняет множество важнейших функций, таких, как размножение, питание, движение, оболочка должна быть пластичной и плотной.

История открытия и исследования клеточной мембраны

В 1925 году Гренделем и Гордером был поставлен успешный эксперимент по выявлению «теней» эритроцитов, или пустых оболочек. Несмотря на несколько допущенных грубых ошибок, учеными было произведено открытие липидного бислоя. Их труды продолжили Даниэлли, Доусон в 1935 году, Робертсон в 1960 году. В результате многолетней работы и накопления аргументов в 1972 году Сингер и Николсон создали жидкостно-мозаичную модель строения мембраны. Дальнейшие опыты и исследования подтвердили труды ученых.

Значение

Что же представляет собой клеточная мембрана? Это слово стало использоваться более ста лет назад, в переводе с латинского оно означает «пленка», «кожица». Так обозначают границу клетки, являющуюся естественным барьером между внутренним содержимым и внешней средой. Строение клеточной мембраны предполагает полупроницаемость, благодаря которой влага и питательные вещества и продукты распада свободно могут проходить сквозь нее. Эту оболочку можно назвать основной структурной составляющей организации клетки.

Рассмотрим основные функции клеточной мембраны

1. Разделяет внутреннее содержимое клетки и компоненты внешней среды.

2. Способствует поддержанию постоянного химического состава клетки.

3. Регулирует правильный обмен веществ.

4. Обеспечивает взаимосвязь между клетками.

5. Распознает сигналы.

6. Функция защиты.

«Плазменная оболочка»

Наружная клеточная мембрана, называемая также плазменной, представляет собой ультрамикроскопическую пленку, толщина которой составляет от пяти до семи наномиллиметров. Она состоит преимущественно из белковых соединений, фосфолидов, воды. Пленка является эластичной, легко впитывает воду, а также стремительно восстанавливает свою целостность после повреждений.

Отличается универсальным строением. Эта мембрана занимает пограничное положение, участвует в процессе избирательной проницаемости, выведении продуктов распада, синтезирует их. Взаимосвязь с «соседями» и надежная защита внутреннего содержимого от повреждения делает ее важной составляющей в таком вопросе, как строение клетки. Клеточная мембрана животных организмов иногда оказывается покрытой тончайшим слоем — гликокаликсом, в состав которого входят белки и полисахариды. Растительные клетки снаружи от мембраны защищены клеточной стенкой, выполняющей функции опоры и поддержания формы. Основной компонент ее состава — это клетчатка (целлюлоза) — полисахарид, не растворимый в воде.

Таким образом, наружная клеточная мембрана выполняет функцию восстановления, защиты и взаимодействия с другими клетками.

Строение клеточной мембраны

Толщина этой подвижной оболочки варьируется в пределах от шести до десяти наномиллиметров. Клеточная мембрана клетки имеет особый состав, основой которого служит липидный бислой. Гидрофобные хвосты, инертные к воде, размещены с внутренней стороны, в то время как гидрофильные головки, взаимодействующие с водой, обращены наружу. Каждый липид представляет фосфолипид, который является результатом взаимодействия таких веществ, как глицерин и сфингозин. Липидный каркас тесно окружают белки, которые расположены несплошным слоем. Некоторые из них погружены в липидный слой, остальные проходят сквозь него. В результате этого образуются проницаемые для воды участки. Выполняемые этими белками функции различны. Некоторые из них являются ферментами, остальные — транспортными белками, которые переносят различные вещества из внешней среды на цитоплазму и обратно.

Клеточная мембрана насквозь пронизана и тесно связана интегральными белками, а с переферическими связь менее прочная. Эти белки выполняют важную функцию, которая заключается в поддержании структуры мембраны, получении и преобразовании сигналов из окружающей среды, транспорте веществ, катализации реакций, которые происходят на мембранах.

Состав

Основу клеточной мембраны представляет бимолекулярный слой. Благодаря его непрерывности клетка имеет барьерное и механическое свойства. На разных этапах жизнедеятельности данный бислой может нарушиться. Вследствие этого образуются структурные дефекты сквозных гидрофильных пор. В таком случае могут изменяться абсолютно все функции такой составляющей, как клеточная мембрана. Ядро при этом может пострадать от внешних воздействий.

Свойства

Клеточная мембрана клетки имеет интересные особенности. Благодаря текучести эта оболочка не является жесткой структурой, а основная часть белков и липидов, которые входят в ее состав, свободно перемещается на плоскости мембраны.

В целом клеточная мембрана асимметрична, поэтому состав белковых и липидных слоев различается. Плазматические мамбраны в животных клетках со своей наружной стороны имеют гликопротеиновый слой, который выполняет рецепторные и сигнальные функции, а также играет большую роль в процессе объединения клеток в ткань. Клеточная мембрана является полярной, то есть на внешней стороне заряд положителен, а с внутренней стороны — отрицателен. Помимо всего перечисленного, оболочка клетки обладает избирательной проницательностью.

Это означает, что кроме воды в клетку пропускается только определенная группа молекул и ионов растворившихся веществ. Концентрация такого вещества, как натрий, в большинстве клеток значительно ниже, чем во внешней среде. Для ионов калия характерно другое соотношение: их количество в клетке намного выше, чем в окружающей среде. В связи с этим ионам натрия присуще стремление проникнуть в клеточную оболочку, а ионы калия стремятся освободиться наружу. При данных обстоятельствах мембрана активизирует особую систему, выполняющую «насосную» роль, выравнивая концентрацию веществ: ионы натрия откачиваются на поверхность клетки, а ионы калия накачиваются внутрь. Данная особенность входит в важнейшие функции клеточной мембраны.

Подобное стремление ионов натрия и калия переместиться внутрь с поверхности играет большую роль в вопросе транспортировки сахара и аминокислот в клетку. В процессе активного удаления ионов натрия из клетки мембрана создает условия для новых поступлений глюкозы и аминокислот внутрь. Напротив, в процессе переноса ионов калия внутрь клетки пополняется число «транспортировщиков» продуктов распада изнутри клетки во внешнюю среду.

Как происходит питание клетки через клеточную мембрану?

Многие клетки поглощают вещества посредством таких процессов, как фагоцитоз и пиноцитоз. При первом варианте гибкой наружной мембраной создается маленькое углубление, в котором оказывается захватываемая частица. Затем диаметр углубления становится больше, пока окруженная частица не попадет в клеточную цитоплазму. Посредством фагоцитоза подпитываются некоторые простейшие, например амебы, а также кровяные тельца — лейкоциты и фагоциты. Аналогичным образом клетки поглощают жидкость, которая содержит необходимые полезные вещества. Такое являние носит название пиноцитоз.

Наружная мембрана тесно соединена с эндоплазматической сетью клетки.

У многих типов основных составляющих ткани на поверхности мембраны расположены выступы, складки, микроворсинки. Растительные клетки снаружи этой оболочки покрыты еще одной, толстой и отчетливо различимой в микроскоп. Клетчатка, из которой они состоят, помогает формировать опору тканям растительного происхождения, например, древесину. Клетки животных также обладают рядом внешних структур, которые находятся поверх клеточной мембраны. Они носят исключительно защитный характер, пример тому — хитин, содержащийся в покровных клетках насекомых.

Помимо клеточной, существует внутриклеточная мембрана. Ее функция заключается в разделении клетки на несколько специализированных замкнутых отсеков — компартментов или органелл, где должна поддерживаться определенная среда.

Таким образом, невозможно переоценить роль такой составляющей основной единицы живого организма, как клеточная мембрана. Строение и функции предполагают значительное расширение общей площади поверхности клетки, улучшение обменных процессов. В состав этой молекулярной структуры входят белки и липиды. Отделяя клетку от внешней среды, мембрана обеспечивает ее целостность. С ее помощью межклеточные связи поддерживаются на достаточно крепком уровне, образовывая ткани. В связи с этим можно сделать вывод, что одну из важнейших ролей в клетке играет клеточная мембрана. Строение и функции, выполняемые ею, радикально отличаются в различных клетках, в зависимости от их предназначения. Посредством этих особенностей достигается разнообразие физиологической активности клеточных оболочек и их ролей в существовании клеток и тканей.

По функциональным особенностям клеточную мембрану можно разделить на 9 выполняемых ей функций.
Функции клеточной мембраны:
1. Транспортная. Производит транспорт веществ из клетки в клетку;
2. Барьерная. Обладает избирательной проницаемостью, обеспечивает необходимый обмен веществ;
3. Рецепторная. Некоторые белки находящиеся в мембране являются рецепторами;
4. Механическая. Обеспечивает автономность клетки и её механических структур;
5. Матричная. Обеспечивает оптимальное взаимодействие и ориентацию матричных белков;
6. Энергетическая. В мембранах действуют системы переноса энергии при клеточном дыхании в митохондриях;
7. Ферментативная. Мембранные белки иногда являются ферментами. Например мембраны клеток кишечника;
8. Маркировочная. На мембране есть антигены (гликопротеины), которые позволяют опознать клетку;
9. Генерирующая. Осуществляет генерацию и проведение биопотенциалов.

Посмотреть как выглядит клеточная мембрана можно на примере строения животной клетки или растительной клетки .

&nbsp

На рисунке приведено строение клеточной мембраны.
К компонентам клеточной мембраны можно отнести различные белки клеточной мембраны (глобулярный, переферический, поверхностный), а также липиды клеточной мембраны (гликолипид, фосфолипид). Таже в строении клеточной мембраны присутствуют углеводы, холестерол, гликопротеин и белковая альфа спираль.

Состав клеточной мембраны

К основному составу клеточной мембраны относятся:
1. Белки — отвечающие за разнообразные свойства мембраны;
2. Липиды трёх видов (фосфолипиды, гликолипиды и холестерол) отвечающих за жёсткость мембраны.
Белки клеточной мембраны:
1. Глобулярный белок;
2. Поверхностный белок;
3. Переферический белок.

Основное назначение клеточной мембраны

Основное назначение клеточной мембраны:
1. Регулировать обмен между клеткой и средой;
2. Отделять содержимое любой клетки от внешней среды тем самым обеспечивая её целостность;
3. Внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — органеллы или компартменты, в которых поддерживаются определённые условия среды.

Структура клеточной мембраны

Структура клеточной мембраны представляют собой двумерный раствор глобулярных интегральных белков, растворенных в жидком фосфолипидном матриксе. Данная модель мембранной структуры была предложена двумя учёными Никольсоном и Сингером в 1972 году. Таким образом, основу мембран составляет бимолекулярный липидный слой, с упорядоченным расположением молекул, что вы могли видеть на .

Краткое описание:

Сазонов В.Ф. 1_1 Строение клеточной мембраны [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [сайт]. Дата обновления: 06.02.2018..__.201_). _Описано строение и функционирование клеточной мембраны (синонимы: плазмалемма, плазмолемма, биомембрана, клеточная оболочка, наружная клеточная оболочка, мембрана клетки, цитоплазматическая мембрана). Эти начальные сведения необходимы как для цитологии, так и для понимания процессов нервной деятельности: нервного возбуждения, торможения, работы синапсов и сенсорных рецепторов.

Клеточная мембрана (плазм

а лемма или плазмо лемма)

Определение понятия

Клеточная мембрана (синонимы: плазмалемма, плазмолемма, цитоплазматическая мембрана, биомембрана) — это тройная липопротеиновая (т.е. «жиро-белковая») оболочка, отделяющая клетку от окружающей среды и осуществлящая управляемый обмен и связь между клеткой и окружающей её средой.

Главное в этом определении — не то, что мембрана отделяет клетку от среды, а как раз то, что она соединяет клетку с окружающей средой. Мембрана — это активная структура клетки, она постоянно работает.

Биологическая мембрана — это ультратонкая бимолекулярная пленка фосфолипидов, инкрустированная белками и полисахаридами. Эта клеточная структура лежит в основе барьерных, механических и матричных свойств живого организма (Антонов В.Ф., 1996).

Образное представление о мембране

Мне клеточная мембрана представляетсся в виде решетчатого забора с множеством дверей в нём, который окружает некую территорию. Всякая мелкая живность может через этот забор свободно перемещаться туда и обратно. Но более крупные посетители могут входить только через двери, да и то не всякие. У разных посетителей ключи только от своих дверей, и через чужие двери они проходить не могут. Так вот через этот забор постоянно идут потоки посетителей туда и обратно, потому что главная функция мембраны-забора двойная: отделять территорию от окружающего пространства и в то же время соединять её с окружающим пространством. Для этого и существует в заборе множество отверстий и дверей — !

Свойства мембраны

1. Проницаемость.

2. Полупроницаемость (частичная проницаемость).

3. Избирательная (синоним: селективная) проницаемость.

4. Активная проницаемость (синоним: активный транспорт).

5. Управляемая проницаемость.

Как видим, основное свойство мембраны — это её проницаемость по отношению к различным веществам.

6. Фагоцитоц и пиноцитоз.

7. Экзоцитоз.

8. Наличие электрических и химических потенциалов, точнее разности потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны. Образно можно сказать, что «мембрана превращает клетку в «электрическую батарейку» с помощью управления ионными потоками» . Подробности: .

9. Изменения электрического и химического потенциала.

10. Раздражимость. Специальные молекулярные рецепторы, находящиеся на мембране, могут соединяться с сигнальными (управляющими) веществами, вследствие чего может меняться состояние мембраны и всей клетки. Молекулярные рецепторы запускают биохимические реакции в ответ на соединение с ними лигандов (управляющих веществ). Важно отметить, что сигнальное вещество воздействует на рецептор снаружи, а изменения продолжаются внутри клетки. Получается, что мембрана передала информацию из окружающей среды во внутреннюю среду клетки.

11. Каталитическая ферментативная активность. Ферменты могут быть встроены в мембрану или связаны с её поверхностью (как внутри, так и снаружи клетки), и там они осуществляют свою ферментативную деятельность.

12. Изменение формы поверхности и её площади. Это позволяет мембране образовывать выросты наружу или, наоборот, впячивания внутрь клетки.

13. Способность образовывать контакты с другими клеточными мембранами.

14. Адгезия — способность прилипать к твёрдым поверхностям.

Краткий список свойств мембраны
  • Проницаемость.
  • Эндоцитоз, экзоцитоз, трансцитоз.
  • Потенциалы.
  • Раздражимость.
  • Ферментная активность.
  • Контакты.
  • Адгезия.

Функции мембраны

1. Неполная изоляция внутреннего содержимого от внешней среды.

2. Главное в работе клеточной мембраны — это обмен различными веществами между клеткой и межклеточной средой. Этому служит такое свойство мембраны как проницаемость. Кроме того, мембрана регулирует этот обмен за счёт того, что регулирует свою проницаемость.

3. Ещё одна важная функция мембраны — создание разности химических и электрических потенциалов между её внутренней и наружной сторонами. За счёт этого внутри клетка имеет отрицательный электрический потенциал — .

4. Через мембрану осуществляется также информационный обмен между клеткой и окружающей её средой. Специальные молекулярные рецепторы, расположенные на мембране, могут связываться с управляющими веществами (гормонами, медиаторами, модуляторами) и запускать в клетке биохимические реакции, приводящие к различным изменениям в работе клетки или в её структурах.

Видео: Строение мембраны клетки

Видеолекция: Подробно о строении мембраны и транспорте

Строение мембраны

Клеточная мембрана имеет универсальное трёхслойное строение. Её срединный жировой слой является сплошным, а верхний и нижний белковые слои покрывают его в виде мозаики из отдельных белковых участков. Жировой слой является основой, обеспечивающей обособление клетки от окружающей среды, изолирующей её от окружающей среды. Сам по себе он очень плохо пропускает водорастворимые вещества, но легко пропускает жирорастворимые. Поэтому проницаемость мембраны для водорастворимых веществ (например, ионов), приходится обеспечивать специальными белковыми структурами — и .

Ниже представлены микрофотографии реальных клеточных мембран контактирующих клеток, полученные с помощью электронного микроскопа, а также схематический рисунок, показывающий трёхслойность мембраны и мозаичность её белковых слоёв. Для увеличения изображения кликните на него.

Отдельное изображение внутреннего липидного (жирового) слоя клеточной мембраны, пронизанного интегральными встроенными белками. Верхний и нижний белковые слои удалены, чтобы не мешать рассмотрению липидного двойного слоя

Рисунок выше: Неполное схематичное изображение клеточной мембраны (клеточной оболочки), приведённое в Википедии.

Учтите, что наружный и внутренний белковые слои здесь с мембраны сняты, чтобы нам лучше был виден центральный жировой двойной липидный слой. В реальной клеточной мембране сверху и снизу по жировой плёночке (мелкие шарики на рисунке) плавают большие белковые «острова», и мембрана получается более толстой, трёхслойной: белок-жир-белок . Так что она на самом деле похожа на сэндвич из двух белковых «кусков хлеба» с жирным слоем «масла» посередине, т.е. имеет трёхслойное строение, а не двухслойное.

На этом рисунке маленькие голубые и белые шарики соответствуют гидрофильным (смачиваемым) «головкам» липидов, а присоединённые к ним «ниточки» — гидрофобным (несмачиваемым) «хвостам». Из белков показаны только интегральные сквозные мембранные белки (красные глобулы и желтые спирали). Желтые овальные точки внутри мембраны — это молекулы холестерола Желто-зеленые цепочки бусинок на наружной стороне мембраны — цепочки олигосахаридов , формирующие гликокаликс. Гликокаликс — это как бы углеводный («сахарный») «пушок» на мембране, образованный торчащими из неё длинными углеводно-белковыми молекулами.

Живая — это маленький «белково-жировой мешочек», заполненный полужидким желеобразным содержимым, которое пронизано плёнками и трубочками.

Стенки этого мешочка образованы двойной жировой (липидной) плёночкой, облепленной изнутри и снаружи белками — клеточной мембраной. Поэтому говорят, что мембрана имеет трёхслойное строение : белки-жиры-белки . Внутри клетки также есть множество подобных жировых мембран, которые делят её внутреннее пространство на отсеки. Такими же мембранами окружены клеточные органеллы: ядро, митохондрии, хлоропласты. Так что мембрана — это универсальная молекулярная структура, свойственная всем клеткам и всем живым организмам.

Слева — уже не реальная, а искусственная модель кусочка биологической мембраны: это мгновенный снимок жирового фосфолипидного бислоя (т.е. двойного слоя) в процессе его молекулярно-динамического моделирования. Показана расчётная ячейка модели — 96 молекул ФХ (ф осфатидилх олина) и 2304 молекулы воды, всего 20544 атомов.

Справа — наглядная модель одиночной молекулы того самого липида, из которых как раз и собирается мембранный липидный бислой. Вверху у него гидрофильная (водолюбивая) головка, а снизу — два гидрофобных (боящихся воды) хвостика. У этого липида есть простое название: 1-стероил-2-докозагексаеноил-Sn-глицеро-3-фосфатидилхолин (18:0/22:6(n-3)cis ФХ), но вам нет нужды его запоминать, если вы только не планируете довести своего преподавателя до обморока глубиной своих познаний.

Можно дать и более точное научное определение клетке:

– это ограниченная активной мембраной, упорядоченная, структурированная неоднородная система биополимеров, участвующих в единой совокупности обменных, энергетических и информационных процессов, и также осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Внутри клетка также пронизана мембранами, а между мембранами находится не вода, а вязкий гель/золь изменяемой плотности. Поэтому взаимодействующие молекулы в клетке не плавают свободно, как в пробирке с водным раствором, а в основном сидят (иммобилизованы) на полимерных структурах цитоскелета или внутриклеточных мембранах. И химические реакции поэтому проходят внутри клетки почти как в твердом теле, а не в жидкости. Наружная мембрана, окружающая клетку, также облеплена ферментами и молекулярными рецепторами, что делает её очень активной частью клетки.

Клеточная мембрана (плазмалемма, плазмолемма) — это активная оболочка, отделяющая клетку от окружающей среды и связывающая её с окружающей средой. © Сазонов В.Ф., 2016.

Из этого определения мембраны следует, что она не просто ограничивает клетку, а активно работает , связывая её с окружающей её средой.

Жир, из которого состоят мембраны, — особенный, поэтому его молекулы принято называть не просто жиром, а «липидами», «фосфолипидами», «сфинголипидами» . Мембранная плёночка является двойной, т. е. она состоит из двух плёночек, слипшихся друг с другом. Поэтому в учебниках пишут, что основа клеточной мембраны состоит из двух липидных слоёв (или из «бислоя «, т.е. двойного слоя). У каждого отдельно взятого липидного слоя одна сторона может смачиваться водой, а другая — не может. Так вот, эти плёночки слипаются друг с другом именно своими несмачивающимися сторонами.

Мембрана бактерий

Оболочка прокариотической клетки грамотрицательных бактерий состоит из нескольких слоёв, показанных на рисунке ниже.
Слои оболочки грамотрицательных бактерий:
1. Внутренняя трёхслойная цитоплазматическая мембрана, которая соприкасается с цитоплазмой.
2. Клеточная стенка, которая состоит из муреина.
3. Наружная трёхслойная цитоплазматическая мембрана, которая имеет такую же систему липидов с белковыми комплексами, как и внутренняя мембрана.
Общение грамотрицательных бактериальных клеток с внешним миром через такую сложную трёхступенчатую структуру не даёт им преимущества в выживании в суровых условиях по сравнению с грамположительным бактериями, имеющими менее мощную оболочку. Они точно так же плохо переносят высокие температуры, повышенную кислотность и перепады давления.

Видеолекция: Плазматическая мембрана. Е.В. Шеваль, к.б.н.

Видеолекция: Мембрана как клеточная граница. А. Иляскин

Важность ионных каналов мембраны

Легко понять, что через мембранную жировую плёнку могут проникать в клетку только жирорастворимые вещества. Это жиры, спирты, газы. Например, в эритроцитх прямо через мембрану легко проходят внутрь и наружу кислород и углекислый газ. А вот вода и водорастворимые вещества (например, ионы) просто так через мембрану не могут пройти внутрь любой клетки. Это значит, что для них нужны специальные отверстия. Но если просто сделать отверстие в жировой плёнке, то оно тут же затянется обратно. Что же делать? Выход в природе был найден: надо сделать специальные белковые транспортные структуры и протянуть их сквозь мембрану. Именно так и получаются каналы для пропускания не растворимых в жире веществ — ионные каналы мембраны клетки.

Итак, для придания своей мембране дополнительных свойства проницаемости для полярных молекул (ионов и воды) клетка синтезирует в цитоплазме специальные белки, которые затем встраиваются в мембрану. Они бывают двух типов: белки-транспортёры (например, транспортные АТФазы) и белки-каналоформеры (образователи каналов). Эти белки встраиваются в двойной жировой слой мембраны и формируют транспортные структуры в виде транспортёров или в виде ионных каналов . Через эти транспортные структуры теперь могут проходить различные водорастворимые вещества, которые по-другому проходить сквозь жировую мембранную плёнку не могут.

Вообще, встроенные в мембрану белки ещё называются интегральными , именно потому что они как бы включаются в состав мембраны и пронизывают её насквозь. Другие белки, не интегральные, образуют как бы острова, «плавающие» по поверхности мембраны: либо по её наружной поверхности, либо по внутренней. Ведь всем известно, что жир является хорошей смазкой и скользить по нему получается легко!

Выводы

1. В целом, мембрана получается трёхслойной:

1) наружный слой из белковых «островов»,

2) жировое двухслойное «море» (липидный бислой), т.е. двойная липидная плёнка,

3) внутренний слой из белковых «островов».

Но есть ещё рыхлый наружный слой — гликокаликс, который образуют торчащие из мембраны гликопротеины. Они являются молекулярными рецепторами, с которыми связываются сигнальные управляющие вещества.

2. В мембрану встроены специальные белковые структуры, обеспечивающие её протицаемость для ионов или других веществ. Не надо забывать, что в некоторых местах жировое море пронизано интегральными белками насквозь. И именно интегральные белки образуют специальные транспортные структуры клеточной мембраны (смотрите раздел 1_2 Транспортные механизмы мембраны). Через них вещества попадают внутрь клетки, а также выводятся из клетки наружу.

3. С любой стороны мембраны (наружной и внутренней), а также внутри мембраны могут располагаться белки-ферменты, которые влияют и на состояние самой мембраны и на жизнь всей клетки.

Так что мембрана клетки — это активная изменчивая структура, которая активно работает в интересах всей клетки и связывает её с окружающим миром, а не просто является «защитной оболочкой». Это — самое важное, что надо знать про клеточную мембрану.

В медицине мембранные белки зачастую используются как “мишени” для лекарственных средств. В качестве таких мишеней выступают рецепторы, ионные каналы, ферменты, транспортные системы. В последнее время кроме мембраны мишенью для лекарственных веществ становятся также гены, спрятанные в клеточном ядре.

Видео: Введение в биофизику клеточной мембраны: Структура мембран 1 (Владимиров Ю.А.)

Видео: История, строение и функции клеточной мембраны: Структура мембран 2 (Владимиров Ю.А.)

© 2010-2018 Сазонов В.Ф., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

структура растительной клетки

структура растительной клетки
Государственный университет Вебера
Кафедра ботаники

Ботаника LS1203 — Биология растений

Клеточная основа жизни

«Ключевой атрибут жизни — это граница, контейнер, который разделяется внутри. извне и предотвращает улетание желаемых молекул, сохраняя при этом нежелательные в страхе.»- Юлиус Ребек

Клетка — самая маленькая жилая единица. Чтобы быть живой, клетка должна уметь:
Воспроизвести
с возможностью генетического изменения
Метаболизировать => получить энергию для ассимиляции (включение неживых материал в живую конструкцию), рост (необратимое увеличение в размерах), и воспроизводство / репликация
Взаимодействовать с внешней средой => основная клеточная структура: протоплазма (где происходит метаболизм), окруженная мембраной (граница).

Мембраны

позволяет разделить водные отсеки

Это важно для:
разделение реакций
допускают различные среды pH в одиночной камере
секвестрирует отходы, токсины, гидролиз
концентрат ферментов и молекулы субстрата для более эффективных реакций
учитывают градиенты (различия в концентрации)

Мембрана должна быть селективным барьером.
===> фосфолипиды + белки = модель жидкой мозаики
Внешний вид и внутренние поверхности мембран отличаются друг от друга ==> мембраны ассиметричные.
Белки обеспечивают селекцию и действуют как каналы, переносчики и насосы. для молекул, пересекающих мембраны.
Каналы допускают диффузию с градиентом концентрации. (пассивный транспорт)
Носители связываются с молекулой и перемещают ее с градиентом концентрации (пассивный транспорт) или, в сочетании с насосом, против концентрации градиент (активный транспорт).Насосы
используют АТФ для перемещения молекул против градиента концентрации (активный транспорт).

Активный транспорт использует энергию, в основном в форме АТФ; пассивный транспорт происходит без использование энергии (АТФ).

Компоненты растительной клетки

Эукариотическая клетка содержит множество мембраносвязанных компартментов, называемых органеллы. Каждая органелла выполняет несколько функций, за которые отвечает.Ключ органеллы, обнаруженные в «типичной» растительной клетке:

1. ядро ​​= где генетический материал (ДНК) хранится в форме хромосом. Здесь происходят начальные этапы экспрессии генов (ДНК —> РНК).

2. пластиды = группа органелл, включающая хлоропласты (фотосинтез), хромопласты (без хлорофиллов, но есть каротиноиды) и амилопласты (хранят крахмал).

3. митохондрии = преобразование накопленной энергии в сахарах (в основном) в полезную энергия клетки в форме АТФ в процессе клеточного дыхания

4.вакуоль = большая, заполненная водой область, которая может занимать до 90% от объема зрелой растительной клетки. Обеспечивает место для водорастворимых пигментов. (антоцианы), гидролазы, токсины (например, алкалоиды), отходы, запасные белки, сахара и минералы. Вода в вакуолях обеспечивает тургорное давление, которое поддерживает молодые, гибкие структуры растений. PH обычно кислый.

5. эндоплазматический ретикулум (ER) и аппарат Гольджи = упаковочная система для экспорта материалов клеточных стенок (кроме целлюлозы) или белков, которые попадают в вакуоли. ER представляет собой сеть трубок и мешочков, которые осуществляют синтез фосфолипидов. Если рибосомы прикреплены к ER (грубый ER), белки для секреции или здесь производятся вакуолярные отложения.

Другие важные структуры, не являющиеся мембраносвязанными органеллами:

6. плазматическая мембрана = селективная мембрана, которая окружает клетку и контролирует вход и выход растворенных веществ, таких как сахара и минеральные ионы. Это определяет внутренний и внешний вид ячейки.Некоторые молекулы, такие как вода и углекислый газ, свободно проходят через мембраны.

7. рибосомы = следуйте инструкциям нуклеиновых кислот для связывания амино кислоты вместе образуют белки. Свободно обнаруживается в цитозоле (см. Ниже) или прикрепляется в ER.

8. клеточная стенка = жесткая опорная конструкция, расположенная снаружи плазматической мембраны. Он обеспечивает механический барьер для крупных предметов (например, бактерий), но очень пористый для мелких вещей (например, минеральные ионы почвы).Специализация клетки часто требует уточнений. на клеточную стенку, например, утолщение или добавление лигнина или суберина. Первичная клеточная стенка содержит целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин. Это имеет тенденцию быть более влажным, чем второстепенная стена, и является гибким. Вторичный стена, если она сделана, имеет больше целлюлозы, чем основная стена, более сухая и часто дополнительно усилен добавлением лигнина. Вторичная стена жесткая. Для многих клеток, которые мертвы при функциональной зрелости (например, проводящие клетки ксилемы) клеточная стенка является единственной клеточной структурой левый.

Прочие термины, относящиеся к сотовой связи:
протопласт = клетка, у которой удалена стенка
протоплазма = все содержимое клетки внутри плазматической мембраны
цитоплазма = протоплазма минус ядро ​​
цитозоль = «основное вещество цитоплазмы «, что означает все, что находится внутри плазматической мембраны, кроме органеллы.

Цикл ячейки

Ячейка цикл — это механизм самовоспроизведения клеток.Это состоит из интерфаза (репликация содержимого клетки, включая удвоение каждой ДНК молекула — хромосома — в ядре), митоз (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). Смотрите фотографии на


Обзор

Из каких двух типов молекул в основном состоят мембраны? Что значит модель жидкой мозаики расскажет вам о структуре мембраны?
Что такое фосфолиды? Опишите их двойственную природу.На основе их двойственная природа, что фосфолиды спонтанно делают в воде?
Обсудите важность мембран для организмов, особенно для эукариот. и их сложные клетки.
Значение мембран как селективного барьера
белки в мембранах и транспорт материалов через мембраны: каналы, носители и насосы
пассивный транспорт против активного транспорта
диффузия
осмос

Органеллы, связанные с мембраной, и другие важные клеточные структуры: знать их функции
ядро
пластиды = хлоропласты, хромопласты, амилопласты. Какие функции присутствуют во всех пластидах? Какая функция является большой претензией к славе хлоропластов?
митохондрии
вакуоль
эндоплазматический ретикулум (ЭР) и аппарат Гольджи
плазматическая мембрана
рибосомы
стенка клетки
цитозоль

Клеточный цикл: интерфаза, митоз, цитокинез. Уметь описывать что происходит на каждом этапе клеточного цикла.


Ссылки

Биология — The Исследование жизни (от Росс Конинг из Университета Восточного Коннектикута) Перейдите к рисунку «типичной» растительной клетки.

Транспортировка в клетки и из клеток (из онлайн-книги по биологии М.Дж. Фараби в Estrella Горный общественный колледж) Перейдите в раздел о клеточных мембранах.

Мембраны (из моей биологии Класс растительных клеток)

Клеточная организация (из онлайн-книги по биологии М.Дж. Фараби в Estrella Горный общественный колледж) Этот сайт не о растительных клетках.

Cells (от Стивена Вулфа из штата Калифорния Университет Станислава)

Обзор сотовых структур (обзор структуры растительной клетки для моего класса «Биология растительной клетки»)


Вернуться на домашнюю страницу Botany 1203.

Вернуться в ботанику 1203 Syllabus.

Вернуться в дом Харли.

Исправлено 24 января 2006 г.

Ссылки проверены 24 января 2006 г.

Клеточная мембрана

— обзор

II Бимолекулярная липидная мембрана

Термин плазматическая мембрана происходит от немецкого слова Plasmamembran, — слова, придуманного Карлом Вильгельмом Нэгели (1817–1891) для описания твердой пленки, которая образуется, когда белковый сок поврежденной клетки контактирует с водой.Физиолог Л.В. Хейльбрунн назвал это и подобные явления «реакцией поверхностного осаждения», как описано в его книге The Dynamics of Living Protoplasm (1956). «Протоплазма» — это старый термин для обозначения вещества внутри клеток, который широко использовался до того, как методы электронной микроскопии и дифференциального центрифугирования помогли выяснить подробные структуры и специфические функции отдельных клеточных органелл. Участие того, что мы знаем сегодня как клеточная мембрана, и биохимия образования поверхностной пленки в ответ на повреждение клетки впоследствии не были объяснены.Таким образом, первоначальное использование термина «плазматическая мембрана» имеет неясное отношение к его нынешнему значению.

Многие знания о структуре и функциях мембран получены из исследований красных кровяных телец, как показано на микрофотографии, сделанной с помощью сканирующего электронного микроскопа, на рис. 3.1. Эритроциты высоко дифференцированы и специализируются на транспортировке кислорода и углекислого газа в крови. Они состоят в основном из плазматической мембраны, окружающей концентрированный раствор гемоглобина, и лишены ядра, митохондрий, эндоплазматического ретикулума, рибосом, аппарата Гольджи и лизосом.Более 100 лет назад обширные исследования осмотического давления и проницаемости эритроцитов Гамбургером, растительных клеток де Фриза и многих живых клеток Овертоном предоставили доказательства того, что липоидная мембрана окружает клетки. Жирорастворимые вещества, которые являются липофильными и легко растворяются в липидах, легко проникают в клетки, тогда как водорастворимые вещества поступают в клетки медленнее, если вообще. Овертон обнаружил корреляцию между коэффициентом разделения нефть-вода и проницаемостью мембраны; тем не менее, ни в одном из этих ранних исследований мембрана не постулировалась как отдельная структурная единица для объяснения результатов (см. Jacobs, 1962).

РИСУНОК 3.1. Сканирующая электронная микрофотография эритроцитов человека. Двояковогнутые дискоидные ячейки имеют диаметр 8 мкм, толщину 2,4 мкм по краю и 1,0 мкм в центре.

(от Bessis, M. 1974. Corpuscles. Атлас форм эритроцитов. Springer-Verlag, New York, рис. 1, с разрешения).

В 1925 году Гортер и Грендель использовали ацетон для извлечения липидов из известного количества эритроцитов и после испарения растворителя измерили площадь, которую экстрагированные липиды занимали в виде мономолекулярной пленки на границе раздела воздух-вода, с помощью лотка Ленгмюра.По площади пленки экстрагированных липидов и площади поверхности эритроцитов, оцененной с помощью световой микроскопии, они пришли к выводу, что: «Очевидно, что все наши результаты хорошо согласуются с предположением о том, что хромоциты покрыты слоем. жирных веществ толщиной в две молекулы »(Гортер и Грендель, 1925, стр. 443). Однако примерно 40 лет спустя было отмечено, что площадь поверхности эритроцитов на самом деле на 50% больше; Кроме того, после экстракции ацетоном в призраках осталось около 30% липидов.К счастью, эти две ошибки имели тенденцию уравновешивать друг друга (Bar et al., 1966), показывая, что в редких случаях в науке вы можете быть правы по неправильным причинам. Бимолекулярный липидный листок толщиной 75–100 Å, впервые предложенный Гортером и Гренделем в качестве модели клеточной мембраны (рис. 3.2), до сих пор составляет основу современных представлений о структуре клеточных мембран. Суть этой модели состоит в том, что фосфолипиды мембраны расположены в параллельных слоях, образуя два полуслоя с их полярными головными группами, обращенными к водным внутриклеточным и внеклеточным растворам, а их неполярные цепи жирных кислот взаимодействуют латерально внутри гидрофобного ядра мембраны.

РИСУНОК 3.2. Модель бимолекулярной фосфолипидной мембраны, предложенная Гортером и Гренделем (1925).

Для чистых липидов ожидаемое поверхностное натяжение , измеренное в лотке Ленгмюра, составляет около 9 дин / см, но поверхностное натяжение морских яиц и других типов клеток примерно в 50–100 раз меньше всего за 0,1– 0,2 дин / см. Поверхностное натяжение можно представить как силу, необходимую для закрытия щели на поверхности мембраны. Даниелли и Харви обнаружили, что яичный белок может снизить поверхностное натяжение границы раздела масло-вода примерно до 0.6 дин / см, что привело Дэвсона и Даниелли (1943) к постулированию присутствия двух пленок белка, связанных с полярными головными группами на каждой стороне бимолекулярного липидного листка, модель, которая стала известна как пауцимолекулярная мембрана Дэвсона-Даниелли (Рис. 3.3). Предположительно, белок функционировал, чтобы укрепить и стабилизировать тонкую липидную пленку. Paucimolecular означает, что эта модель включала всего несколько молекул: бимолекулярный липидный листок с прилипшими белковыми пленками на внутренней и внешней поверхностях.

РИСУНОК 3.3. Пауцимолекулярная модель структуры мембраны.

(Из Даниелли, Дж. Ф. и Дэвсона, HA (1935). Вклад в теорию проницаемости тонких пленок. J Cell Comp Physiol. 5, 495–508, стр. 498, перепечатано с разрешения Wiley-Liss, Inc. , дочерняя компания John Wiley and Sons, Inc.)

С помощью электрофизиологических методов было измерено электрическое сопротивление клеточных мембран, которое оказалось очень высоким, что также согласуется с предложением об изоляционной липидной мембране, окружающей клетки.В других исследованиях мембран было определено их двулучепреломление . Двулучепреломление — это оптическое свойство определенных ориентированных материалов, которое можно определить, поместив образец между двумя скрещенными поляроидами на предметном столике микроскопа. Пленка Polaroid пропускает только свет, электрический вектор которого параллелен оси пленки Polaroid; две пленки Polaroid, скрещенные под прямым углом и поднятые к свету, кажутся черными. Но если кристалл или другое вещество, в котором ориентированы сами молекулы, поместить между скрещенными поляроидами, проходящий свет будет поляризован по кругу, и образец будет выглядеть ослепительно ярким.Образец, который кажется ярким при помещении между скрещенными поляроидами, называется двулучепреломляющим. Внутреннее двойное лучепреломление обусловлено ориентированной природой отдельных молекул, таких как нитчатые белки, тогда как формирует двойное лучепреломление связано с ориентированным расположением молекул в массиве, например, при параллельной упаковке актиновых и миозиновых нитей в мышцах. саркомеры. Когда мембраны эритроцитов просматривали с помощью поляризационного микроскопа, липиды вносили вклад в двойное лучепреломление, как и лежащий в основе цитоскелет, в соответствии с паучимолекулярной моделью структуры мембраны.

Электронные микрофотографии с высоким разрешением мембраны блока также подтверждают паучимолекулярную модель Дэвсона – Даниелли. Термин элементарная мембрана относится к повсеместно распространенной триламинарной структуре толщиной 75–100 Å, наблюдаемой на электронных микрофотографиях тонких срезов клеток и органелл. Изображение выглядит как две темные линии, каждая толщиной около 25–30 ÅA, окружающие более светлую зону, и особенно хорошо разрешается в образцах, зафиксированных перманганатом калия. Электронно-микроскопический снимок тонкого среза плазматической мембраны эритроцитов человека показан на рис.3.4. Практически такая же триламинарная структура наблюдалась не только на поверхности эритроцитов, но также в мышечных клетках, нервных клетках, эпителиальных клетках, растительных клетках, бактериальных клетках и практически во всех исследованных органеллах мембранных клеток. В ситуациях, когда две клетки плотно прилегали друг к другу, две триламинарные структуры составляли двойную мембрану . В миелиновой оболочке, окружающей нервные клетки, была видна серия триламинарных структур в спиральном расположении, согласующемся с оболочкой нервных аксонов мембраной шванновских клеток, как показано на рис.3.5A. Поскольку подробные химические реакции перманганата калия с тканью полностью не изучены, оставалась некоторая неопределенность в отношении основы изображения, которое наблюдалось в шлифах. Повсеместное распространение единичной мембраны, однако, было воспринято как веское доказательство в поддержку паучимолекулярной модели Дэвсона-Даниелли. Дальнейшие исследования многослойной миелиновой оболочки нервных аксонов с помощью дифракции рентгеновских лучей центрифугированных незафиксированных и неокрашенных мембран дали профили электронной плотности, которые также согласуются с паучимолекулярной моделью Davson-Danielli (Worthington and McIntosh, 1973).Как видно на рис. 3.5B, электронная плотность низкая в гидрофобной сердцевине мембраны и высокая в полярных областях фосфатных групп. Более того, толщина мембраны, определенная из этих рассчитанных профилей электронной плотности неокрашенной миелиновой оболочки, количественно согласуется с толщиной мембраны в тонких срезах, фиксированных перманганатом калия — наблюдение, являющееся убедительным доказательством, подтверждающим предложение о бимолекулярном фосфолипиде. листочка как основа структуры клеточных мембран.Таким образом, доказательства для модели пауцимолекулярной мембраны состояли из исследований проницаемости, электрического сопротивления и микроскопических наблюдений двойного лучепреломления с помощью светового микроскопа, а также изображений с высоким разрешением как окрашенных, так и неокрашенных клеток с помощью электронного микроскопа. Эти убедительные аргументы были обобщены в классической монографии под названием The Permeability of Natural Membranes , написанной Дэвсоном и Даниелли (1943), книге, которая сильно повлияла на последующее развитие клеточной и мембранной физиологии.

РИСУНОК 3.4. Электронная микрофотография тонкого среза единичной мембраны эритроцита.

(микрофотография Дж. Д. Робертсона из Дайсона, Р. Д. (1974). Клеточная биология. Молекулярный подход. Аллин и Бэкон, Бостон, с разрешения).

РИСУНОК 3.5. (A) Миелиновая оболочка аксона спинного мозга (любезно предоставлена ​​доктором Седриком Рейном). (B) Профиль электронной плотности седалищного нерва лягушки.

(From Worthington, C.R. and McIntosh, T.J. (1973). Прямое определение профиля электронной плотности нервного миелина.Природа — новая биология. 245, 97–99, с. 99. Перепечатано с разрешения Nature , авторское право 1973 Macmillan Magazines Ltd.)

клеток: их структура и функции

клетки: их структура и функция Глава 4: Структура и функции ячеек
  Анималкулы  и первые микроскопы
 

А. Ранние микроскописты

1. Галилей видел детали глаз насекомых двумя грубыми линзы.

2.Роберт Гук использовал простые линзы, чтобы наблюдать за пробкой, в которой он видел крошечные отсеки, он назвал ячеек (Cellulae) .

3. Ван Левенгук увидел протистанов, сперму и бактерии с помощью своего линзы и микроскопы.

Б. Теория клетки

1. Шлейден (ботаник) и Шванн (зоолог): Считалось, что все растения и животные состоят из клеток.

2.Вирхов: клетки происходят из уже существующих клеток.

C. Теория клетки: три обобщения:

1. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток.

2. Ячейка — это наименьшая единица, обладающая свойствами жизнь.

3. Непрерывность жизни проистекает непосредственно из роста и деление одиночных клеток.

I. Основные аспекты клеточной структуры и Функция

А.Структурная организация клеток

1. Ячейка — это наименьший объект, который все еще сохраняет характеристики жизни.

2. Все ячейки состоят из трех основных частей:

а. Плазматическая мембрана отделяет каждую клетку от окружающая среда, разрешает поток молекул через мембрану, и содержит рецепторы, которые могут влиять на клеточные виды деятельности.

г. Область, содержащая ДНК, занимает часть интерьер.

г. Цитоплазма содержит мембраносвязанные компартменты. (кроме бактерий), частицы и волокна & endash; все залито в полужидком веществе.

3. Эукариотические клетки определяются наличием у них мембраносвязанное ядро.

4. Прокариотические клетки не имеют определенного ядра; единственный представители — бактерии.

B. Жидкая мозаичная модель клеточных мембран

1.«Жидкая» часть клеточной мембраны состоит из фосфолипиды.
а. Молекула фосфолипида состоит из гидрофильная голова и два гидрофобных хвоста.

г. Если молекулы фосфолипидов окружены водой, их кластер хвостов гидрофобных жирных кислот и двухслойный результат; гидрофильные головки находятся на внешних гранях двухслойной простыня.

г. Бислои фосфолипидов — структурная основа для всех клеточных мембран.

2. Внутри бислоя фосфолипиды показывают довольно много движение; они рассеиваются в стороны, вращаются и сгибают хвосты, чтобы предотвращают плотную упаковку и способствуют текучести, что также приводит к от липидов с короткими хвостами и ненасыщенных хвостов (изгиб при двойном облигации).

C. Обзор мембранных белков

1. Множество различных белков встроены в двухслойным или расположенным на двух его поверхностях.

2. Мембранные белки служат транспортными белками, рецепторами. белки, белки распознавания и белки адгезии.

II. Размер и форма ячейки

A. Из-за их небольшого размера большинство ячеек можно увидеть только с помощью светового и электронного микроскопов.

B. Размер ячейки должен быть небольшим; помните соотношение поверхности к объему!

Слишком большая ячейка не сможет двигаться материалы в камеру и из нее.
III. В центре внимания наука: Микроскопы: путь к Ячейки

IV. Определяющие особенности эукариотических клеток

A. Основные сотовые компоненты

1. Органеллы образуют отделенные части цитоплазма.

2. Все эукариотических клеток содержат органеллы.

а. Ядро контролирует доступ к ДНК и позволяет легче упаковывать ДНК во время деления клеток.

г. Эндоплазматический ретикулум (ER) модифицирует новые образует полипептидные цепи, а также участвует в липидном синтез.

г. Корпус Golgi модифицирует, сортирует и отправляет белки; они также играют роль в синтезе липидов для секреция или внутреннее употребление.

г. Везикулы транспортируют материал между органеллами и функция внутриклеточного пищеварения.

e. Митохондрии — эффективные фабрики АТФ производство.

3. Клетки также содержат немембранные структуры:

г. Рибосомы , «свободные» или прикрепленные к мембранам, участвуют в сборке полипептидных цепей.

г. Цитоскелет помогает определить форму клетки, внутренняя организация и движения.

4.Органеллы разделяют реакции по времени (позволяя правильная последовательность) и пространство (позволяющее несовместимые реакции на происходят в непосредственной близости).

B. Какие органеллы типичны для растений?

1. На рис. 4.7a показано расположение частей растительной клетки.

2. Несмотря на то, что он обозначен как «типичный», ни одна диаграмма не может говорить для всех разновидностей растительных клеток.

C. Какие органеллы типичны для животных?

1.На рис. 4.7b показано расположение частей клеток животных.

2. Несмотря на то, что он обозначен как «типичный», ни одна диаграмма не может говорить для всех разновидностей клеток животных.

3. Также обратите внимание на различия между растительными и животными клетками, особенно клеточная стенка и большая центральная вакуоль растения клетки.

V. Ядро

A. Ядро изолирует ДНК, которая содержит код белка сборка из мест (рибосомы в цитоплазме), где белки будут быть собранным.

1. Локализация ДНК упрощает сортировку наследственные инструкции, когда приходит время делиться клетке.

2. Мембранная граница ядра помогает контролировать обмен сигналами и веществами между ядром и цитоплазма.

B. Ядерная оболочка

1. Ядерная оболочка состоит из двух липидов. бислои с порами.

2.Он окружает внутри нуклеоплазму.

3. На внутренней поверхности расположены места прикрепления белка. нити, которые закрепляют молекулы ДНК и удерживают их организовано.

C. Ядрышко

1. Ядрышко, расположенное внутри ядра, выглядит как более темная шаровидная масса.

2. Это область, в которой субъединицы рибосом изготавливаются заранее. перед отгрузкой из ядра.

Д.Хромосомы

1. Хроматин относится к общему количеству клеток. сбор ДНК и связанных белков.

2. Хромосома — это отдельная молекула ДНК и ее ассоциированные белки.

3. ДНК дублируется и конденсируется перед делением клетки. происходит.

E. Что происходит с белками, определяемыми ДНК?

1. Некоторые из полипептидных цепей, собранных на рибосомы накапливаются в цитоплазме.

2. Другие проходят через цитомембранную систему, где они принимают в их окончательной форме и упаковываются в пузырьки для использования в ячейка или на экспорт.

VI. Цитомембранная система

A. Эндоплазматическая сеть

1. Эндоплазматический ретикулум представляет собой совокупность соединенные между собой трубки и сплюснутые мешочки, которые начинаются от ядра и рыщут по цитоплазме.

2.Различают два типа по наличию или отсутствию рибосом:

а. Rough ER состоит из уложенных друг на друга уплощенных мешочков. с множеством прикрепленных рибосом; олигосахаридные группы прикрепляются к полипептидам, когда они проходят через другие органеллы или секреторные пузырьки.

г. Smooth ER не содержит рибосом; это район от какие везикулы, несущие белки и липиды, отпочковываются; это также инактивирует вредные химические вещества.

Тела Б. Гольджи

1. В теле Гольджи , белки и липиды проходят финальную обработку, сортировку и упаковку.

2. Мембраны Гольджи уложены стопками по уплощенные мешочки, края которых разрываются в виде пузырьков.

C. Разнообразие пузырьков

1. Лизосомы — это пузырьки, которые отпочковываются от Гольджи. тела; они содержат мощные ферменты, которые могут переваривать содержимое других пузырьков, изношенных частей клеток или бактерий и чужеродных частицы.

2. Пероксисомы — это везикулы, содержащие ферменты, которые расщепляют жирные кислоты и аминокислоты; перекись водорода высвобожденный разрушается другим ферментом.

VII. Митохондрии

A. Митохондрии являются первичными органеллами для переноса энергия углеводов в АТФ в условиях избытка кислорода.

B. Сотни тысяч митохондрий встречаются в клетках.

1.Имеет две мембраны, внутреннюю складчатую мембрану. (cristae) окружены гладкой внешней мембраной.

2. Внутренние и внешние отсеки, образованные мембранами, являются важен в преобразованиях энергии.

3. Митохондрии имеют собственную ДНК и некоторые рибосомы, факт. что указывает на возможность того, что когда-то они были независимыми сущности.

VIII. Органеллы специализированные

A. Хлоропласты и пластиды прочие

1. Хлоропласты имеют овальную или дискообразную форму, ограничены. двойной мембраной и имеет решающее значение для процесса фотосинтез.
а. В уложенных дисках (грана) пигменты и ферменты улавливают энергию солнечного света с образованием АТФ.

г. Сахар образуется в жидком веществе (строме). окружающие стопки.

г. Пигменты, такие как хлорофилл (зеленый), придают отличительный цвета к хлоропластам.

2. Хромопласты содержат каротиноиды, которые Цвета частей растений от красного до желтого, но без хлорофилла.

3. Амилопласты не имеют пигментов; они хранят крахмал зерна в частях растений, таких как клубни картофеля.

B. Центральная вакуоль

1. В зрелом растении центральная вакуоль может занимают от 50 до 90% салона!
а.хранит аминокислоты, сахар, ионы и отходы.

г. увеличивается во время роста и значительно увеличивает площадь внешней поверхности клетки.

2. Цитоплазма вдавливается в очень узкую зону между центральная вакуоль и плазматическая мембрана.

IX. Цитоскелет

A. Основные компоненты

1. Цитоскелет — это взаимосвязанная система волокна, нити и решетки, которые простираются между ядром и плазматическая мембрана.

2. Придает клеткам их внутреннюю организацию, общую форму, и способность двигаться.

3. Основными компонентами являются микротрубочек, микрофиламентов и промежуточные филаменты: , все собраны из белка субъединицы.

4. Некоторые участки временные, например «шпиндель» микротрубочки, используемые для перемещения хромосом во время деления клеток; другие являются постоянными, например, волокна, работающие в мышцах. сокращение.

Б. Структурные основы движений клеток

1. За счет контролируемой сборки и разборки их субъединицы, микротрубочки и микрофиламенты растут или сжимаются длина (пример: движение хромосом).

2. Микрофиламенты или микротрубочки активно скользят мимо них. другой (пример: движение мышц).

3. Микротрубочки или микрофиламенты шунтируют органеллы из одной местоположение в другое (пример: цитоплазматический поток).

C. Жгутики и реснички

1. Жгутики довольно длинные, обычно нет. многочисленны и обнаруживаются на одноклеточных простейших и сперматозоидах животных. клетки.

2. Реснички короче и многочисленнее и могут обеспечить движение к свободноживущим клеткам или может перемещать окружающую воду и частицы, если ресничная клетка заякорена.

3. Оба этих расширения плазматической мембраны имеют 9 + 2 поперечный массив (возникающий из центриолей) и полезен в двигательная установка.

X. Специализации клеточной поверхности

A. Стенки эукариотических клеток

1. Многие одноклеточные эукариоты имеют клеточную стенку, поддерживающая и защитная структура за пределами плазматической мембраны

2. Микроскопические поры позволяют воде и растворенным веществам проходить к и от нижележащая плазматическая мембрана.

3. У растений пучки целлюлозных нитей образуют первичный клеточная стенка, которая более податлива, чем более жесткая вторичная стена, заложенная в ней позже.

4. Плазмодесматы — каналы, пересекающие соседние стенки. для соединения цитоплазмы соседних клеток.

Б. Матрицы между клетками животных

1. Это сеть, которая удерживает клетки и ткани животных. вместе и влияет на то, как клетки будут делиться и метаболизировать.

2. Хрящ состоит из клеток и белков (коллагена и эластин), рассеянный в основном веществе (модифицированный полисахариды).

C. Переходы от ячейки к ячейке

1. На поверхности ткани клетки соединяются вместе, образуя барьер между интерьером и экстерьером.

2. Обычно используются три перехода от клетки к клетке.

а. Плотные соединения связывают клетки эпителия ткани для формирования уплотнений.

г. Приклеивание стыков похоже на точечную сварку тканей подвержены растяжению.

г. Разрыв соединений связывает цитоплазму соседних клетки; они образуют каналы связи.

XI. Прокариотические клетки: бактерии

A. Термин прокариот (буквально «перед ядром»). указывает на существование бактерий до эволюции клеток с ядро; бактериальная ДНК сгруппирована в отдельной области цитоплазма.

B. Бактерии — одни из самых маленьких и простых клеток.

1. Несколько жесткая клеточная стенка поддерживает клетку и окружает плазматическую мембрану, которая регулирует транспорт внутрь и из клетки.

2. Рибосомы, сайты сборки белка, рассредоточены по всему телу. цитоплазма.

3. Жгутики бактерий (без массива 9 + 2) обеспечивают движение; пили на поверхности клетки помогают бактериям прикрепляться к поверхностям и Другая.

клеточных органелл | Растительная клетка vs.Клетка для животных

Клетка

— клеточные органеллы: плазматическая мембрана, клеточная стенка, цитоплазма, ядро, митохондрии. Прокариотические клетки против эукариотических клеток. Растительная клетка против животной клетки.

Составлено из учебников по естественным наукам NCERT, класс 6–12.

Посмотрите видео для облегчения понимания

Роберт Гук Открыл и ввел термин «ячейка» в 1665 г.
Роберт Браун Обнаруженное клеточное ядро ​​в 1831 году
Шлейден и Шванн Представлено Клеточная теория, согласно которой все растения и животные состоят из клеток и что клетка является основной единицей жизни.Шлейден (1838) и Шванн (1839).
  • С открытием электронного микроскопа в 1940 году стало возможным наблюдать и понимать сложную структуру клетки и ее различных органелл.

  • Клеточная мембрана также называется плазматической мембраной.
  • Это можно наблюдать только в электронный микроскоп.
  • Плазменная мембрана — это самое внешнее покрытие клетки, которое отделяет содержимое клетки от внешней среды.

Эндоцитоз

  • Плазматическая мембрана гибкая и состоит из органических молекул, называемых липидами и белками .
  • Гибкость клеточной мембраны также позволяет клетке поглощать пищу и другие материалы из внешней среды. Такие процессы известны как эндоцитоз (эндо → внутренний; цито → клеточный). Амёба получает пищу посредством таких процессов.

Распространение

  • Плазменная мембрана — это избирательно проницаемая мембрана [Плазматическая мембрана пористая и позволяет веществам или материалам перемещаться как внутрь, так и наружу].
  • Некоторые вещества, такие как углекислый газ или кислород, могут перемещаться через клеточную мембрану посредством процесса, называемого диффузией [самопроизвольное перемещение вещества из области высокой концентрации (гипертонический раствор) в область, где его концентрация низкая (гипотонический раствор)] .
  • Таким образом, диффузия играет важную роль в газообмене между клетками, а также клеткой и ее внешней средой.

Осмос

  • Вода также подчиняется закону диффузии.Движение молекул воды через избирательно проницаемую мембрану называется осмосом.
  • Осмос — это прохождение воды из области с высокой концентрацией воды через полупроницаемую мембрану в область с низкой концентрацией воды. Таким образом, осмос представляет собой частный случай диффузии через избирательно проницаемую мембрану.
  • Одноклеточные пресноводные организмы и большинство растительных клеток имеют тенденцию набирать воду посредством осмоса. Поглощение воды корнями растений также является примером осмоса.
  • Таким образом, диффузия важна для обмена газов и воды в жизни клетки. В дополнение к этому клетка также получает питание из окружающей среды.
  • Различные молекулы перемещаются в клетку и выходят из нее посредством транспорта, требующего использования энергии в форме АТФ.

Обратный осмос (RO)

  • Обратный осмос (RO) — это технология очистки воды , в которой используется полупроницаемая мембрана для удаления более крупных частиц из питьевой воды.
  • В обратном осмосе прикладываемое давление используется для преодоления осмотического давления.
  • Обратный осмос — это явление, при котором чистая вода течет из разбавленного [гипотонического] раствора через полупроницаемую мембрану в более концентрированный [гипертонический] раствор.
  • Полупроницаемая означает, что мембрана позволяет небольшим молекулам и ионам проходить через нее, но действует как барьер для более крупных молекул или растворенных веществ.
  • Клеточная стенка отсутствует у животных .
  • Растительные клетки, помимо плазматической мембраны, имеют еще жесткое внешнее покрытие , называемое клеточной стенкой. Клеточная стенка лежит на за пределами плазматической мембраны.
  • Стенка растительной клетки в основном состоит из целлюлозы . Целлюлоза — это сложное вещество, которое обеспечивает растениям структурную прочность .

Плазмолиз

  • Когда живая растительная клетка теряет воду из-за осмоса, происходит сжатие или сжатие содержимого клетки от клеточной стенки.Это явление известно как плазмолиз (плазма → жидкость; лизис → распад, разложение).
  • Только живые клетки , а не мертвые клетки могут поглощать воду путем осмоса. Клеточные стенки позволяют клеткам растений, грибов и бактерий выдерживать очень разбавленную [гипотоническую] внешнюю среду без усадки.
  • В таких средах клетки имеют тенденцию терять воду за счет осмоса. Клетка сжимается, создавая давление на клеточную стенку. Стена оказывает одинаковое давление на усохшую ячейку.
  • Клеточная стенка также предотвращает разрыв клеток, когда клетки окружены гипертонической средой (средой с высокой концентрацией).
  • В таких средах клетки имеют тенденцию набирать воду путем осмоса. Клетка набухает, создавая давление на клеточную стенку. Стенка оказывает на набухшую клетку одинаковое давление.
  • Из-за своих стенок клетки растений могут выдерживать гораздо большие изменения окружающей среды, чем клетки животных.
  • Это желеобразное вещество, находящееся между клеточной мембраной и ядром .
  • Цитоплазма — это жидкость, содержимое внутри плазматической мембраны.
  • Он также содержит множество специализированных клеточных органелл [ митохондрии, тельца Гольджи, рибосомы и т. Д. ] .
  • Каждая из этих органелл выполняет определенную функцию для клетки.
  • Органеллы клетки окружены мембранами .
  • Значение мембран можно проиллюстрировать на примере вирусов.
  • Вирусы лишены каких-либо мембран и, следовательно, не проявляют характеристик жизни, пока не войдут в живой организм и не воспользуются его клеточными механизмами для размножения.
  • Это важный компонент живой клетки.
  • Обычно он имеет сферическую форму и расположен в центре ячейки.
  • Его можно окрасить и легко увидеть с помощью микроскопа.
  • Ядро
  • отделено от цитоплазмы двухслойной мембраной , называемой ядерной мембраной .
  • Эта мембрана также пористая и позволяет материалам перемещаться между цитоплазмой и внутренней частью ядра [диффузия].
  • В микроскоп с большим увеличением мы можем увидеть сферическое тело меньшего размера в ядре. Его называют ядрышком .
  • Кроме того, ядро ​​содержит нитевидные структуры, называемые хромосомами . Они несут гены и помогают в наследовании или передаче признаков от родителей к потомству. Хромосомы можно увидеть только тогда, когда клетка делится .
  • Ген — это единица наследования в живых организмах.Он контролирует передачу наследственного признака от родителей к потомству. Это означает, что ваши родители передают вам некоторые из своих качеств.
  • Ядро
  • , помимо своей роли в наследовании, действует как центр управления деятельностью клетки.
  • Все содержимое живой клетки известно как протоплазма [цитоплазма + ядро] . Он включает цитоплазму и ядро. Протоплазмой называется живое вещество клетки.
  • Ядро бактериальной клетки не так хорошо организовано, как клетки многоклеточных организмов. Нет ядерной мембраны .
  • Каждая клетка имеет мембрану вокруг себя, чтобы отделить ее собственное содержимое от внешней среды.
  • Большие и сложные клетки, включая клетки многоклеточных организмов, нуждаются в большом количестве химических активностей для поддержания их сложной структуры и функций.
  • Чтобы сохранить эти различные виды активности отдельно друг от друга, эти клетки используют связанные с мембраной небольшие структуры (или «органеллы») внутри себя.

Хромосомы

  • Ядро содержит хромосомы, которые видны как палочковидные структуры только тогда, когда клетка собирается делиться.
  • Хромосомы содержат информации для наследования признаков от родителей к следующему поколению в форме ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)
  • Хромосомы состоят из ДНК и белка .
  • молекул ДНК содержат информацию, необходимую для построения и организации клеток.Функциональные сегменты ДНК называются генами .
  • В неделящейся клетке эта ДНК присутствует как часть материала хроматина . Хроматиновый материал виден как запутанная масса нитевидных структур. Когда клетка собирается делиться, хроматиновый материал организует в хромосомы .
  • Ядро играет центральную роль в воспроизводстве клеток , процессе, при котором одна клетка делится и образует две новые клетки.
  • Он также играет решающую роль, наряду с окружающей средой, в определении того, как клетка будет развиваться и какую форму она будет проявлять в зрелости, управляя химической активностью клетки.
  • Организмы, клетки которых лишены ядерной мембраны , называются прокариотами (про = примитивный или первичный; кариот ≈karyon = ядро).
  • Организмы с клетками , имеющими ядерную мембрану , называются эукариотами.
  • Прокариотические клетки также лишены большинства других цитоплазматических органелл , присутствующих в эукариотических клетках.
  • Многие функции таких органелл также выполняют плохо организованные части цитоплазмы .
  • Хлорофилл у фотосинтезирующих прокариотических бактерий связан с мембранными пузырьками (мешковидными структурами), но не с пластидами , как в эукариотических клетках.

Prokaryotes → определенная ядерная область, мембраносвязанные клеточные органеллы отсутствуют.

Эукариотические клетки → имеют ядерную мембрану, а также окруженные мембраной органеллы.

Прокариоты
Эукариоты
Организмы
Monera: Eubacteria и
Archebacteria
Протисты, грибы, растения и животные
Значение имени
Pro = раньше

Карион = ядро ​​

Eu = после

Карион = ядро ​​

Evolution
3.5 миллиардов лет назад (более старый тип клетки) 1,5 миллиарда лет назад
Одноклеточный / многоклеточный
Одноклеточный (без комплекса
)
Многоклеточный (более сложный)
Клеточная стенка
почти все имеют клеточные стенки (муреин) грибы и растения (целлюлоза и хитин): животных нет
Органеллы
обычно нет много разных со специализированными функциями
Метаболизм
анаэробные и аэробные: различные в основном аэробные
Генетический материал

одинарная кольцевая двухцепочечная ДНК сложных хромосомы обычно парами; каждый с одной двухцепочечной молекулой ДНК и ассоциированными белками, содержащимися в ядре
Расположение генетической информации
Область нуклеоида Ядро
Режим

деления
в основном бинарное деление; бутонизация митоз и мейоз с использованием веретена: с последующим цитокинезом

Нуклеоид

  • У некоторых организмов, таких как бактерии, ядерная область клетки может быть плохо определена из-за отсутствия ядерной мембраны .Такая неопределенная ядерная область, содержащая только нуклеиновых кислоты , называется
  • Пустая структура в цитоплазме называется вакуолью. Он может быть одиночным и большим, как в клетке лука (растительной клетке). Щечные клетки (клетки животных) имеют более мелкие вакуоли.
  • В растительных клетках часто встречаются большие вакуоли. Вакуоли в клетках животных намного меньше.
  • Вакуоли — это мешочки для хранения твердого или жидкого содержимого.
  • Центральная вакуоль некоторых растительных клеток может занимать 50-90% объема клетки.
  • В клетках растений вакуоли заполнены клеточным соком и придают клетке упругости, [набухание, растяжение или скопление] и жесткости клетки.
  • Многие вещества, важные для жизни растительной клетки, хранятся в вакуолях. К ним относятся аминокислоты, сахара, различные органические кислоты и некоторые белки.
  • У одноклеточных организмов, таких как амеба, пищевая вакуоль содержит пищевые продукты, которые съела амеба.
  • У некоторых одноклеточных организмов специализированные вакуоли также играют важную роль в изгнании лишней воды и некоторых отходов из клетки
  • Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой большую сеть мембраносвязанных трубок и пластин.Выглядит как длинные канальцы или круглые или длинные мешочки (пузырьки).
  • Мембрана ER похожа по структуре на плазматическую мембрану.
  • Существует два типа ER –– грубого эндоплазматического ретикулума (RER) и гладкого эндоплазматического ретикулума (SER) .

Rough Endoplasmic Reticulum RER — Рибосомы

  • RER выглядит грубо под микроскопом, потому что на его поверхности прикреплены частицы, называемые рибосомами .
  • Рибосомы, которые присутствуют во всех активных клетках, являются участками производства белка.
  • Произведенные белки затем отправляются в различные места клетки в зависимости от потребности с помощью ER.

Гладкая эндоплазматическая сеть SER

  • SER помогает в производстве молекул жира или липидов, важных для функционирования клеток.

Функции эндоплазматической сети (ER)

  • Некоторые из этих белков и липидов помогают в построении клеточной мембраны. Этот процесс известен как мембранный биогенез .
  • Некоторые другие белки и липиды действуют как ферменты и гормоны .
  • Хотя ER сильно различается по внешнему виду в разных ячейках, он всегда образует сетевую систему.
  • Таким образом, одна из функций ER состоит в том, чтобы служить каналами для транспорта материалов (особенно белков) между различными областями цитоплазмы или между цитоплазмой и ядром.
  • ER также функционирует как цитоплазматический каркас, обеспечивающий поверхность для некоторых из биохимических активностей клетки.
  • В клетках печени группы животных, называемых позвоночными, SER играет решающую роль в детоксикации многих ядов и лекарств .
  • Аппарат Гольджи состоит из системы мембраносвязанных везикул, расположенных примерно параллельно друг другу в стопках, называемых цистернами .
  • Эти мембраны часто имеют связи с мембранами ER и, следовательно, составляют еще одну часть сложной системы клеточных мембран.
  • Материал, синтезированный около ER, упаковывается и отправляется различным целям внутри и вне клетки через аппарат Гольджи.
  • В его функции входит хранение, модификация и упаковка продуктов в пузырьках.
  • В некоторых случаях сложных сахаров могут быть получены из простых сахаров в аппарате Гольджи.
  • Аппарат Гольджи также участвует в образовании лизосом .

Лизосомы

  • Лизосомы представляют собой своего рода систему утилизации отходов клетки.
  • Лизосомы помогают поддерживать чистоту клетки, переваривая любой посторонний материал, а также изношенные клеточные органеллы.
  • Посторонние вещества, попадающие в клетку, такие как бактерии или продукты питания, а также старые органеллы попадают в лизосомы, которые разбивают их на мелкие кусочки. Лизосомы способны на это, потому что они содержат мощных пищеварительных фермента , способных расщеплять весь органический материал.
  • Во время нарушения клеточного метаболизма, например, когда клетка повреждается, лизосомы могут лопнуть, и ферменты переваривают собственную клетку. Следовательно, лизосомы также известны как «сумки для самоубийц» клетки.
  • Структурно лизосомы представляют собой мембранные мешочки, заполненные пищеварительными ферментами. Эти ферменты производятся по RER .
  • Митохондрии известны как электростанция клетки.
  • Энергия, необходимая для различных химических действий, необходимых для жизни, высвобождается митохондриями в форме молекул АТФ (аденозинтрифосфата).

[Если митохондрии — это электростанция. АТФ — Электричество.

  • АТФ известен как энергетическая валюта клетки.
  • Организм использует энергию, запасенную в АТФ, для создания новых химических соединений и для механической работы.
  • Митохондрии имеют два мембранных покрытия вместо одного.
  • Наружная мембрана очень пористая, тогда как внутренняя мембрана глубоко загнута . Эти складки создают большую площадь поверхности для химических реакций, генерирующих АТФ, .
  • Митохондрии — странные органеллы в том смысле, что имеют собственную ДНК и рибосомы .Следовательно, митохондрии способны производить некоторые из своих собственных белков [рибосомы производят белки] .
  • Вы могли заметить несколько небольших цветных телец в цитоплазме клеток листа традесканции. Они разбросаны по цитоплазме клеток листа. Их называют пластидами.
  • Они разных цветов . Некоторые из них содержат зеленого пигмента под названием хлорофилл . Пластиды зеленого цвета называются хлоропластами .Они придают листьям зеленый цвет.
  • Хлоропласты важны для фотосинтеза растений.
  • Хлоропласты также содержат различные желтые или оранжевые пигменты помимо хлорофилла.
  • Пластиды присутствуют только в растительных клетках . Существует два типа пластид — хромопластов (цветные пластиды) и лейкопласты (белые или бесцветные пластиды) .
  • Лейкопласты — это в первую очередь органеллы, в которых хранятся такие материалы, как крахмал, масла и белковые гранулы.
  • Внутренняя организация пластид состоит из многочисленных мембранных слоев, встроенных в материал, называемый стромой.
  • Пластиды похожи на митохондрии по внешнему строению. Как и митохондрии, пластиды также имеют свою собственную ДНК и рибосомы .
  • Каждая клетка приобретает свою структуру и способность функционировать благодаря особым образом организации ее мембраны и органелл. Таким образом, клетка имеет базовую структурную организацию.Это помогает клеткам выполнять такие функции, как дыхание, получение питания и удаление отходов или формирование новых белков. Таким образом, клетка является основной структурной единицей живых организмов. Это также основная функциональная единица жизни.
  • Клетки окружены плазматической мембраной, состоящей из липидов и белков.
  • Наличие клеточной стенки позволяет клеткам растений, грибов и бактерий существовать в гипотонической среде без разрушения.
  • ER функционирует и как проход для внутриклеточного транспорта, и как производственная поверхность.
  • Аппарат Гольджи состоит из стопок мембраносвязанных везикул, которые служат для хранения, модификации и упаковки веществ, производимых в клетке.
  • Большинство растительных клеток имеют большие мембранные органеллы, называемые пластидами, которые бывают двух типов — хромопласты и лейкопласты.
  • Хромопласты, содержащие хлорофилл, называются хлоропластами, и они выполняют фотосинтез. Лейкопласты помогают в хранении масел, крахмала и белковых гранул.
  • Большинство зрелых растительных клеток имеют большую центральную вакуоль, которая помогает поддерживать припухлость клетки и накапливает важные вещества, включая отходы.
  • Прокариотические клетки не имеют мембраносвязанных органелл , их хромосомы состоят только из нуклеиновой кислоты, и они имеют только очень маленькие рибосомы в качестве органелл.
  • Лейкоцит ( WBC, ) в крови человека является примером отдельной клетки, которая может изменять свою форму.
  • Бактериальная клетка также имеет клеточную стенку.
  • В составе яичного белка находится альбумин, который затвердевает при кипячении. Желтая часть — желток. Это часть единственной клетки.
  • Valonia ventricosa , вид водорослей с диаметром, как правило, от 1 до 4 сантиметров, является одним из самых крупных одноклеточных видов.

Клетка для животных
Растительная клетка
Ядро
Настоящее время Настоящее время
Реснички
Настоящее время Очень редко
Форма
Круглый (неправильной формы) Прямоугольная (фиксированной формы)
Хлоропласт
В клетках животных нет хлоропластов В клетках растений есть хлоропласты, потому что они сами производят пищу
Цитоплазма
Настоящее время Настоящее время
Эндоплазматическая сеть (гладкая и грубая)
Настоящее время Настоящее время
Рибосомы
Настоящее время Настоящее время
Митохондрии
Настоящее время Настоящее время
Вакуоль
Одна или несколько небольших вакуолей (намного меньше, чем клетки растений). Один. большая центральная вакуоль, занимающая 90% объема клетки.
  • Вы можете назвать две изученные нами органеллы, содержащие свой собственный генетический материал?
  • Что было бы с жизнью клетки, если бы не было аппарата Гольджи?
  • Где синтезируются липиды и белки, составляющие клеточную мембрану?
  • Что такое осмос?
  • Почему лизосомы известны как самоубийственные мешки?
  • Где внутри клетки синтезируются белки?
1 кв.Заявления
  1. Диффузия и осмос — подобные процессы.
  2. При осмосе частицы перетекают из гипертонического раствора в гипотонический.
  3. При обратном осмосе частицы перетекают из гипотонического раствора в гипертонический.
  4. Осмос используется в процессе очистки воды.
  5. Обратный осмос используется растительными клетками, чтобы избежать разрыва из-за плазмолиза.

Что из вышеперечисленного верно?

  1. Все
  2. 3,4 и 5 только
  3. 1,2 и 3 только
  4. только 1 и 2
2 кв.Заявления
  1. Протоплазма = Цитоплазма + Ядро + Плазменная мембрана
  2. Осмос случается и с мертвыми клетками.
  3. Бактерии имеют клеточные стенки.
  4. Вирусы — неживые вещества.
  5. Животные не имеют клеточных стенок и вакуолей.

Что из вышеперечисленного верно?

  1. Все
  2. только 3,4
  3. только 2, 3 и 5
  4. только 1, 3 и 4

Ответы

Q1 → C

2 квартал → В

Есть сомнения? Оставить комментарий..

Мембрана клетки

— определение, функция / структура, клетка животного / растения

Определение, структура / функция

Диаграмма

, животная / растительная клетка

Против плазменной мембраны


Определение

По сути, клеточная мембрана — это самый внешний барьер, который отделяет внутреннее содержимое клетки в цитоплазме от внешней среды (например, отделяет внутреннюю среду клетки от внеклеточного матрикса или образует границу между соседними клетками).Он тонкий и хрупкий, его толщина варьируется от 5 до 10 нм в зависимости от типа ячейки.

У всех живых организмов клеточная мембрана выполняет как морфологические, так и функциональные роли, варьируясь от одного типа клетки к другому. Например, у амеб клеточная мембрана играет важную роль в развитии псевдоподий, участвующих в питании и передвижении.

Некоторые из других функций клеточной мембраны включают:

  • Транспорт молекул и ионов внутрь и из клетки
  • Связь между соседними клетками
  • Сигнальный рецептор
  • Секреция


Структура


Клеточная мембрана представляет собой сложную структуру, состоящую из бислоя фосфолипидов.Таким образом, он состоит из липидов в форме фосфолипидов. Они также могут содержать холестерин и гликолипиды.

Помимо этих липидов, мембрана также состоит из ряда других компонентов (например, гликопротеинов, белков, ионов и т. Д.), Которые выполняют множество функций. Здесь способ расположения компонентов клеточной мембраны связан с их соответствующими функциями.

Для большинства клеток клеточная мембрана состоит из трех основных компонентов.К ним относятся глицерин, две цепи жирных кислот, а также фосфатная группа. Следовательно, для клеточной мембраны с глицерином в качестве основы этот комплекс известен как глицерофосфолипиды (или фосфоглицериды).

Здесь глицерин, который является основой мембраны, состоит из трех атомов углерода, пяти атомов водорода, а также трех гидроксильных групп. Присоединение / связывание цепей жирных кислот (двух цепей жирных кислот) с глицерином происходит посредством процесса, известного как этерификация — первый и второй атомы углерода глицерина реагируют (этерификация) с карбоксильными группами цепей жирных кислот с образованием сложного эфира. связь.

Кроме того, между гидроксильной группой, расположенной у третьего атома углерода глицерина, и фосфорной кислоты образуется еще одна сложноэфирная связь. Эти реакции приводят к образованию диацилглицерин-3-фосфата (фосфатидата), который является простейшей формой или предшественником фосфоглицерида.

* Фосфоглицериды образуются за счет образования сложноэфирной связи между фосфатной группой предшественника (фосфатидат) и гидроксильной группой данных спиртов (например,грамм. холин, этаноламин и инозитол среди других).

В то время как клеточная мембрана эукариот и большинства бактерий состоит из фосфолипидов, мембрана архей (одноклеточных прокариот) состоит из эфирных липидов. Здесь было показано, что неполярные цепи связаны с глицерином через эфирные связи.

Этот тип связи особенно важен для архей, поскольку он более устойчив к гидролизу. Это позволяет этим клеткам выживать во враждебных средах обитания.Помимо эфирных звеньев, мембрана этих организмов состоит из разветвленных алкильных цепей.

В отличие от эфирных связей, эти цепи обладают высокой устойчивостью к окислению и, таким образом, выдерживают такие суровые условия окружающей среды, как низкий pH, высокая соленость и экстремальные температуры.

* У некоторых организмов липиды находятся в форме гликолипидов (сахаросодержащих липидов).


Некоторые из других компонентов структуры плазматической мембраны включают:

Белки — Хотя их не так много, как липидов, белки также являются важной частью клеточной мембраны.В большинстве клеток клеточная мембрана состоит из двух типов белков: интегральных и периферических белков.

Интегральные мембраны встроены в мембрану (интегрированы в клеточную мембрану). В то время как некоторые из этих белков простираются по всей ширине мембраны, известные как трансмембранные белки, другие распространяются только наполовину.

Белки имеют одну или несколько гидрофобных областей, которые прикрепляют их к гидрофобной части клеточной мембраны в гидрофобном хвосте.

В отличие от интегральных белков, периферические белки расположены либо внутри, либо за пределами поверхности клеточной мембраны. Они могут быть присоединены к фосфолипидам мембраны или к интегральным белкам, встроенным в мембрану.

* Трансмембрана, которая простирается на всю ширину (толщину) мембраны, может состоять из нескольких гидрофобных аминокислот. В этом случае аминокислоты расположены в виде альфа-спирали.

* Было показано, что мембранные белки составляют около 50 процентов от общей массы мембраны — хотя они присутствуют в меньших количествах по сравнению с липидами, они имеют большую молекулярную массу.

Углеводы — Как и периферические белки, углеводы обычно находятся на поверхности клетки. В отличие от белков углеводы находятся на внеклеточной стороне клеточной мембраны. Здесь углеводы, состоящие из от 2 до 60 моносахаридов, могут быть связаны с белками, таким образом, образуя гликопротеины, или связаны с липидами с образованием гликолипидов. В большинстве клеток сахара связаны между 2 и 10 процентами липидов.

Вода и ионы — Вода является неотъемлемым компонентом всех молекул живого вещества.Таким образом, его также можно найти в клеточной мембране, где он интегрирован в полярные концы мембраны (гидрофильные концы).

Было показано, что помимо воды, ионы также связаны с мембранами разными способами. Например, они могут присутствовать при прохождении через ионные каналы / насосы или прилипать к поверхности мембраны

Клеточная мембрана состоит из большого количества фосфолипидов. Как уже упоминалось, эти фосфолипиды состоят из двух отдельных частей, включая гидрофильную головку, часть, содержащую фосфат и глицерин, и гидрофобный хвост, состоящий из жирных кислот.

В среде с водой гидрофильная часть взаимодействует с водой, в то время как гидрофобные хвосты группируются вместе, поскольку они избегают взаимодействия с водой.

В результате как внутренняя, так и внешняя поверхности мембраны будут состоять из гидрофильных головок, которые легко взаимодействуют с водой, в то время как внутренняя / центральная часть мембраны будет состоять из гидрофобных хвостовиков, которые избегают взаимодействия с водой. Следовательно, клеточная мембрана обычно выглядит как диаграмма ниже

* Из-за среды, в которой находится клетка (состоящая из воды), и природы клеточной мембраны (с гидрофобной и гидрофильной частями) полая сфера. представляет собой наиболее стабильную структуру мембраны.

* Гидрофобная часть (С-хвост) состоит из насыщенной (прямые хвосты) и ненасыщенной (с изгибом / перегибом). В то время как насыщенные фосфолипиды имеют тенденцию плотно упаковываться, ненасыщенные фосфолипиды позволяют структуре быть более жидкой за счет введения пространств.

Хотя сама природа фосфолипидов заставляет их плотно упаковываться в мембрану, требуется структурная поддержка для сохранения формы клетки, а также для предотвращения повреждения бислоя.

Эту опору обеспечивает цитоскелет, расположенный под мембраной. Он состоит из актиновых филаментов, которые образуют сетчатый каркас, на котором лежит мембрана.

Хотя цитоскелет расположен под мембраной, было показано, что он взаимодействует с некоторыми интегральными мембранными белками. Это не только ограничивает диффузию этих белков, но также усиливает структурную поддержку мембраны.


Жидкая мозаичная модель клеточной мембраны

Предложено в 1972 году С.Джонатан Сингер и Гарт Николсон из Калифорнийского университета, жидкая мозаичная модель клеточной мембраны — это модель, используемая для описания основной структуры и поведения мембраны (многих клеток).

В этой модели клеточная мембрана состоит из ряда компонентов / молекул, вместе составляющих мозаику, которые свободно перемещаются плавно. Движение этих компонентов / молекул (белков, холестерина и т. Д.) Напоминает движение айсбергов в океане.

Согласно исследованиям, на текучесть клеточной мембраны влияет ряд факторов.

К ним относятся:

Температура — Как и в случае с другими молекулами в природе (например, газами и жидкостями), повышение температуры заставляет фосфолипиды разрастаться и становиться более гибкими. В случае низкой температуры фосфолипиды сближаются, в результате чего структура становится более жесткой

Холестерин — В клеточной мембране молекулы холестерина надлежащим образом распределяются таким образом, чтобы удерживать фосфолипиды вместе.Увеличение или уменьшение этих молекул влияет на структурную целостность мембраны, а также на способность мембраны контролировать движение молекул и ионов в клетку и из клетки.

Жирные кислоты — Как уже упоминалось, клеточная мембрана состоит как из насыщенных, так и из ненасыщенных жирных кислот. Было показано, что из-за одинарных связей между атомами углерода насыщенных жирных кислот они представляют собой прямые цепи, которые имеют тенденцию плотно упаковываться.

В результате мембрана, состоящая только из этих жирных кислот, будет твердой при нормальной температуре тела, что, в свою очередь, будет препятствовать перемещению молекул и ионов в клетки и из них.

Однако присутствие ненасыщенных жирных кислот (с двойной мембраной между некоторыми атомами углерода и, следовательно, изгибом / перегибом) создает в мембране пространства, тем самым предотвращая плотную упаковку структуры.

Создавая пространства в мембране, ненасыщенные жирные кислоты увеличивают текучесть структуры, а также позволяют некоторым молекулам проходить без особого труда.


Функции


Клеточная мембрана представляет собой сплошной лист, отделяющий внутреннюю часть клетки от внешней среды. Таким образом, он выполняет ряд важных функций, которые позволяют клетке нормально функционировать.

К ним относятся:

Морфология / компартментализация — Клеточная мембрана ограничивает различные субклеточные органеллы, тем самым отделяя их от внешней среды.Будучи сплошным слоем, мембрана позволяет нормальным внутриклеточным процессам продолжаться без прерывания со стороны внешней среды.

Без этой мембраны, например, связь, необходимая для синтеза данных молекул, нарушается, что приводит к изменению различных клеточных процессов. Кроме того, изменяются отношения между соседними органеллами (например, между ядром и рибосомой).

Управление перемещением материала / веществ в клетку и из клетки — Будучи барьером между клеткой и внешней средой, клеточная мембрана участвует в регулировании движения / транспорта различных молекул и ионов в клетке. и из клетки.

Здесь перенос / перемещение этих веществ может происходить с помощью ряда механизмов, которые включают:

Диффузия

По сути, диффузия включает перемещение веществ из области с высокой концентрацией в другую. область низкой концентрации. Таким образом, этот способ движения во многом зависит от дисбаланса концентрации внутри и вне клетки. Что касается движения веществ, диффузия может принимать три формы.

К ним относятся:

Пассивная или простая диффузия — Как следует из названия, этот тип диффузии прост и включает перемещение молекул от места их высокой концентрации в область с низкой концентрацией.

По большей части эти молекулы небольшие и неполярные. Хорошим примером этого является диффузия газов (например, кислорода) в ячейку и из нее.

Некоторые из других молекул, которые проходят через клеточную мембрану, — это молекулы воды, которые имеют небольшой заряд, и двуокись углерода.

Облегченная диффузия — В отличие от простой диффузии, облегченная диффузия — это процесс, в котором молекулам необходимо помочь пройти через мембрану. Хотя он также зависит от градиента концентрации, этот способ транспорта также зависит от таких каналов, как белковые каналы (например, аквапоринов, переносящих молекулы воды).

Молекулы, зависящие от этого вида транспорта, обычно крупнее и имеют полярность (например,грамм. натриевые и калиевые изделия). Кроме того, облегченная диффузия может происходить через белки-носители.

Здесь молекулы прикрепляются к белкам-носителям, которые заставляют их менять форму таким образом, чтобы молекулы могли транспортироваться внутрь или из клетки.

При этом способе транспорта белки-носители могут связываться только с определенным типом молекулы (специфической) — ионные каналы также могут быть включены в эту категорию. Эти каналы часто закрыты и, таким образом, пропускают только определенный тип иона.

Активный транспорт

В отличие от диффузии, активный транспорт — это тип транспорта, при котором молекулы должны транспортироваться против их градиента. Таким образом, он не зависит от градиента концентрации.

Учитывая, что активный транспорт включает движение молекул против градиента концентрации, для этого также требуется энергия.

Существует два основных типа активного транспорта, которые включают:

Первичный активный транспорт — Хорошим примером первичного активного транспорта является натриево-калиевый насос (насос Na + / K +).Здесь транспортер (белок) встроен в мембрану и простирается по всей длине мембраны.

Обычно внеклеточная сторона этого транспортера закрыта, а внутриклеточная сторона открыта. Внутриклеточная сторона связана с АТФ — источником энергии. В этом состоянии переносчик имеет высокое сродство к ионам натрия, находящимся в клетке.

Эти ионы входят в переносчик и прикрепляются к нему, что, в свою очередь, заставляет АТФ переносить фосфат на переносчик.Это обеспечивает транспортер энергией, необходимой для закрытия открытой внутриклеточной стороны и открытия внеклеточного конца.

В результате сродство к ионам натрия снижается, позволяя им высвобождаться во внеклеточную среду. Как только эти ионы высвобождаются, переносчик увеличивает свое сродство к калию, что заставляет ионы калия проникать в переносчик и прикрепляться к нему. За этим следует закрытие внеклеточного конца, в то время как фосфат на внутриклеточном конце высвобождается.

Таким образом, новый АТФ связывается с этим сайтом, заставляя внутриклеточный конец открываться и высвобождать калий в клетку. Этот вид транспорта потребляет значительное количество энергии. По этой причине таких транспортеров немного.

Вторичный активный транспорт — В то время как вторичный активный транспорт также зависит от мембранных белков, используемая здесь энергия происходит от электрохимического градиента ионов, а не от APT. Одним из белков, участвующих в этом способе транспортировки, является ко-транспортер натрий-глюкозы 1.

Изначально сторона этого белка, контактирующая с цитоплазмой, закрыта, а внеклеточный конец открыт. В этом состоянии два отрицательно заряженных участка связывания ионов натрия открыты и притягивают два иона натрия (анионы натрия).

По мере того, как ионы движутся вниз по электрохимическому градиенту, высвобождается энергия, заставляя переносчик белка изменять форму. В свою очередь, это увеличивает его бесконечность для молекул глюкозы, находящихся вне клетки. Глюкоза в этой среде находится в низкой концентрации.

Увеличение сродства к глюкозе заставляет молекулы глюкозы прикрепляться к переносчику, что приводит к закрытию внеклеточного конца белка по мере открытия конца цитоплазмы. При высвобождении ионов натрия в клетку сродство белка к глюкозе снижается, позволяя глюкозе высвобождаться в клетку.

Транспорт везикул — Третий тип транспорта известен как транспорт везикул и включает образование связанных с мембраной везикул.Это включает такие процессы, как эндоцитоз и пиноцитоз, когда молекула интернализуется, вступив в контакт с клеточной мембраной.

Во время эндоцитоза (рецептор-опосредованный эндоцитоз), например, вещество (например, липопротеины низкой плотности) сначала контактирует со специфическими рецепторами, расположенными на клеточной мембране. Это стимулирует образование пузырьков на мембране за счет изгиба мембраны внутрь.

В процессе молекула заключена в везикулу и транспортируется в клетку.Подобные процессы важны для транспорта молекул, необходимых клетке, фагоцитоза, а также для питания таких организмов, как амебы — этот метод обычно используется для транспортировки более крупных молекул.

См. Страницу «Пассивная диффузия против активного транспорта».

См. «Эндоцитоз против экзоцитоза»

Передача сигналов клетки

Как уже упоминалось, клеточная мембрана состоит из множества молекул. Некоторые из этих молекул представляют собой белковые рецепторы, которые связываются с определенными типами молекул.

Хорошими примерами этих рецепторов являются рецепторы инсулина, связывающие инсулин. Связываясь с заданными сигнальными молекулами во внеклеточной среде, эти рецепторы (трансмембранные белки) позволяют клетке надлежащим образом реагировать на стимулы — информация от стимулов передается через клеточную мембрану в клетку через такие пути, как каскады передачи сигнала.


И растения, и животные являются эукариотами и, следовательно, имеют клетки с мембраносвязанными органеллами.Как и клетки животных, клетки растений также содержат различные важные органеллы, включая ядро, митохондрии, аппарат Гольджи и рибосомы. Однако клетки растений содержат ряд внеклеточных компонентов, которых нет в клетках животных. К ним относятся хлоропласт, большая центральная вакуоль, а также клеточная стенка.

У растений клеточная мембрана расположена между цитоплазмой клетки и клеточной стенкой. Как и в случае с клетками животных, клеточная мембрана растений представляет собой липидный бислой.Он состоит из фосфолипидов, а также содержит молекулы белков и углеводов. Здесь клеточная мембрана участвует в ряде функций, включая удержание клеточных органелл, транспортировку молекул внутрь и из клетки, а также клеточную коммуникацию.

Клеточная стенка — более твердый слой, окружающий клеточную мембрану. В отличие от клеточной мембраны, клеточная стенка растительных клеток в основном состоит из целлюлозы. Он также состоит из пектина среди нескольких других компонентов. Окружая клеточную мембрану, клеточная стенка обеспечивает прочность на разрыв, а также защищает клетку от различных воздействий окружающей среды.

Кроме того, он также способствует жесткости тканей, выдерживая тургорное давление — внутреннее клеточное давление, которое прижимает клеточную мембрану в растительных клетках к клеточной стенке. Таким образом, он играет важную роль в ограничении потери воды (и, следовательно, потери тургорного давления), которые в противном случае могли бы вызвать увядание.


Слова «клеточная мембрана» и «плазматическая мембрана» часто меняют местами и означают одно и то же. Однако плазматическая мембрана относится к типу мембраны, которая окружает клеточные органеллы, в то время как клеточная мембрана — это мембрана, которая окружает клетку в целом.Плазматическая мембрана обычно находится в эукариотических клетках, содержащих мембраносвязанные органеллы.

В этих клетках эта мембрана образует барьер между клеточными органеллами (например, ядром и митохондриями) и внешней средой (внешней по отношению к органеллам). Однако, как и клеточная мембрана, плазматическая мембрана также состоит из фосфолипидов, а также из белков и углеводов.

Помимо того, что мембрана является барьером, отделяющим органеллы от клеточной среды, она также участвует в коммуникации между клетками и компонентами клеток, а также регулирует движение молекул в органеллы и из них.

* Некоторые органеллы содержат двойную мембрану (например, митохондрии и ядро), в то время как другие имеют только одну мембрану (например, вакуоль, аппарат Гольджи, лизосома и т. Д.).

См. Также: Каковы функции липидов, белков и липополисахаридов на клеточной мембране?

Вернуться на главную страницу «Клеточная биология»

Вернуться с клеточной мембраны на главную страницу MicroscopeMaster


Ссылки


Дэвид Э.Садава. (1993). Клеточная биология: структура и функции органелл.

Джереми М. Берг, Джон Л. Тимочко и Люберт Страйер. (2002). Биохимия, 5-е издание.

Натали Гугала, Стефана Черак и Раймонд Дж. Тернер. (2016). Мембрана.

Валерика Райку и Аурел Попеску. (2008) Клеточная мембрана: структура и физические свойства. В кн .: Комплексная молекулярная и клеточная биофизика.

Ссылки

https: // www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/cell-membrane

Lipids

Экологический стресс увеличивает проникновение цитоплазматической органеллярной ДНК в ядро ​​растений

Abstract

Митохондрии и хлоропласты (фотосинтетические члены семейства пластидных цитоплазматических органелл) в эукариотических клетках возникли более миллиарда лет назад, когда предок зародышевых клетка поглотила двух разных прокариот в отдельных последовательных событиях.Существующие цитоплазматические органеллярные геномы содержат очень мало генов по сравнению с их кандидатами свободноживущими предками, поскольку большинство из них функционально переместилось в ядро. Первый шаг в функциональном перемещении включает интеграцию неактивных фрагментов ДНК в ядерные хромосомы, и этот процесс продолжается с высокой частотой с сопутствующими генетическими, геномными и эволюционными последствиями. Используя две разные транспластомные линии табака, мы показали, что миграция ДНК из хлоропластов в ядро ​​заметно увеличивается при умеренном тепловом стрессе.Кроме того, мы показываем, что вставка фрагментов митохондриальной ДНК во время репарации индуцированных двухцепочечных разрывов увеличивается из-за теплового стресса. Эксперименты демонстрируют, что ядерный приток органеллярной ДНК является потенциально источником мутации для ядерных геномов, которые очень чувствительны к колебаниям температуры, которые находятся в пределах диапазона, наблюдаемого в природе.

ДНК в высокоэнергетических цитоплазматических органеллярных генетических компартментах эукариот подвергается высоким уровням стрессовых повреждений из-за свободных радикалов кислорода, образующихся во время дыхания и фотосинтеза.Тем не менее по разным причинам скорость накопления мутаций в цитоплазматических органеллах растений ниже, чем в ядре (1, 2). Подавляющее большинство митохондриальных и пластидных (хлоропластных) генов освободили свой наследственный генетический компартмент прокариот в пользу ядра (2), и очень немногие из них остались внутри существующих органелл. Первым шагом в перемещении генов для геномов органелл является ускользание ДНК с последующим внедрением в ядерные хромосомы, процесс, который, как было показано, очень часто происходит в нормальных физиологических условиях у табака (3, 4) и дрожжей (5), хотя экспериментальный скрининг в одноклеточная водоросль Chlamydomonas reinhardtii не обнаружила таких перемещений (6).Эти экспериментальные исследования вместе с биоинформатическим и геномным анализами (7–14) продемонстрировали, что перенос ДНК из цитоплазматических органелл — частый и непрерывный процесс практически у всех исследованных эукариот, хотя он может быть очень редким у организмов с очень низкое количество органелл (15). Хотя перенос ДНК сам по себе очень часто встречается у высших растений, мигрирующие гены обычно неактивны в ядре, потому что у них отсутствуют мотивы, необходимые для ядерной экспрессии. Тем не менее, в редких случаях ядерные интегранты ДНК органелл ( норг, ) активируются геномными перестройками (16, 17), которые эффективно дублируют ген.С течением времени эти частые нефункциональные и редкие функциональные процессы переноса ДНК привели к чистой потере избыточных генов в цитоплазматических органеллах и добавили генетической сложности ядра.

Известно, что факторы окружающей среды модифицируют движение ДНК от митохондрий к ядру у дрожжей (5), и есть убедительные доказательства того, что нормальный процесс старения у крыс (18) и дрожжей (19) увеличивает скорость образования ядерных интегрантов митохондриальные ДНК ( номеров ).Здесь мы протестировали эффекты абиотического стресса на перенос ДНК цитоплазматических органелл в ядро ​​табака с использованием чувствительных транспластомных репортерных генов, предназначенных для ядерно-специфической экспрессии.

Результаты

Переходная и интегративная экспрессия репортерного гена

gus .

Ядро-специфический репортерный ген был помещен в большую однокопийную область табачного пластома (пластидный геном). В этом генетическом компартменте репортерный ген ( gus ) не экспрессировался, потому что он управлялся промотором и терминатором 35S и содержал ядерный интрон (STLS2) (20), препятствуя трансляции в пластиде.В этой транспластомной линии (tp-gus) репортерный ген gus экспрессируется только при переносе в ядро ​​- события, которые легко отслеживаются с помощью гистохимического окрашивания для обнаружения продукта gus , визуализируемого в виде синих секторов в клетках и тканях. . Используя эту систему в предварительных экспериментах, мы исследовали влияние различных стрессовых условий, изученных ранее, включая тепло (21), соль (22), перекись водорода (23) и паракват (24), на перенос ДНК из пластид в ядро.Тепловой стресс был выдающимся в увеличении ядерной экспрессии gus (таблица 1, эксперимент 1). Количество окрашенных в синий цвет секторов на листьях и корнях проростков, выращенных при 25 ° C в течение 3 недель, обработанных в течение 3 часов при 45 ° C и оставленных на 2 дня для восстановления при 25 ° C, было в ~ 2,5 раза больше, чем у проростков. контрольные саженцы. Два независимых эксперимента с использованием двухнедельных растений подтвердили этот результат на листьях проростков табака, с менее выраженными эффектами, наблюдаемыми в семядолях и корнях (таблица 1, эксперименты 2 и 3).Расширение диапазона времени воздействия теплового стресса показало значительную дозозависимую реакцию в случаях экспрессии gus , при этом количество синих секторов достигало максимума в листьях после 5 часов теплового стресса (рис. 1 A ). После длительного теплового стресса в некоторых синих секторах появились большие участки листьев (рис. 1 A ).

Рис. 1.

Перенос ДНК из пластида в ядро ​​в проростках табака, подвергнутых тепловому стрессу: динамика термообработки. ( A ) Гистохимическое окрашивание целых проростков.Проростки выращивали в течение 2 недель при 25 ° C, обрабатывали при 45 ° C в течение указанного времени и оставляли для восстановления при 25 ° C в течение 2 дней перед окрашиванием на экспрессию gus . ( B ) ОТ-ПЦР мРНК gus с (+) и без (-) обратной транскриптазы после теплового стресса (час). Положительный контроль gs1.1 (20) представляет собой линию растений, содержащую ядерную копию gus . rpl25 мРНК RT-PCR использовали в качестве технического и загрузочного контроля. ( C ) Уровни мРНК сплайсированного gus относительно мРНК rpl25 .МРНК Gus была значительно увеличена в 5-часовом образце по сравнению с 0-часовым контролем ( P <0,05, двухвыборочный независимый тест t ). ( D ) Память о тепловом стрессе. Двухнедельные растения с двумя листьями и двумя семядолями обрабатывали при 45 ° C в течение 0 или 5 часов и оставляли для восстановления в течение 1 месяца перед окрашиванием GUS. (Масштаб: 3 мм.)

Таблица 1.

Перенос ДНК из пластида в ядро ​​в проростках табака, подвергнутых тепловому стрессу

Несмотря на ядерно-специфический промотор в tp-gus, как смысловая, так и антисмысловая РНК gus транскрибируются в хлоропласт от соседних пластидных промоторов (25), но ядерный интрон (STLS2) препятствует экспрессии пластид (20).Таким образом, конструкция ядерно-специфичного гена gus позволила количественно оценить его сплайсированную ядерную мРНК в присутствии избытка несплайсированных транскриптов хлоропластов. Обратный праймер, преимущественно во втором экзоне, но охватывающий соединение сплайсинга с последними тремя 3′-нуклеотидами в первом экзоне, вместе с вышестоящим праймером, позволял проводить специфическую ПЦР-амплификацию транскриптов, из которых был удален интрон (рис. 1 ). B ). В этом режиме количественная ПЦР продемонстрировала, что накопление мРНК сплайсированного gus увеличивалось в ткани листа параллельно времени, проведенному проростками при 45 ° C, и коррелировало с количеством и размером синих областей после окрашивания (рис.1 С ). Мы пришли к выводу, что репортерный ген ускользнул из хлоропласта в ядро, где он был транскрибирован и сплайсирован, а мРНК транслировалась на 80S рибосомах в цитоплазме.

Молодые листья растений, обработанных в течение 5 часов при 45 ° C, были почти полностью окрашены в синий цвет (рис. 1 A ), что свидетельствует о том, что во время термической обработки они находились на стадии развития, особенно подвержены стрессу. Эта высокая экспрессия gus может быть связана с включением репортерных генов в ядерный геном, что приводит к митотическим линиям трансформированных клеток, или, возможно, с большим количеством пластидной ДНК, проникающей в ядро, что приводит к массовой временной экспрессии.Для определения продолжительности увеличения переноса генов двухнедельные проростки обрабатывали в течение 5 часов при 45 ° C, а затем возвращали в стандартные условия роста на 30 дней. После этого длительного периода восстановления первые два листа, которые присутствовали во время теплового стресса, показали заметно больше синих секторов, чем контрольные (рис. 1 D ), без очевидного увеличения листьев, которые образовались и разрослись после стрессовой обработки. Это открытие предполагает, что тепло является специфическим индуктором переноса ДНК хлоропластов.Наблюдение за отдельными участками листа со стойко повышенной экспрессией gus в значительной степени подразумевает ядерную интеграцию и стабильную экспрессию, что предполагает, что значительная временная экспрессия репортерного гена объясняет большие, более диффузные, синие области, наблюдаемые после 5 часов теплового стресса (рис. 1 А ). Однако очень трудно однозначно отличить временную экспрессию от ядерной интеграции с использованием tp-gus (20), что требует альтернативного подхода.

Интегративная экспрессия репортерного гена

neo .

Чтобы оценить влияние теплового стресса на ядерную интеграцию, мы использовали второе транспластомное растение (tp-neo), содержащее копию neo -STLS2 (3), кодирующую NPTII, в обоих инвертированных повторах пластома. Эти растения демонстрируют низкий уровень устойчивости к канамицину по сравнению с дикими растениями при выращивании в стандартных условиях (3, 4). Эта частичная устойчивость, вероятно, связана с такой же утечкой пластидной ДНК в ядро, как описано выше для gus, , что приводит к тому, что несколько клеток продуцируют белок NPTII, который в некоторой степени защищает весь проросток.Для проверки частоты ядерной интеграции двухнедельные растения tp-neo обрабатывали при 45 ° C в течение 5 часов и оставляли для восстановления при 25 ° C в течение 2 дней, после чего 400 листовых эксплантатов (каждый 30 мм 2 ) были помещены в регенерационную среду, содержащую 400 мкг / мл канамицина, чтобы преодолеть низкий уровень устойчивости у tp-neo (4). Большинство листовых эксплантов термообработанных растений оставались зелеными, и было отобрано 45 устойчивых побегов, как только они стали видимыми в течение 120 дней (рис. 2). Когда устойчивый побег был перенесен в новую среду, весь эксплант был удален из эксперимента, что обязательно привело к постепенному уменьшению количества клеток на экране.Все листовые эксплантаты из равного числа не прошедших термическую обработку контрольных проростков были обесцвечены намного быстрее, за исключением 13 устойчивых побегов, появившихся за тот же период 120 дней (рис. 2).

Рис. 2.

Наследственный перенос ДНК из пластид в ядро. Примеры планшетов, показывающие прогрессию термообработанных и контрольных транспластомных (tp-neo) листовых эксплантатов, регенерирующих при отборе канамицина. Двухнедельные проростки обрабатывали в течение 0 часов ( Левый ) или 5 часов ( Правый ) при 45 ° C, а затем выдерживали в стандартных условиях роста в течение 48 часов для восстановления.Эксплантаты листьев (~ 30 мм 2 ) помещали на культуральные планшеты, содержащие среду для регенерации растений с добавлением 400 мкг / мл канамицина. Когда устойчивые побеги появлялись в течение 120 дней (метки слева), их переносили в среду 0,5 × MS для корней, а затем переносили в почву. Тарелки представляют собой чашки Петри диаметром 11 см.

На основании оценок количества клеток (17) частота появления устойчивых к канамицину побегов из скрининга приравнивается к переносу 1 neo в ядро ​​в ∼1.4 миллиона клеток в контроле по сравнению с 1 из ~ 400 000 клеток после теплового стресса — увеличение в ~ 3,5 раза. Все устойчивые побеги были восстановлены, и большинство из них превратилось в зрелые растения, обозначенные серией kr6. Обратные скрещивания зрелых генотипов kr6 с самками WT использовали для замены транспластома на транспластом WT в потомстве, некоторые из которых были протестированы на сегрегацию фенотипа устойчивости к канамицину (Таблица S1). Из 14 линий kr6, протестированных генетически (7 из контрольных и 7 из термообработанных тканей), 9 показали ожидаемое соотношение 1: 1 в их потомстве, характерное для ядерной гемизиготы, тогда как другие 5 показали различные значительные отклонения от ожидаемых, согласующиеся с предыдущими. эксперименты (26).Никаких различий между термообработанной (kr6h) и контрольной (kr6c) линиями не наблюдалось (Таблица S1).

Анатомические эффекты теплового стресса.

Чтобы определить причины значительного увеличения переноса ДНК из пластид в ядро, вызванного тепловым стрессом, мы исследовали целостность хлоропластов. Транспластомную линию табака pMSK56 (27), кодирующую и экспрессирующую GFP в своих хлоропластах, обрабатывали при 45 ° C в течение 5 часов. У проростков без термической обработки флуоресценция GFP колокализовалась с аутофлуоресценцией хлорофилла в хлоропластах замыкающих клеток устьиц и подлежащих тканях мезофилла (рис.3 А ). Напротив, распределение GFP и хлорофилла было широко распространенным после теплового стресса, что свидетельствует о разрушении мембран хлоропластов и высвобождении ДНК в цитозоль и межклеточные пространства, с последующей возможностью для фрагментов пластидной ДНК трансфицировать ядра (рис. 3 B ).

Рис. 3.

Изображения замыкающих клеток табака, полученные с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Эпидермальные полоски с подлежащими клетками мезофилла из контрольных ( A ) и термически обработанных ( B ) растений табака pMSK56, содержащих gfp в геноме хлоропластов (27).Флуоресценция GFP (зеленый, , слева, ) и автофлуоресценция хлорофилла (красный, , средний, ) наложены на изображения интерференционного контраста (, справа, ). (Масштаб: 25 мкм.)

Использование восстановления двухцепочечных разрывов для мониторинга выхода цитоплазматической органеллярной ДНК в ядро.

В качестве альтернативы использованию транспластомных растений для скрининга переноса органеллярной ДНК в ядро ​​мы разработали метод определения последовательностей на двухцепочечных разрывах (DSB), репарируемых негомологичным концевым соединением, которое участвует в большей части интеграции. события (17).В ядерных трансгенных линиях мы условно индуцировали экспрессию редко-режущей эндонуклеазы I-SceI, чтобы вызвать DSB в двух сайтах рестрикции, разделенных короткой спейсерной областью, которую мы также ввели во второй ядерный локус. Спейсерная область содержала ген dao1 , который потенциально облегчает как положительный, так и отрицательный отбор проростков Arabidopsis (28), но отбор не использовался в описанных здесь экспериментах. Однако важно то, что удаление спейсера позволило однозначно распознавать переваренные и репарированные локусы после переваривания I-SceI, а анализ более 300 уникальных репарационных соединений DSB был достигнут с помощью одномолекулярной (sm) ПЦР.Разбавляя матричную ДНК до тех пор, пока каждая реакция не получит не более одной молекулы матрицы, smPCR позволила обойти такие проблемы, как скачок матрицы и предпочтительная амплификация небольших продуктов (29). Это сделало возможным усиление редких, больших молекул-шаблонов (соответствующих событиям вставки) из популяции гораздо меньших, более частых молекул-шаблонов (соответствующих событиям репарации, не связанным с вставкой). После теплового стресса наблюдали семь вставок, четыре из которых были идентичны кластерам митохондриальной (mt) ДНК из четырех различных областей органеллярного генома (Таблица 2).Напротив, не было обнаружено вставок мтДНК в ДНК из равного числа необработанных растений, что позволяет предположить, что обильные количества мтДНК высвобождались в цитоплазму после тепловой обработки, некоторые из которых были включены в ядра. Интегрантов пластидной ДНК не наблюдали; остальные три вставки не имели цитоплазматического органелларного происхождения (Таблица 2).

Таблица 2.

Характеристика последовательностей, вставленных после репарации DSB

Вставки D5 и G12 (таблица 2) представляли собой заплатки последовательностей, происходящих из несмежных областей мтДНК.Считалось, что это могли быть вставки ранее существовавших номеров , а не мтДНК de novo; таким образом, были сконструированы праймеры ПЦР для амплификации интегранта D5 (Fig. S1 A ) с праймером D5F, расположенным в митохондриальной последовательности 57336–57413, и праймером D5R в митохондриальной последовательности 29727–29810. Ни один продукт не был амплифицирован из ДНК дикого типа, если он не был дополнен эквимолярным количеством (т. Е. Одной копией на ядерный геном табака) исходного продукта smPCR D5 (рис. S1 B ), что указывает на то, что последовательность отсутствует в ДНК дикого типа. .Контрольная ПЦР с использованием ядер-специфичных праймеров подтвердила техническое качество образцов ДНК (рис. S1 C ). Следовательно, D5 представляет собой интегрант мтДНК de novo, который был вставлен в экспериментально индуцированный DSB I-SceI. В совокупности отсутствие каких-либо вставок мтДНК в равное количество одиночных молекул из контрольных растений и лоскутное расположение интегрантов предполагают доступность множества небольших фрагментов мтДНК после теплового стресса, которые регулярно включаются во время репарации ядерных DSB.

Причина, по которой не были обнаружены более крупные фрагменты мтДНК, может быть связана с их относительной трудностью амплификации. Однако очевидно, что ПЦР способна амплифицировать вставки значительно большего размера, что позволяет предположить, что мтДНК была сильно фрагментирована. Таким образом, оказывается, что ДНК хлоропластов не присутствует в таких больших количествах мелких фрагментов, хотя она явно доступна в виде больших молекул, достаточных для переноса целых селектируемых маркеров neo и gus (рис.1 и 2), а также значительные фланкирующие пластомные области (17, 30). Большинство из этих последних вставок были бы слишком большими, чтобы их можно было увидеть на экране smPCR.

Обсуждение

Экспериментальная демонстрация переноса ДНК из хлоропласта в ядро ​​(3, 4) показала такую ​​высокую частоту, что ее значение стало спорным (31, 32). Поэтому еще более удивительно обнаружить, что скорость переноса увеличивается до 10 раз за счет небольших температурных напряжений, применяемых в течение коротких периодов времени.Табачные растения оптимально растут при дневных температурах ~ 25 ° C, но растения регулярно сталкиваются с гораздо более высокими температурами в природе. Температуры, достигаемые в клетках листьев при температуре окружающей среды, превышающей 40 ° C, могут быть даже выше в результате эффектов лучистого нагрева, хотя этим эффектам в некоторой степени будет противодействовать эффект испарительного охлаждения при транспирации. Тем не менее, сложный покров листьев любого вида, несомненно, обеспечит широкий диапазон температур в различных микроклиматах, и мы ожидаем увидеть столь же сложные клеточные ответы, включая межклеточные вариации в ускользании пластид и мтДНК и встраивании в нее. ядро.

Учитывая наш мониторинг ядерной экспрессии целых функциональных ядерных репортерных генов, когда они покидают транспластиду, мы обязательно ожидали, что все другие части пластома будут задействованы в равной степени, даже если они оставались невидимыми для экрана. Следовательно, должен произойти удивительный набор необнаруживаемых транспозиционных событий, которые существенно изменили бы клональную природу соматических клеток отдельных растений и сделали бы их гетерогенными химерами, содержащими ядра, которые сильно генетически изменчивы по сравнению с недавними интегрантами цитоплазматической органеллярной ДНК.

Чувствительность двух транспластомных линий, использованных в настоящем исследовании, была ключом к раскрытию этого уникального аспекта ядерной мутации и эволюции. Хотя эти транспластомики изначально способны демонстрировать только движение ДНК как таковое, последующие перестройки внутри ядра, как было показано, активируют прокариотические гены способами, которые повторяют реальную эволюцию эндосимбиотиков (16, 17). Глубокие глобальные последствия процессов, которые становятся возможными благодаря первоначальному переносу ДНК, полностью раскрываются биоинформатическим анализом, показывающим, как эволюция эндосимбиотиков внесла тысячи генов в ядро ​​эукариот (9, 10, 33–35).Этот поток цитоплазматической органеллярной ДНК в ядро ​​(31) явно приводит к системе геномных перестроек методом проб и ошибок, после которой несколько интегрантов приобретают функциональность. Таким образом, подавляющее большинство быстро удаляется полностью или частично (26), тогда как незначительное меньшинство глубоко изменило расположение генов у эукариот и добавило генного содержания и гетерогенности клетки.

Эти транспластомные анализы показали, что пластомная ДНК переносится в ядро ​​в очень больших, иногда зашифрованных (17), срезах, а биоинформатические данные показывают, что в этом процессе также участвуют небольшие фрагменты ДНК (8, 9, 11, 17) .Однако нет экспериментальных доказательств наличия небольших вставок de novo пластидной ДНК, аналогичных митохондриальным последовательностям, которые мы продемонстрировали с помощью индукции DSB и smPCR. Отсутствие системы трансформации митохондриального генома растений препятствует скринингу крупных интегрантов мтДНК, хотя биоинформатических доказательств их существования достаточно (11, 36).

Встраивание ДНК органелл в участки репарации DSB у дрожжей впервые было сообщено более десяти лет назад (37). Хотя косвенные доказательства того же процесса, происходящего у некоторых высших организмов, были опубликованы (17, 38), настоящее исследование смогло продемонстрировать прямо, что ДНК органелл интегрируется в DSB у многоклеточных эукариот.В предыдущих экспериментах (39, 40) в отсутствие стресса не наблюдали вставок ДНК цитоплазматических органелл в участки ядерных DSB. Взятые вместе, эти результаты предполагают присутствие большого количества доступной ДНК органелл во время репарации DSB после теплового стресса. Имеются некоторые предыдущие доказательства того, что потенциал митохондриальной мембраны нарушается у огурца (41) и Arabidopsis (42) из-за гораздо более сильного теплового шока при 55 ° C в течение коротких периодов времени, что предполагает повреждение ультраструктуры митохондрий, которое может быть связано с высвобождением мтДНК в цитозоль.

Учитывая, что изучаемая среда ни в коем случае не является экстремальной, эти результаты имеют далеко идущие последствия для ядерной эволюции организмов, которые должны выдерживать температуру окружающей среды. Попадание цитоплазматической органеллярной ДНК в табак, выращиваемый в идеальных условиях, уже считается чрезвычайно высоким (31), и оно должно быть мутагенным со скоростью, эквивалентной или превышающей любые другие причины (43). Ясно, что эукариоты эволюционировали в реальном мире в очень изменчивых условиях роста, и они должны были подвергаться огромным колебаниям в скорости бомбардировки цитоплазматической органеллярной ДНК.Возможность приближения к усилению колебаний в глобальной окружающей среде указывает на важность понимания вовлеченных процессов.

Материалы и методы

Заводские линии.

Табак ( Nicotiana tabacum ) выращивали в стандартных условиях (16-часовой световой цикл, 8-часовой цикл темноты при 25 ° C) в стерильных сосудах или 11-сантиметровых чашках Петри на среде 0,5 × MS (44) или в компост в комнатах для выращивания с 14-часовым световым режимом / 10-часовым темным режимом и 25 ° C-днем / 18 ° C-ночным режимом роста.Транспластомные линии табака были описаны ранее: tp-neo (3), tp-gus (20) и pMSK56 (27).

Обработка теплового стресса.

В пилотном эксперименте трехнедельные проростки обрабатывали в течение 3 часов при 45 ° C (21) с последующим восстановлением через 48 часов в стандартных условиях. В последующих экспериментах использовали двухнедельные проростки, выращенные при 45 ° C в течение различного времени (3, 4, 5 и 6 часов) с последующим восстановлением через 48 часов или 30 дней в стандартных условиях. Во всех экспериментах контрольные растения поддерживали при 25 ° C.

Анализ деятельности ВСО.

Гистохимическое окрашивание GUS проводили, как описано ранее (20). Количество синих пятен на проростках, подвергшихся стрессовой обработке и без нее, оценивали вслепую и анализировали с помощью двухвыборочного независимого теста t с использованием программного обеспечения SPSS. Изображения были получены с помощью микроскопа Olympus Provis AX70.

ПЦР-анализы.

РНК получали с использованием набора RNeasy Plant Mini (Qiagen), а загрязнение геномной ДНК удаляли с помощью набора Ambion TURBO DNA-Free Kit (Invitrogen).Затем проводили обратную транскрипцию (ОТ) с использованием набора Advantage RT-for-PCR Kit (Clontech) со случайными гексамерными праймерами. Все наборы использовались в соответствии с инструкциями производителей. ПЦР-амплификацию проводили с использованием ДНК-полимеразы Taq (Invitrogen) в соответствии со стандартными протоколами. Стандартная RT-PCR-амплификация кДНК gus была проведена с использованием праймеров 5′-ATACCGAAAGGTTGGGCAG-3 ‘и 5′-TTCACACAAACGGTGATACGTA-3’, а амплификация кДНК RPL25 была проведена с использованием праймеров 5′-AACAATAGCAC-3′-AACAATCTGAC ′ -GCTTTCTTCGTCCCATCAGG-3 ′ (17).Количественная ПЦР в реальном времени была проведена, как описано ранее (45). Праймеры, используемые для количественной ПЦР gus , представляли собой 5′-ATACCGAAAGGTTGGGCAG-3 ‘и 5′-TTCACACAAACGGTGATACGTA-3’. Для относительной количественной оценки в качестве внутреннего стандарта использовалась мРНК RPL25 , амплифицированная с праймерами 5′-CCTCACCACAGAGTCTGC-3 ‘и 5′-AAGGGTGTTGTTGTCCTCAATCTT-3’ (45).

Флуоресцентная микроскопия.

Листья pMSK56 разрезали на срезы, помещали на предметное стекло и просматривали с помощью конфокальной сканирующей лазерной микроскопии (спектральный сканирующий конфокальный микроскоп Leica SP5).Изображения были получены, как описано ранее (27).

Анализ устойчивости к канамицину.

Эксплантаты листьев (∼30 мм 2 ) растений, выращенных в стерильных сосудах, помещали в чашки Петри диаметром 11 см, содержащие среду для регенерации растений с добавлением 400 мкг / мл канамицина (4). Устойчивые побеги переносили в среду 0,5 × MS для корней, а затем переносили в почву в камере с контролируемой средой с режимом роста 14 часов света / 10 часов темноты и 25 ° C-день / 18 ° C-ночь. Для отбора рассады семена, стерилизованные поверхностью, выращивали на 0.Среда 5 × MS, содержащая 150 мкг / мл канамицина. Все планшеты инкубировали при 25 ° C с циклом 16 ч свет / 8 ч темнота. Достоверность отклонения от ожидаемого менделевского отношения определялась с помощью критерия χ 2 .

Анализ репарационных соединений ДНК DSB.

Сеянцы индукционных линий DSB D4A2 и D14A2 выращивали в сосудах для культур тканей. Через 2 недели после прорастания растения подвергали термообработке в камере с регулируемой температурой в течение 5 часов при 45 ° C. Сразу после или через 1 день после теплового стресса DSB индуцировали путем распыления ∼1–2 мл 0.7 М этанола в сосуды для культур тканей. Растения оставляли на 4 дня, чтобы дать время для экспрессии I-SceI, создания DSB и восстановления DSB.

После восстановления после теплового стресса ДНК была приготовлена ​​из ткани листа и использована в качестве матрицы для одномолекулярной (sm) ПЦР (29). ПЦР с одной молекулой выполняли с использованием ДНК-полимеразы LongAmp taq (New England Biolabs) и расщепленной ДНК HincII (которая трижды разрезает в спейсерной области) в качестве матрицы. Реакции проводили в объеме 2 мкл, содержащем 0.3 мМ dNTP, 0,4 мкМ праймеры (DSBF1: 5′-GATAGTGACCTTAGGCGACTTTTGAACG-3 ‘; DSBR1: 5′-TCCCCTGATTCTGTGGATAACCGT-3’), 0,2 ед. LongAmp taq ДНК-полимеразы, 1 × матричный буфер ДНК-1–110 пг и буфер LongAmp30 110 пг. На реакции накладывали минеральное масло для предотвращения испарения. Условия цикла были следующими: начальная денатурация при 95 ° C в течение 30 с; с последующими 45 циклами 95 ° C в течение 20 с, 59 ° C в течение 20 с и 65 ° C в течение 4 минут; с последующим окончательным удлинением при 65 ° C в течение 10 мин. После ПЦР к каждой реакции добавляли 18 мкл воды; 5 мкл анализировали стандартным электрофорезом в агарозном геле, а остаток использовали в последующем секвенировании.События вставки (продукты smPCR размером более ~ 850 п.н.) секвенировали непосредственно с использованием праймеров DSBF1 и DSBR1.

Вставка D5 Amplification.

ПЦР выполняли с использованием ДНК-полимеразы Taq (Roche) в соответствии с инструкциями производителя. В ПЦР со вставкой D5 использовали праймеры D5F (5′-GGAAGCGAGATTGGATTGACG-3 ‘) и D5R (5′-TGGGTCAGGGTCAGATACGGA-3’) с ДНК WT в качестве матрицы. В качестве положительного контроля в качестве матрицы использовали ДНК дикого типа с одной копией на диплоидный геном исходного продукта smPCR D5.Ген L25 амплифицировали из ДНК дикого типа с использованием праймеров L25F (5′-AAAATCTGACCCCAAGGCAC-3 ‘) и L25R (5′-GCTTTCTTCGTCCCATCAGG-3’) (17). Для каждой пары праймеров были включены контроли без ДНК-матрицы.

Благодарности

Мы благодарим доктора Матьё Руссо-Гётен за полезные обсуждения. Это исследование было поддержано в рамках схемы финансирования проектов Discovery Австралийского исследовательского совета (проект DP0986973). Д.В. поддерживается Китайским стипендиальным советом.

Сноски

  • Автор: Д.W., A.H.L. и J.N.T. спланированное исследование; Д.В. и A.H.L. проведенное исследование; A.H.L. и J.N.T. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; Д.В. и A.H.L. проанализированные данные; и D.W., A.H.L. и J.N.T. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. W.M. Приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org / lookup / suppl / doi: 10.1073 / pnas.11178
    / — / DCSupplemental.

Органеллы | Национальное географическое общество

Органеллы — это специализированные структуры, которые выполняют различные функции внутри клеток. Этот термин буквально означает «маленькие органы». Точно так же органы, такие как сердце, печень, желудок и почки, выполняют определенные функции по поддержанию жизни организма, органеллы выполняют определенные функции по поддержанию жизни клетки.

Клетки сгруппированы в две разные категории: прокариотические клетки и эукариотические клетки, которые в первую очередь различаются по наличию одной органеллы — ядра.Прокариотические клетки не имеют ядра, в отличие от эукариотических клеток. Ядро — это большая органелла, которая хранит ДНК и служит центром управления клеткой. Одноклеточные организмы обычно являются прокариотическими, в то время как многоклеточные организмы обычно состоят из эукариотических клеток.

Другой крупной органеллой, обнаруженной в эукариотических клетках, является митохондрия, органелла, ответственная за производство АТФ, химического вещества, которое организмы используют для получения энергии. Клетки часто содержат сотни митохондрий. Эти митохондрии имеют внешнюю мембрану, которая окружает органеллу, и внутреннюю мембрану, которая складывается несколько раз, образуя многослойную структуру, известную как кристы.Жидкость внутри митохондрий называется матрицей, которая заполнена белками и митохондриальной ДНК.

Хлоропласты — еще одна органелла, которая содержит двойную мембрану и сохраняет собственную ДНК. Однако, в отличие от митохондрий, внутренняя мембрана хлоропластов не свернута.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.